一种高斯光谱半宽复用通信系统的解调方法
【技术领域】
[0001] 本发明的技术方案涉及用光通信作为传输路径的电通信系统的解调，具体地说是 一种高斯光谱半宽复用通信系统的解调方法。
【背景技术】
[0002] 为了提高光通信的容量，经常采用光复用系统，其中包括时分复用、频分复用和 波分复用。在时分复用中要求两个相邻信源之间存在最短时间间隔的限制，频分复用和 波分复用分别要求中复用发光的频率以及波长空间强度重叠引起的串扰满足信道误码率 的要求。CN104052551A公开了光学信号解调器、光学信号解调方法和光学分插复用器， 用以识别光谱峰位置的波长，采用透射波长带的波长可变滤光器实现光学信号解调信号。 CN102722640A公开了一种顾及邻近波形信息的机载激光波形数据分解算法，采用了基于广 义高斯模型和非线性最小二乘LM算法进行波形拟合，并顾及邻近波形的候选脉冲实现波 峰提取波形分解过程中。CN103954368A公开了一种基于光电探测阵列的窄带光解调系统及 其解调方法，该系统包括解调参数设置子模块、多通道采集子模块、寻峰判别子模块、二次 判峰子模块、高斯拟合子模块和波长解调子模块，在寻找判别子模块中对原始光谱数据进 行分峰截幅，根据寻峰阈值系数与光强最大值乘积分成N个单峰信号，并判断每个单峰除 主峰是否存在旁半瓣峰。上述公开的现有技术存在的问题是：采用透射波长带的波长可变 滤光器识别光谱峰位置的波长，该方法只适用于各个载波信号合成光谱峰值之间间距满足 滤光器的带宽，不能对两束高斯光谱中心波长重合的合成复用光谱进行解调；非线性最小 二乘LM算法要考虑整体光谱才能建立寻找参量等式关系，存在相当的复杂性；根据寻峰阈 值系数与光强最大值乘积分成多个单峰信号不能区分两束中心波长重合高斯光谱，并且上 面的现有技术实现峰位置提取以及波形拟合的通信方法均采用波长复用通信技术。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种高斯光谱半宽复用通信系统的解调方 法，是一种由中心波长重合强度相等而半宽不同的两束高斯光谱合成复用光谱，通过检测 合成复用光谱中大于中心波长的两个不同观测点的波长和强度，建立高斯光谱标准偏差的 特征方程，计算出高斯光谱的半宽，实现两束高斯光谱半宽的复用通信系统的解调的方法， 该方法克服了非线性最小二乘LM算法需要光谱所有数据才能建立寻找参量等式关系的复 杂性，克服了寻峰阈值系数与光强最大值乘积分成多个单峰以及可变滤光器识别光谱峰位 置的方法不能区分两束高斯光谱中心波长重合的缺陷，同时提供的高斯光谱半宽通信技术 扩展了波分复用领域。
[0004] 本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种高斯光谱半宽复用通信系统的 解调方法，由中心波长重合强度相等而半宽不同的两束高斯光谱合成复用光谱，通过检测 合成复用光谱中大于中心波长的两个不同观测点的波长和强度，建立高斯光谱标准偏差的 特征方程计算出高斯光谱的半宽，实现两束高斯光谱半宽的复用通信系统的解调，步骤如 下：
[0005] 第一步，将两束中心波长重合最大强度相等而半宽不同的高斯光谱合成复用光 谱：
[0006] 将两束中心波长重合最大强度相等而半宽不同的高斯光谱合成复用光谱，第一束 高斯光谱的半宽为WFWHM1，第二束高斯光谱的半宽为WFWHM2,WFWHM1小于WFWHM2;
[0007] 两束高斯光谱的中心波长重和，对应的波长为X。，高斯光谱在中心波长^强度 最大，两束高斯光谱最大强度相等，归一化强度分别为Ii(A)和12 (入），
【主权项】
1.高斯光谱半宽复用通信系统的解调方法，其特征在于：由中心波长重合强度相等而 半宽不同的两束高斯光谱合成复用光谱，通过检测合成复用光谱中大于中心波长的两个不 同观测点的波长和强度，建立高斯光谱标准偏差的特征方程计算出高斯光谱的半宽，实现 两束高斯光谱半宽的复用通信系统的解调，步骤如下： 第一步，将两束中心波长重合最大强度相等而半宽不同的高斯光谱合成复用光谱： 将两束中心波长重合最大强度相等而半宽不同的高斯光谱合成复用光谱，第一束高斯 光谱的半宽为Wfwhmi，第二束高斯光谱的半宽为WFWHM2, W_小于W FWHM2; 两束高斯光谱的中心波长重和，对应的波长为Aci，高斯光谱在中心波长Xci强度最大， 两束高斯光谱最大强度相等，归一化强度分别为I1 ( λ )和I2 ( λ )，
其中，σ JP σ 2分别表示两束高斯光谱标准偏差，对应高斯光谱半宽分别为Wfwhmi和 Wfwhm2，两束高斯光谱半宽WfwhmJP Wfwhm2分别与两束高斯光谱标准偏差σ 1和σ 2的关系为：
两束高斯光谱合成复用光谱表示为ΙΜ( λ): ΙΜ(λ) = Ι1(λ)+Ι2(λ) (5) 第二步，选择合成复用光谱中两个观测点： 在第一步的合成复用光谱中的大于中心波长Aci的一侧选择两个波长分别为λ JP λ 2 的观测点，分别是观测点A和观测点Β，其对应归一化强度分别为Im ( λ J和Im ( λ 2)，并分别 写成Im和Im2， Im (人 I) = Im (6) ΙΜ(λ2)=ΙΜ2 ⑵ 第三步，写出高斯光谱标准偏差的特征方程： 根据上述第二步中选取的观测点A和观测点Β，可以确定非线性方程如下：
直接求解公式（8)和（9)联立的方程组，包含的两束高斯光谱标准偏差σ JP σ 2这两 个变量，在寻找最优化解过程时需要对两个变量进行优化，经过下面推导将其中一个变量 消去，化成高斯光谱标准偏差的特征方程， 由公式⑶得到
公式（13)是高斯光谱标准偏差的特征方程，在此特征方程中，（λ λ J、（ λ 2-λ J、Im 和1"2是已知量，第一束高斯光谱标准偏差σ 1是待求量，因此第一束高斯光谱标准偏差σ I 的特征方程包含一个未知量，求解第一束高斯光谱标准偏差σ i的特征方程化成一维未知 数求解问题，这里高斯光谱标准偏差σ i为大于零的正整数； 第四步，确定满足相对平均误差条件的两束高斯光谱标准偏差： 从上述第三步知道，第一束高斯光谱标准偏差〇1为大于零的正整数，采用迭代方 法从零开始求解高斯光谱标准偏差的特征方程，即公式（13)，得到N个解（〇 u......j =1，2，... N)，分别代入公式（14)，求出另一束高斯光谱标准偏差〇2对应的N个解 (〇2,j......j = 1，2，···Ν)，
公式（14)是根据公式（8)求出的， 第一束高斯光谱标准偏差个解σ u依次与另一束高斯光谱标准偏差〇 2的N 个解σ 组成两束高斯光谱标准偏差σ兩σ 2的N组解（σ H σ 2」），这里j = 1，2, . . . Ν， 按照第一束高斯光谱标准偏差N个解〇 ^由小到大，即从j = 1开始把两束高斯光 谱标准偏差oJP σ 组解（〇 u，依次代入公式（15)、（16)和（17)得到对应的 两束高斯光谱Ι1;」（λ)和Ι2，』（λ)及其合成光谱，
ΙΜ」（λ)υλ)+Ι2」（ λ) (17) 并采用相对平均误差公式（18)依次判断两束高斯光谱标准偏差〇1和〇 2的N个解 (σ 1;」，σ 2，」）是否满足解调精度，这里j = 1，2, . . . N
这里取ε = 1〇Λ求出两束高斯光谱标准偏差σ 2的解〇 115和σ 2 k，分别构成 两束高斯光谱为首先满足公式（18)，其中I < k < N，则σ l k和σ 2 k分别为解调的两束高 斯光谱的标准偏差σ JP 〇 2，从而确定满足相对平均误差条件的两束高斯光谱标准偏差； 第五步，确定两束高斯光谱半宽，实现高斯光谱半宽复用通信系统的解调： 在上述第四步确定满足相对平均误差条件的两束高斯光谱标准偏差〇:和σ 2后，代入 公式（3)和（4)可以得到两束高斯光谱的半宽WfwhmJPWfwhm2，实现高斯光谱半宽复用通信系 统的解调。
【专利摘要】本发明一种高斯光谱半宽复用通信系统的解调方法，涉及用光通信作为传输路径的电通信系统的解调，步骤是：将两束中心波长重合最大强度相等而半宽不同的高斯光谱合成复用光谱；选择合成复用光谱中两个观测点；写出高斯光谱标准偏差的特征方程；确定满足相对平均误差条件的两束高斯光谱标准偏差；确定两束高斯光谱半宽，实现高斯光谱半宽复用通信系统的解调。该方法克服了非线性最小二乘LM算法需要光谱所有数据才能建立寻找参量等式关系的复杂性，克服了寻峰阈值系数与光强最大值乘积分成多个单峰以及可变滤光器识别光谱峰位置的方法不能区分两束高斯光谱中心波长重合的缺陷，同时提供的高斯光谱半宽通信技术扩展了波分复用领域。
【IPC分类】H04J14-02
【公开号】CN104639277
【申请号】CN201510113086
【发明人】赵红东, 彭晓灿, 韩铁成, 马俐, 孙梅, 王杨
【申请人】河北工业大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年3月14日