[发明专利]基于自适应容积卡尔曼滤波的偏振态旋转追踪及补偿方法

说明书

本发明实施例公开了一种基于自适应容积卡尔曼滤波的偏振态旋转追踪及补偿方法，首先当前时刻采用容积卡尔曼滤波器对进行偏振态旋转的追踪和补偿，接着通过量测信息对噪声统计特性进行在线估计，最后利用恢复信号计算得到平均判决误差协方差来指导调优参量的自适应更新。本发明方法采用基于平均判决误差协方差的自适应容积卡尔曼滤波算法实现偏振态旋转的跟踪和补偿，动态更新调优参量，解决容积卡尔曼滤波算法调优参量不能自适应更新问题，调优参量可以在不同场景适应到不同的值，最大限度提升算法对偏振旋转噪声的容忍度，可以实现快速收敛，进一步提升算法滤波精度和稳定性，在涉及相干光通信的偏振解复用领域有着重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种基于自适应容积卡尔曼滤波的偏振态旋转追踪及补偿方法。

背景技术

在光通信领域，更大带宽、更长传输距离和更高的接收灵敏度，是目前追求的目标。相干光通信技术和偏分复用技术的发展在很大程度上提高了光纤通信系统的容量。相干光通信系统能够在多种调制格式信号的通信中使用，同时满足上述目标。

为了满足不断增长的带宽需求，常采用偏分复用系统来提高频谱的利用率。偏分复用技术利用两路相互正交的偏振态来传输光信号，将频谱效率提升两倍。然而，信号在传输过程中产生的偏振态旋转效应会在接收端引入额外的信道串扰。

卡尔曼滤波器是一种通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计的算法。近年来，卡尔曼滤波算法动态追踪能力强、收敛速度快，在追踪偏振态旋转损伤方面效果显著。扩展卡尔曼滤波算法已经被应用于偏振态旋转损伤的补偿，能够实现一阶泰勒级数展开精度。容积卡尔曼滤波算法采用三阶球面-相径容积原则可以实现三阶泰勒级数展开精度。相比扩展卡尔曼滤波器，容积卡尔曼滤波器的追踪性能更好，且由于其不需要计算雅可比行列式，计算复杂度更低。

然而采用容积卡尔曼滤波器算法进行偏振态旋转均衡过程中，其性能易受到调优参量选择的影响，导致卡尔曼滤波器发散。如今的问题在于如何实现初始过程噪声协方差和测量噪声协方差的自适应更新，提升算法的自适应性能，进一步提升其快速跟踪能力。

发明内容

本发明针对现有的容积卡尔曼滤波器算法易受到调优参量选择影响的缺陷，目的是提供一种基于自适应容积卡尔曼滤波的偏振态旋转追踪及补偿方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种基于自适应容积卡尔曼滤波的偏振态旋转追踪及补偿方法，包括以下步骤：

S1、根据前一时刻的状态矢量和误差协方差矩阵计算容积点及状态方程传播后的容积点，构造容积点集后，得到当前时刻状态矢量的预测值和误差协方差矩阵预测值；

S2、通过预测的状态矢量再次计算容积点和量测方程传播后的容积点，得到对观测矢量的预测值，基于目前所求的状态矢量和测量矢量，从而对信号进行恢复，求得自协方差矩阵和互协方差矩阵；

S3、将星座点作为对恢复信号的参考基准，利用恢复信号计算得到新息矢量，进而更新状态矢量和误差协方差矩阵；

S4、计算得到平均判决误差协方差来指导调优参量的自适应更新，用于下一个离散时刻的估计。

进一步地，步骤S1中，接收到的双偏振信号表示为：

r(t)＝Js(t)+η(t) (1)

其中，s(t)为发射信号，J为偏振态旋转的琼斯矩阵，η(t)为光纤链路中加性高斯白噪声；

构造容积点χ和状态方程传播后的容积点χ^*：