一种适用于相干光通信系统的并行cma简化实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及相干光通信系统领域，具体来讲涉及一种适用于相干光通信系统的并 行CM简化实现方法。
【背景技术】
[0002] 随着网络通信技术的迅猛发展，偏振复用相干光通信系统被广泛应用于各类长距 离、骨干网传输系统中。然而在提升信道容量、提高传输速率的同时，功率衰减、色散、非线 性效应等因素成为制约光通信发展的瓶颈，系统对色散补偿的要求大大提高。
[0003] 为了克服传输系统中的各类色散损失带来的负面影响，通常使用各类均衡算法来 进行补偿。在众多的均衡算法中，使用盲均衡算法的自适应滤波器成为系统补偿的最佳方 法。其中，CMA(Constant Modulus Algorithm，恒模算法)被广泛应用于光通信的相干接收 系统的接偏振复用算法中。
[0004] CMA算法的滤波系统结构框图如图1所示，均衡器的输出公式如下：
[0007] 其中，Eoutx(n)为X偏振对应的η时刻的滤波器输出信号，Eouty(n)为y偏振对应的η 时刻的滤波器输出信号，E inx (η+ρ)是X偏振η时刻的接收信号，E iny (η+ρ)是y偏振η时刻的接 收信号，？1化，11)、?#化，11)^%(?，11)和?0(?，11)分别对应图1中的四组滤波系数。
[0008] 滤波系数更新公式：
[0013] 即η+1拍的滤波系数，由第η拍的系数加上所计算出来的一个更新项得到。μ:为根 据需要使用的微小系数，取值范围可以是I-HT9 和ey分别是X偏振和y偏振的误差函数， 其计算公式如下：
[0014] ex= l-Eoutx(n) [Eoutx(n) ]* (7)
[0015] ey= l-Eouty(n) [Eouty(n) ]* (8)
[0016] 由于相关光通信速率较高，其接收端数字处理需要使用并行处理结构，如果按照 以上CMA理论公式在??6六(？丨61(1-?1'〇8抑1111]^1316 63七641^7，现场可编程门阵列）实现，贝1|需 要用到较多的时延单元和多级滤波器流水线结构，需要较多逻辑单元，实现均衡算法的复 杂度较大。
【发明内容】
[0017] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于相干光通信系统 的并行CM简化实现方法，大大减少实现均衡算法所需逻辑单元，降低计算复杂度。
[0018] 为达到以上目的，本发明采取适用于相干光通信系统的并行CMA简化实现方法，适 用于QPSK系统和BPSK进行的相位受控旋转后的伪QPSK系统，包括:针对L路并行计算结构，N 阶自适应滤波器使用同一组滤波系数计算L路并行输入数据对应的并行输出数据，其中NS L;因此N阶滤波系数在逻辑上每经过L个输入数据更新一次;滤波系数的更新量同误差函 数、输出数据及对应输入数据共辄的乘积成正比;选取L路中的一路输出数据计算误差函数 的值，得到的值同该输出数据相乘，再乘以对应输入数据的共辄，用来代替所有L路输出数 据、对应误差函数以及对应输入数据共辄相乘然后求和，节省滤波系数更新的计算量。
[0019] 在上述技术方案的基础上，针对L路并行计算结构，均衡器的输出公式为，
[0022]其中，k为L路并行信号下的时间索引，k为整数且k2 0，Eoutx(Lk+i)为X偏振的第 Lk+i个输出数据，Eouty(Lk+i)为y偏振的第Lk+i个输出数据，Einx(Lk+i+p)为X偏振的第Lk+ i+P个输入数据，Einy(Lk+i+p)为y偏振的第Lk+i+p个输入数据，Fxx(p，Lk)、F xy(p，Lk)、Fyx (p，Lk)和Fyy(p，Lk)是四组滤波系数，每组滤波系数有N个，其中，p为滤波阶数的序号，对于N 阶滤波器，P取N/2的整数，p取-P到P之间所有的整数。
[0023]在上述技术方案的基础上，L路并行计算结构，N阶滤波系数更新公式如下，
[0028] 其中，μL为微小系数，取值范围为1至UT9; ex和ey分别是X偏振和y偏振的误差函 数，m、s均取0到L的任意整数，Eout x(Lk+m)为X偏振的第Lk+m个输出数据，Eouty(Lk+s)为y偏 振的第Lk+s个输出数据。
[0029] 在上述技术方案的基础上，每组滤波系数更新公式中，选取L路输出数据中的一 路，乘以对应的误差函数，再乘以对应输入数据的共辄，其表达式分别为：
[0034]在上述技术方案的基础上，所述伪QPSK系统中，发送端根据预先确定的控制信号 序列的数值，对调制信号进行受控旋转;控制信号取值为O或I，发送端将控制信号序列循环 移位，当控制信号取值为O时，发送端不旋转调制信号；当控制信号取值为1时，发送端将调 制信号旋转
对调制信号进行受控旋转处理后，产生一个伪偏振复用四相移键控 PM-QPSK信号。
[0035]在上述技术方案的基础上，所述伪QPSK系统中，X偏振和y偏振的误差函数分别为，
[0036] ex=l-Eoutx(Lk+m)[Eoutx(Lk+m)]*；
[0037] ey= l-Eouty(Lk+s) [Eouty(Lk+s) ]*；
[0038] 其中，Eoutx(Lk+m)为x偏振的第Lk+m个输出数据，Eouty(Lk+s)y偏振的第Lk+s个输 出数据;m、s均取0到L的任意整数，即每次滤波系数更新时，在x、y两路偏振中的0到L路输出 数据中，随机选取第m路和第s路位置上的输出数据，减小两路参与计算的数据的相关性，进 而减少收敛到同一偏振的概率。
[0039] 在上述技术方案的基础上，所述L路并行计算结构，包括8路、16路和32路。
[0040] 在上述技术方案的基础上，所述N阶滤波系数中，N=7。
[0041] 本发明的有益效果在于：
[0042] 1、适用于QPSK系统和BPSK进行的相位受控旋转后的伪QPSK系统，在在采用FPGA实 现CMA算法对X偏振接收信号EinjPY偏振接收信号Einy进行时域均衡时，将算法进一步简 化，选取L路中的一路输出数据计算误差函数，得到的误差函数同该输出数据相乘，再乘以 对应输入数据的共辄，用来代替所有L路输出数据、对应误差函数以及对应输入数据共辄相 乘然后求和，节省滤波系数更新的计算量，大大减少实现均衡算法所需逻辑单元，降低计算 复杂度。
[0043] 2、由BPSK信号生成的伪QPSK系统，采用相同的随机序列对BPSK信号进行相位旋 转，产生一个伪偏振复用四相移键控PM-QPSK信号，以使其可使用同QPSK系统一样的CMA算 法进行偏振分离及色散补偿。每次滤波系数更新是在x、y两路偏振的L路输出中随机选取不 同位置的输出信号参与计算，可减小两路参与计算的数据的相关性，从而减小收敛到同一 偏振的概率。
【附图说明】
[0044]图1为【背景技术】中CMA滤波系统框架图；
[0045]图2为本发明实施例FPGA并行实现CMA滤波系统框架图。
【具体实施方式】
[0046]以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0047] 本发明适用于相干光通信系统的并行CMA简化实现方法，适用于QPSK(QuadratUre Phase Shift Keying，四相移键控)系统和BPSK(Binary Phase Shift Keying，二进制相移 键控)进行的相位受控旋转后的伪QPSK系统。在伪QPSK系统中，发送端根据预先确定的控制 信号序列的数值，对调制信号进行受控旋转。控制信号取值为〇或1，发送端将控制信号序列 循环移位：当控制信号取值为〇时，发送端不旋转调制信号；当控制信号取值为1时，发送端 将调制信号旋转
对调制信号进行受控旋转处理后，产生一个伪偏振复用四相移 键控PM-QPSK信号，以使其可使用同QPSK系统一样的CMA算法进行偏振分离及色散补偿。
[0048]如图2所示，具体的，针对L路并行计算结构(包括8路、16路、32路等），N阶自适应滤 波器使用使用同一组滤波系数来计算L路并行输入数据Ein对应的并行输出数据Eout，其中 NS L。均衡器的输出公式为：
[0051