基于方差分析的调制格式识别方法及系统与流程

本发明涉及光性能监测领域，尤其涉及基于方差分析的调制格式识别方法及系统。

背景技术：

光性能监测是一个比较新的研究方向，目前有以下几种主要的研究技术：

1、基于人工神经元网络的调制格式识别：对高速的光信号进行异步延迟采样，提取其中的特征参数并对其进行人工神经网络进行训练，最后以人工神经网络进行光调制格式。

2、基于主成分分析的调制格式识别：对高速光信号进行异步延迟采样，应用主成分分析方法提取信号的特征值，做成权重矢量对比库。通过提取信号的权重矢量和库中的矢量对比，可进行调制格式识别。

3、基于斯托克斯空间的调制格式识别：在斯托克斯空间中偏振混合、载波频率偏移和载波相位偏移不会影响信号在邦加莱球上的形状,通过相干接收机进行数字信号处理，把信号表征到斯托克斯空间利用变分贝叶斯期望最大化对高斯混合模型进行聚类，从而识别相应调制格式。

基于人工神经元网络方法，需要知道信号类型的精确先验信息，用于准确的在实际的在线检测过程，挑选合适的校验曲线。调制格式识别需要花费大量的时间进行训练，复杂度高。基于主成分分析方法需要的对比库较大，不适用于非色散补偿光纤网络，操作复杂。基于斯托克斯空间的调制格式识别，主要应用在数字相干接收机中，相干接收机复杂，不适合中间结点检测。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于方差分析的调制格式识别方法，包括如下步骤：

测试信号生成步骤：测试信号经过异步延迟采样，得到测试信号X_test；

测试信号方差计算步骤：计算测试信号X_test的方差；

处理步骤：计算测试信号X_test的方差与对比库中的库向量C_lab的欧几里距离，并判断是否为最小欧几里距离，若是，那么进行调制格式输出，否则无输出。

作为本发明的进一步改进，对比库的生成通过如下步骤完成：

A.输入步骤：输入异步延迟采样后的光信号X；

B.光信号X求平方步骤：对信号X求平方，可得到信号P，P＝X^2；

C.归一化步骤：信号P对其平均值进行归一化得到归一化信号P_norm，P_norm＝P/mean(P)；

D.生成步骤：计算P_norm的方差，将多种信号对应的P_norm的方差做成对比库，并将不同条件下方差范围的中间值做成库向量C_lab。

作为本发明的进一步改进，在所述测试信号生成步骤中，对测试信号进行异步采样、平方、归一化处理后，从而得到测试信号X_test。

作为本发明的进一步改进，在所述生成步骤中，计算P_norm的方差，将8种信号对应的P_norm的方差做成对比库。

本发明还提供了一种基于方差分析的调制格式识别系统，包括调制格式识别单元，在所述调制格式识别单元中包括：

测试信号生成模块：用于测试信号经过异步延迟采样，得到测试信号X_test；

测试信号方差计算模块：用于计算测试信号X_test的方差；

处理模块：用于计算测试信号X_test的方差与对比库中的库向量C_lab的欧几里距离，并判断是否为最小欧几里距离，若是，那么进行调制格式输出，否则无输出。

作为本发明的进一步改进，对比库的生成通过如下模块完成：

输入模块：输入异步延迟采样后的光信号X；

光信号X求平方模块：对信号X求平方，可得到信号P，P＝X^2；

归一化模块：信号P对其平均值进行归一化得到归一化信号P_norm，P_norm＝P/mean(P)；

生成模块：计算P_norm的方差，将多种信号对应的P_norm的方差做成对比库，并将不同条件下方差范围的中间值做成库向量C_lab。

作为本发明的进一步改进，在所述测试信号生成模块中，对测试信号进行异步采样、平方、归一化处理后，从而得到测试信号X_test。

作为本发明的进一步改进，在所述生成模块中，计算P_norm的方差，将8种信号对应的P_norm的方差做成对比库。

作为本发明的进一步改进，该调制格式识别系统还包括依次相连的光滤波器、可协调色散补偿模块、光电二极管，抽取的光信号通过光滤波器和所述可协调色散补偿模块后，经过光电二极管进行光电转换成电信号，对电信号进行异步延迟采样，采样后的两路信号进行拼接成一路信号X，进入调制格式识别单元进行调制格式识别。

作为本发明的进一步改进，采样延迟时间τ为15ps，异步延迟采样：两路异步采样，采样时间差为一个固定的时间。

本发明的有益效果是：本发明在现有技术的基础上，应用方差分析算法对光通信信号的调制格式进行有效识别。现有的技术使我们可以对光路进行有效的色散补偿，使剩余色散较低，满足我们的算法的外在条件。低色散情况下，利用信号自身的特性进行识别，避免了现有技术的复杂计算，方法简单、可在线识别。对系统的要求低于现有的方法，对调制格式的识别准确度高。

附图说明

图1是本发明应用方差分析方法进行调制格式识别的原理框图。

图2是本发明的方差分析测试图。

图3是本发明的对比库生成图。

具体实施方式

如图1所示，传输链路总体描述：

发射端(TX)：8种光信号经过调制作为发射信号在光传输链路中传输。

信号分别是10Gbps、20Gbps RZ-OOK:归零开关键控信号。40Gbps、100Gbps PM-RZ-QPSK：双偏振归零正交相移键控。100G、200Gbps PM-RZ-16QAM:双偏振归零正交幅度调制。40Gbps、100Gbps PM-Nyquist-QPSK:双偏振奈奎斯特正交相移键控。

光信号在光纤链路中传输，我们从传输链路中抽取很少量的光用于调制格式识别。抽取出的光信号分别通过光滤波器(OBPF)和可协调色散补偿模块(TDC)，经光电二极管(PD)进行光电转换成电信号。可协调色散补偿是为了补偿光信号中的色散，我们的识别方法是在色散比较低的情况下进行识别。实际应用中可以对传输链路中的色散进行补偿，使剩余色散在一个很小的范围，0～250ps/nm。

对电信号进行异步延迟采样，采样延迟时间τ为15ps。异步延迟采样：两路异步采样，采样时间差为一个固定的时间。采样后的两路信号拼接成一路信号X，进入调制格式识别单元(AOV for MFI)进行基于方差分析(AOV)的调制格式识别(MFI)。

在图1中，EDFA:掺饵光纤放大器。VOA：衰减器。SMF：单模光纤。OBPF:光滤波器。TDC：可调谐色散补偿。PD：光电二极管。AOV:方差分析。MFI：调制格式识别。TX:发射。光调制信号类型：RZ-OOK:归零开关键控信号。PM-RZ-QPSK：双偏振归零正交相移键控。PM-RZ-16QAM:双偏振归零正交幅度调制。PM-Nyquist-QPSK:双偏振奈奎斯特正交相移键控。

如图2所示，本发明公开了一种基于方差分析的调制格式识别方法，包括如下步骤：

1.测试信号生成步骤：测试信号经过异步延迟采样，得到测试信号X_test；

2.测试信号方差计算步骤：计算测试信号X_test的方差；

3.处理步骤：计算测试信号X_test的方差与对比库中的库向量C_lab的欧几里距离，并判断是否为最小欧几里距离，若是，那么进行调制格式输出，否则无输出。

在测试信号生成步骤中，光信号经过异步延迟采样(两路异步采样信号拼接成一路)、平方、归一化处理后得到测试信号X_test。

如图3所示，对比库的生成包括如下步骤：

A.输入步骤：输入异步延迟采样后的光信号X；

B.光信号X求平方步骤：对信号X求平方，可得到信号P，P＝X^2；

C.归一化步骤：信号P对其平均值进行归一化得到归一化信号P_norm，P_norm＝P/mean(P)；

D.生成步骤：计算P_norm的方差，将8种信号对应的P_norm的方差做成对比库。

具体为：对进入调制格式识别单元的信号X求平方，得到信号P。信号P对其平均值进行归一化得到归一化信号P_norm。求对归一化信号P_norm的方差。信号受到噪声、色散滤、波器的影响，信号的方差变化的范围不同。不同归零信号对应的方差范围，在一定色散范围内不发生混叠，可用于对信号的调制格式识别。我们将不同色散、光信噪比情况下对应的方差范围做成对比库，并将不同条件下方差范围的中间值做成库向量C_lab。测试信号经过异步延迟采样，得到一路信号X_test和X_test的方差。求X_test与库向量C_lab中值的欧几里距离，最小的欧几里距离对应的调制格式即为测试信号的调制格式。

本发明还公开了一种基于方差分析的调制格式识别系统，包括调制格式识别单元，在所述调制格式识别单元中包括：

测试信号生成模块：用于测试信号经过异步延迟采样，得到测试信号X_test；

测试信号方差计算模块：用于计算测试信号X_test的方差；

处理模块：用于计算测试信号X_test的方差与对比库中的库向量C_lab的欧几里距离，并判断是否为最小欧几里距离，若是，那么进行调制格式输出，否则无输出。

对比库的生成通过如下模块完成：

输入模块：输入异步延迟采样后的光信号X；

光信号X求平方模块：对信号X求平方，可得到信号P，P＝X^2；

归一化模块：信号P对其平均值进行归一化得到归一化信号P_norm，P_norm＝P/mean(P)；

生成模块：计算P_norm的方差，将多种信号对应的P_norm的方差做成对比库，并将不同条件下方差范围的中间值做成库向量C_lab。

在所述测试信号生成模块中，对测试信号进行异步采样、平方、归一化处理后，从而得到测试信号X_test。

在所述生成模块中，计算P_norm的方差，将8种信号对应的P_norm的方差做成对比库。

该调制格式识别系统还包括依次相连的光滤波器、可协调色散补偿模块、光电二极管，抽取的光信号通过光滤波器和所述可协调色散补偿模块后，经过光电二极管进行光电转换成电信号，对电信号进行异步延迟采样，采样后的两路信号进行拼接成一路信号X，进入调制格式识别单元进行调制格式识别。

采样延迟时间τ为15ps，异步延迟采样：两路异步采样，采样时间差为一个固定的时间。

本发明在现有技术的基础上，应用方差分析算法对光通信信号的调制格式进行有效识别。现有的技术使我们可以对光路进行有效的色散补偿，使剩余色散较低，满足我们的算法的外在条件。低色散情况下，利用信号自身的特性进行识别，避免了现有技术的复杂计算，方法简单可在线识别。对系统的要求低于现有的方法，对调制格式的识别准确度高。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。