非线性补偿方法和装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种非线性补偿方法和装置。涉及通信领域；解决了欧式距离变小影响传输性能的问题。该方法包括：(1)计算当前时刻16相正交振幅调制16QAM系统星座图的实际外环与内环半径比例；(2)根据所述实际外环与内环半径比例与理想外环与内环半径比例的关系，向数字模拟转换器DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC调整输出电压比例；重复(1)－(2)，直至所述实际外环与内环半径比例与所述理想外环与内环半径比例的关系达到预期的比例。本发明提供的技术方案适用于16QAM系统，实现了向信号发送端反馈进面补偿调制器的非线性。
【专利说明】
非线性补偿方法和装置
技术领域
[0001] 本发明设及通信领域，尤其设及一种非线性补偿方法和装置。
【背景技术】
[0002] 光纤通信问世W来，一直向超高速系统，超大容量波分复用系统的方向发展。人们 追求更高速率，更大容量系统的脚步未曾止步，随着100G PM-QPSK系统的大规模商用，超 100G系统进入人们的视界。Wl6QAM(qua化ature ampl;Uude mo化lator)系统为代表的光 相位调制方法越来越受到业界的重视。16进制正交调幅法是一种振幅调制和相位调制相结 合的调制方式，其频谱利用率是QPSK的两倍，可W使得整个系统容量提升一倍，能够满足 未来高速通信的需求。
[0003] 随着传输速率的提升，为了保证信号质量，对16QAM系统配置有更严苛的要求。而 由于调制器的非线性因素会引起星座点之间的欧式距离变小，直接影响传输性能，是必须 要解决的技术难题之一。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种非线性补偿方法和装置，解决了欧式距离变小影响传输性能的 问题。 阳〇化]一种非线性补偿方法，包括：
[0006] (1)计算当前时刻16相正交振幅调制16QAM系统星座图的实际外环与内环半径比 例；
[0007] 似根据所述实际外环与内环半径比例与理想外环与内环半径比例的关系，向数 字模拟转换器DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC调整输出电压比例；
[0008] 重复（1) - (2)，直至所述实际外环与内环半径比例与所述理想外环与内环半径 比例的关系达到预期的比例。
[0009] 优选的，计算当前时刻16QAM系统星座图的实际外环与内环半径比例包括：
[0010] 根据W下表达式计算实际外环与内环半径比例r :
[0011]
阳〇1引其中，巧2)2.为实际情况下外环四个点组成的环半径，X2(i :n)为外环 点的集合，巧n(Xl)2为实际情况下内环四个点组成的环半径，XI (1 :n)为内环点的集 合，mean表示求平均，a为输出信号电平比，b为非线性系数。
[0013] 优选的，该方法还包括：
[0014] 根据W下表达式计算理想外环与内环半径比例C :
[0015]
[0016] 其中，R2为理想情况下外环四个点组成的环半径，R1为理想情况下内环四个点组 成的环半径，1x1为接收端I路的低电平，1x2为接收端I路的高电平。
[0017] 优选的，根据所述实际外环与内环半径比例与理想外环与内环半径比例的关系， 向DAC反馈输出调节信息具体为：
[0018] 当r<c时，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC增大曰，进而增大r ; 阳019] 当r〉c时，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC减小曰，进而减小r。
[0020] 优选的，根据所述实际外环与内环半径比例与理想外环与内环半径比例的关系， 向DAC反馈输出调节信息的步骤之后，还包括：
[OOW 所述DAC接收所述输出调节信息，并根据该输出调节信息对输出电平的比例进行 调整，补偿非线性。 阳0巧优选的，所述预期的比例为相同或相近。
[0023] 本发明还提供了一种非线性补偿装置，包括：
[0024] 实际比例计算模块，用于计算当前时刻16QAM系统星座图的实际外环与内环半径 比例；
[00巧]反馈模块，用于根据所述实际外环与内环半径比例与理想外环与内环半径比例的 关系，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC调整输出电压比例；
[00%] 控制模块，用于控制所述实际比例计算模块和反馈模块重复工作，直至所述实际 外环与内环半径比例与所述理想外环与内环半径比例的关系达到预期的比例。
[0027] 优选的，所述实际比例计算模块，具体用于根据W下表达式计算实际外环与内环 半径比例r :
[0028]
[0029] 其中，v/mean〇(2)2为实际情况下外环四个点组成的环半径，X2(l :n)为外环点 的集合，·ν'ηκ·?3η(Χ1.)2为实际情况下内环四个点组成的环半径，Χ?α :η)为内环点的集 合，mean表示求平均，a为输出信号电平比，b为非线性系数。
[0030] 优选的，该装置还包括：
[0031] 理想比例计算模块，用于根据W下表达式计算理想外环与内环半径比例C :
[0032]
[0033] 其中，R2为理想情况下外环四个点组成的环半径，R1为理想情况下内环四个点 组成的环半径，1x1为接收端I路的低电平，1x2为接收端I路的高电平。
[0034] 优选的，所述反馈模块，具体用于： 阳03引当：Kc时，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC增大曰，进而增大r，
[0036] 当r〉c时，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC减小曰，进而减小r。
[0037] 本发明提供了一种非线性补偿方法和装置，（1)计算当前时刻16QAM系统星座图 的实际外环与内环半径比例，（2)根据所述实际外环与内环半径比例与理想外环与内环半 径比例的关系，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC调整输出电压比例；重复（1)- (2)，直至所述实际外环与内环半径比例与所述理想外环与内环半径比例的关系达到预期 的比例。实现了向信号发送端反馈进面补偿调制器的非线性，解决了欧式距离变小影响传 输性能的问题。
【附图说明】
[0038] 图1为非线性补偿框图；
[0039] 图2为理想的16QAM星座图；
[0040] 图3为含有非线性的星座图；
[0041 ] 图4为DSP内实现的数字算法流程图；
[0042] 图5为本发明的实施例Ξ提供的一种非线性补偿装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0043] 一般的16QAM系统中，调制信号的比例关系是按理想星座图的比例关系推导得出 的，或者按Ξ角函数方式推导得到一个固定比例。但是，调制器的调制曲线是非线性的，也 并非严格意义的Ξ角函数，并且器调制曲线会随着调制速率，稳定，湿度等的改变而改变。 如果不能实时调整调制信号的比例关系将影响信号质量。
[0044] 为了解决上述问题，本发明的实施例提供了一种非线性补偿方法和装置。调制信 号的电平比例与解调过程中CMA输出信号的内外环比例有直接关系。利用解调信息的比例 关系来实时反馈发送侧调制信号的比例关系，即可保证信号的质量。
[0045] 下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的 情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可W相互任意组合。
[0046] 首先结合附图，对本发明的实施例一进行说明。
[0047] 16QAM系统的调制器非线性补偿是基于现有配置情况下，增加反馈信息实现的，系 统框图如图1。 W48] 对于16QAM系统，DAC_X和DAC_Y输出电信号是四电平信号，设Ix路电信号DAC_ 乂1=[￥1，￥2，-￥1，-￥2]，输出信号电平是￥1，￥2，-￥1，-￥2的集合。线性系统下，￥2八1 = 3。 W例 DAC输出的四电平的比例关系可W通过软件控制调整，设V2/V1 =曰，a大小可补 偿系统的非线性。由于调制器的非线性因素，电光转化时，高低电平的比例发生改变。其比 例不再是a。引入非线性系数b。则接收端I路的高低电平之间的比例为Ix2/Ixl = a*b。
[0050] 接收端，CMA算法是100G系统及超100G系统普遍应用的技术。其收敛得到的信 号保证了信号原始特性。由于信号中包含有频偏相偏等噪声，CMA收敛输出信号为3个环。 我们只关注里面四个点组成的内环和外面四个点组成的外环。
[0051] 如图2所示，理想的16QAM星座图的各点一致，= 3,使得各点欧式距离最 大化，性能最好。内环的四个点组成的内环半径设为R1，外环四个点组成的环半径设为R2。 理想外环内环半径比例为
， 阳0巧如图3所示，存在非线性时，星座点之间的欧式距离明显变小，使得0SNR性能迅速 劣化。计算当前时刻16QAM系统星座图的实际外环与内环半径比例，实时的R1，R2通过判 断采集各点所属的区域求得，即内环，或者外环。归一化下，设判断为外环点的集合为X2 (1 : η),判断为内环点集合为χ?α :n)，则：
其中，mean表示求平均。并且根据调制解调原理，XI平均值的I坐标轴投影应该与Ixl - 致，X2平均值的I坐标轴投影与1x2 -致，则设实际比例为
[005引根据所述实际外环与内环半径比例与理想外环与内环半径比例的关系，向DAC反 馈输出调节信息，指示所述DAC调整输出电压比例。当r<c时，向DAC反馈输出调节信息， 指示所述DAC增大曰，进而增大r ;当;r〉c时，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC减小 曰，进而减小r。
[0054] 对比实际的外环与内环半径比例r与理想外环与内环半径比例C即可得知此时存 在的非线性。当，r<c时，如图3,我们需要把发送端四电平比例a增大，进而增大r。当， r〉c时，需要把a减小，进而减小r。 阳化5] 重复上述过程，直至所述实际外环与内环半径比例与所述理想外环与内环半径比 例的关系达到预期的比例（即实际与理想外环与内环半径比例相同或接近）。所W，通过对 比CMA输出信息的内外环比例与理想比例的关系，反馈给发送端DAC，使DAC输出的四电平 的比例关系做出相应改变。所述DAC接收所述输出调节信息，并根据该输出调节信息对输 出电平的比例进行调整。重复多次，即可得到理想的系统性能，即补偿了调制器的非线性。
[0056] 需要说明的是，本发明实施例仅WCMA输出信息计算真实内外环比例为例进行说 明，其他可W获得真实内外环比例方法亦在本发明的保护范围之内。
[0057] 下面结合附图，对本发明的实施例二进行说明。
[0058] 本发明实施例提供了一种非线性补偿方法，在DSP内实现的数字算法如下：
[0059] 1、初始化DAC输出四电平比例为a = 3 ; W60] 2、计算接收端CMA输出信息的内外环半径比例r ;把r值反馈给DSP忍片。 阳06U 3、DSP忍片对比此时内外环半径比例r与理想比例C的关系； 阳06引 4、判断，如果r〉c，通过DSP反馈信息给DAC，使DAC输出电压比例a按一定步长减 小；
[0063] 5、如果，通过DSP反馈信息给DAC，使DAC输出电压比例a按一定步长增大； W64] 6、DAC接收到DSP的反馈信息，对输出电平比例做出相应改变。
[00化]7、重复2-6,直到r = C。
[0066] 下面结合附图，对本发明的实施例Ξ进行说明。
[0067] 本发明实施例提供了一种非线性补偿装置，该装置的结构如图5所示，包括：
[0068] 实际比例计算模块501，用于计算当前时刻16QAM系统星座图的实际外环与内环 半径比例；
[0069] 反馈模块502,用于根据所述实际外环与内环半径比例与理想外环与内环半径比 例的关系，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC调整输出电压比例；
[0070] 控制模块503,用于控制所述实际比例计算模块和反馈模块重复工作，直至所述实 际外环与内环半径比例与所述理想外环与内环半径比例的关系达到预期的比例。
[0071] 优选的，所述实际比例计算模块501，具体用于根据W下表达式计算实际外环与内 环半径比例r :
[0072]
[007引其中，:v^mean0(2)2.为实际情况下外环四个点组成的环半径，X2(l :n)为外环 点的集合，^/mean(Xl)2为实际情况下内环四个点组成的环半径，XI(1 :n)为内环点的集 合，mean表示求平均，a为输出信号电平比，b为非线性系数。
[0074] 优选的，该装置还包括： 阳0巧]理想比例计算模块504,用于根据W下表达式计算理想外环与内环半径比例C :
[0076]
[0077] 其中，R2为理想情况下外环四个点组成的环半径，R1为理想情况下内环四个点组 成的环半径，1x1为接收端I路的低电平，1x2为接收端I路的高电平。
[0078] 优选的，所述反馈模块502,具体用于：
[0079] 当r<c时，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC增大曰，进而增大r，
[0080] 当r〉c时，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC减小曰，进而减小r。
[0081] 本发明的实施例提供了一种非线性补偿方法和装置，可W实时性的自动反馈补偿 16QAM系统调制器的非线性；与其他系统的控制方法相比，本发明结构简单易实现，具有高 精度、高稳定性、实时性W及高灵敏度等优点，达到了 16QAM调制器非线性的补偿控制更加 方便，提局实验的准确性。
[0082] 本发明的实施例主要是在现有16QAM系统基础上增加反馈信息通过软件来进行 调制器的非线性补偿，主要包括：LD发射端，调制器，接收机，软件算法模块（CMA)，DSP反馈 等；能够实时、稳定、准确的实现对16QAM调制器的非线性进行补偿，CMA算法的收敛性保 证了信号原始特性，对100G系统及超100G系统具有重要的意义。
[0083] 本领域普通技术人员可W理解上述实施例的全部或部分步骤可W使用计算机程 序流程来实现，所述计算机程序可W存储于一计算机可读存储介质中，所述计算机程序在 相应的硬件平台上（如系统、设备、装置、器件等）执行，在执行时，包括方法实施例的步骤 之一或其组合。
[0084] 可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可W使用集成电路来实现，运些步骤可 W被分别制作成一个个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电 路模块来实现。运样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0085] 上述实施例中的各装置/功能模块/功能单元可W采用通用的计算装置来实现， 它们可W集中在单个的计算装置上，也可W分布在多个计算装置所组成的网络上。
[0086] 上述实施例中的各装置/功能模块/功能单元W软件功能模块的形式实现并作为 独立的产品销售或使用时，可W存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的计算机 可读取存储介质可W是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0087] 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明掲露的技术范围内，可轻易想到变化或 替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应W权利要求所述的保 护范围为准。
【主权项】
1. 一种非线性补偿方法，其特征在于，包括： (1) 计算当前时刻16相正交振幅调制16QAM系统星座图的实际外环与内环半径比例； (2) 根据所述实际外环与内环半径比例与理想外环与内环半径比例的关系，向数字模 拟转换器DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC调整输出电压比例； 重复（1) 一（2)，直至所述实际外环与内环半径比例与所述理想外环与内环半径比例 的关系达到预期的比例。2. 根据权利要求1所述的非线性补偿方法，其特征在于，计算当前时刻16QAM系统星座 图的实际外环与内环半径比例包括： 根据以下表达式计算实际外环与内环半径比例r :其中，i实际情况下外环四个点组成的环半径，Χ2(1 :n)为外环点的 集合.为实际情况下内环四个点组成的环半径，Xl(l m)为内环点的集合， mean表示求平均，a为输出信号电平比，b为非线性系数。3. 根据权利要求2所述的非线性补偿方法，其特征在于，该方法还包括： 根据以下表达式计算理想外环与内环半径比例c :其中，R2为理想情况下外环四个点组成的环半径，R1为理想情况下内环四个点组成的 环半径，1x1为接收端I路的低电平，1x2为接收端I路的高电平。4. 根据权利要求3所述的非线性补偿方法，其特征在于，根据所述实际外环与内环半 径比例与理想外环与内环半径比例的关系，向DAC反馈输出调节信息具体为： 当r〈c时，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC增大a，进而增大r ; 当r>c时，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC减小a，进而减小r。5. 根据权利要求1所述的非线性补偿方法，其特征在于，根据所述实际外环与内环半 径比例与理想外环与内环半径比例的关系，向DAC反馈输出调节信息的步骤之后，还包括： 所述DAC接收所述输出调节信息，并根据该输出调节信息对输出电平的比例进行调 整，补偿非线性。6. 根据权利要求1所述的非线性补偿方法，其特征在于，所述预期的比例为相同或相 近。7. -种非线性补偿装置，其特征在于，包括： 实际比例计算模块，用于计算当前时刻16QAM系统星座图的实际外环与内环半径比 例； 反馈模块，用于根据所述实际外环与内环半径比例与理想外环与内环半径比例的关 系，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC调整输出电压比例； 控制模块，用于控制所述实际比例计算模块和反馈模块重复工作，直至所述实际外环 与内环半径比例与所述理想外环与内环半径比例的关系达到预期的比例。8. 根据权利要求1所述的非线性补偿装置，其特征在于， 所述实际比例计算模块，具体用于根据以下表达式计算实际外环与内环半径比例r :其中：实际情况下外环四个点组成的环半径，X2(l :n)为外环点的 集合9实际情况下内环四个点组成的环半径，Xl(l :n)为内环点的集合， mean表示求平均，a为输出信号电平比，b为非线性系数。9. 根据权利要求8所述的非线性补偿装置，其特征在于，该装置还包括： 理想比例计算模块，用于根据以下表达式计算理想外环与内环半径比例c :其中，R2为理想情况下外环四个点组成的环半径，R1为理想情况下内环四个点组成的 环半径，1x1为接收端I路的低电平，1x2为接收端I路的高电平。10. 根据权利要求9所述的非线性补偿装置，其特征在于， 所述反馈模块，具体用于： 当r〈c时，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC增大a，进而增大r， 当r>c时，向DAC反馈输出调节信息，指示所述DAC减小a，进而减小r。
【文档编号】H04B10/2543GK105871465SQ201510030233
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月20日
【发明人】尚冬冬, 吉勇宁, 李蒙
【申请人】中兴通讯股份有限公司