本发明涉及通信的技术领域，更具体地，涉及一种使用交叉混合状态的相干光通信均衡方法。
背景技术：
随着对宽带网络需求的巨大提升和数据传输量的高涨，基于先进调制方式，偏振模复用(pdm)，相干探测和数字信号处理(dsp)的技术目前成为一种有效提高相干光通信系统传输速率的方案。偏振模复用系统使用两路相互正交的偏振态(sop)去传输两个信道具有相同波长的光信号。这种方式能够提高一倍的传输速率，因此得到广泛的研究。pdm系统相比普通光路传输方式对光的偏振效应更加敏感。在光纤传输系统中存在的主要偏振效应是偏振模色散(pmd)和偏振态旋转(rsop)。这些效应将会造成信号发生偏振态混叠。同时，在长距离传输过程中，光纤链路受到的外界干扰会使载波信号的相位发生偏移。这些干扰带来的信号失真使得接收端无法分辨接收信号的星座点，因此需要一种能够快速追踪信号偏振态，解决载波相位偏移的均衡算法，实现对信号的解偏振态，恢复原始信号。
当今随着dsp技术的发展，提出了一系列的解偏振的算法。目前得到广泛运用的是恒模算法(constantmodulusalogorithm，cma)和多模算法(multimodulusalgorithm，mma)，这种算法运用自适应有限脉冲响应滤波器对线性损失进行均衡。然而，cma和mma算法的收敛速度比较慢，并且会产生奇点问题，对较高速度的偏振态旋转无法实现准确的追踪。斯托克斯空间(stokesspace，ss)方式可以实现快速的收敛，但这种方法只能用于在较小pmd值下的qpsk调制方式，而且在时变的sop环境下表现不佳。有研究提出联合ss和cma/mma的方案以提高收敛速度并解决奇点问题，但这种方案并不能实现偏振态的高速追踪。还有一类基于卡尔曼滤波器的方案，主要有环向线性卡尔曼滤波器(radiusdirectedlinearkakmanfliter，rd-lkf)，扩展卡尔曼滤波器(extendedkalmanfilter，ekf)和无迹卡尔曼滤波器(unscentedkalmanfilter)三种。rd-lkf能够找到线性系统的最佳参数并成功运用于高速的偏振态追踪，但无法解决相位问题。ekf被设计用来跟踪非线性动态系统的参数，能有效解决偏振态和均衡问题。然而ekf要求输入的状态必须为实值，因此在信号输入滤波器时要分解为实部和虚部。这导致efk在迭代过程中复杂度的增加，而且只允许实部输入的方式可能会造成滤波器的发散。ukf把所有偏振态和相位因素考虑进去，代价则是较高的计算复杂度。
以上方案无法兼顾偏振态高速追踪，相位补偿和计算复杂度三个方面。
技术实现要素：
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种使用交叉混合状态的相干光通信均衡方法，其自适应能力强，能有效解决各种由偏振效应和距离传输造成的信号失真问题。
本发明提出的以交叉混合状态作为输入的迭代最小二乘法，能实现高速的偏振态追踪和相位纠正，并具有较低的计算复杂度，对各种输入环境具有良好的适应性。相比于cma/mma算法，本发明能够在50个采样点内实现信号收敛，偏振态追踪速度可以在稳定达到100mrad/s。而相比于ekf，本发明不需要将偏振态分解为实部和虚部两部分，并且不需要在输入滤波器前预测状态向量，迭代过程计算量相对较少，在相同的计算环境下具有更快的迭代速度，同时兼顾高速偏振态追踪和相位纠正。
本发明提供了一种可用于光通信相干接收机中，实现有效均衡偏振效应和相位纠正的迭代最小二乘法模型以及详细算法。与传统的cma/mma、lms、斯托克斯空间变换等均衡算法不同，本发明提出的均衡方案基于迭代最小二乘法，具有更快的收敛速度。并且与ekf相比，本发明提出在输入端将偏振态交叉混合，而不需要在输入端将偏振态分解为实部和虚部，减少了计算量，同时具有和卡尔曼滤波收敛速度快，收敛精度高，容易建模的优点。
本发明的技术方案是：一种使用交叉混合状态的相干光通信均衡方法，基于迭代最小二乘法，其中，
每次迭代包括以下六个步骤：
a.信号交叉混合：对接收到的两路信号，进行交叉混合，具体为：
接收端接收到的是两路偏振态信号x＝[x1,x2,…,xn]和y＝[y1,y2,…,yn]，把两路信号相互混合，得到：sx＝[x1,y1,x2,y2,…,xn,yn]和sy＝[x1,y1,x2,y2,…,xn,yn]；
b.输出：将混合后的信号乘以系统系数得到输出信号，具体为：
c.判决：根据输出值，在由理想星座点旋转而成的圆上选择距离输出值最近的点作为判断点；
d.求误差系数：计算判断值与输出值的差作为误差系数；
e.迭代最小二乘法更新：将输出值和判决值代入迭代最小二乘法方程组，进行更新和修正，具体为：
k(t)＝p(t-1)s(t)(q+s(t)p(t-1)s*(t))-1，
h(t)＝h(t-1)+k(t)e(t)，
其中，k是卡尔曼增量，p是相关矩阵的逆矩阵，为方便计算而设，q是权重参数,以上运算均为复数运算；
f.状态传递：系统参数的更新值等于下一次迭代的系统参数，更新的卡尔曼增益和矩阵p等于下一次迭代的卡尔曼增益和矩阵p。
进一步的，所述的方法适用于任意阶相移键控或正交调幅偏振复用信号，包括pdm-qpsk，pdm-8psk，pdm-16psk，pdm-16qam。
进一步的，所述的步骤b中输入为信号向量，向量长度等于滤波器的抽头系数，输出为单个信号值。
进一步的，所述的步骤c中每次迭代的前进步数为两个步长。
进一步的，所述的步骤c，d，e，f中两路信号经历的过程相同且独立。
与现有技术相比，有益效果是：本发明可适用于任意阶数的psk和qam偏振复用调制信号的偏振态追踪和均衡。不同于一般的迭代算法，本发明设计的迭代最小二乘法中，在输入端把两路偏振状态交叉混合成具有相同序列的状态组，利用码间干扰造成的信息冗余，对偏振态进行追踪。滤波器每次迭代前进两个步长，另一链路的状态一同放进迭代方程的目的是增加误差系数的联系性，而不用考虑对其在这一链路的均衡。这种设计能增加偏振态追踪的准确性，达到较快的收敛速度。同时，将状态交叉混合的处理不用考虑信号实部和虚部的影响，减少了算法的复杂度。
附图说明
图1是典型偏振复用相干光通信系统结构示意图；
图2是本发明的交叉混合状态示意图；
图3是基于迭代最小二乘法的均衡流程图；
图4是本发明的方案应用于128gb/spdm-16qam光通信系统中与cma和传统卡尔曼滤波器追踪性能示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
附图1是典型偏振复用相干光通信系统的结构框图，发射机产生x和y两个偏振态的信号合路传输，经过光线链路传输后进行平衡检测，转成两路电信号，分别代表两路偏振态信号。电信号经过一个升根余弦滤波器后进入数字信号处理模块(dsp)中进行采样和数模转换，通过数字信号处理实现时钟恢复，色散补偿，解偏振，频偏和相位均衡等。本发明提出的方法正是属于dsp中的色散补偿，解偏和相位均衡算法，但不局限于此实例所提的光通信系统，也不局限于信号均衡的用途，本发明的核心算法在任何光通信系统对信号均衡的应用都应属于专利保护范围。
附图2表示本发明在信号经行均衡处理前进行的状态交叉混合流程以及滤波器处理顺序。其中x(k)和y(k)是采样后的电信号，分别代表两个偏振态。将两路信号按顺序间隔加入到另一路信号中，即混合前，x(k)＝[x1,x2,…,xn],y(k)＝[y1,y2,…,yn]；混合后，得到sx＝[x1,y1,x2,y2,…,xn,yn]和sy＝[x1,y1,x2,y2,…,xn,yn]，每一路所包含的内容相同，长度为原来的两倍。滤波器对信号的处理顺序为每次迭代前进两个步长，即对每一路的滤波器，输出值为当前链路的信号处理值，而不对混合进来的另一链路的信号进行估算处理。
附图3表示本发明采用数字信号处理方法实现迭代最小二乘法追踪偏振态流程。其中s(k)是交叉混合后的信号，包含两个链路偏振态的信息，即s(k)＝[x1,y1,x2,y2,…,xn,yn]。h(k)是系统参数向量，长度为滤波器，每一次迭代的h(k)来自上一次迭代的更新。i(k)表示滤波器的输出，即对信号均衡的处理结果。u(k)为输出值最靠近理想星座点旋转而成的圆上的点，即为判断值。e(t)是误差系数，为判断值和输出值的差。迭代最小二乘法过程利用相关矩阵和系统增益估计跟踪参数的准确度，并利用误差系数更新系统参数。
结合上一段阐述的内容以及迭代最小二乘法方程可以给出本发明所设计滤波器的具体运算方程：
计算输出：i(k)＝st(k)h(k-1)
计算误差系数：e(k)＝u(k)-i(k)
计算系统增益：k(k)＝p(k-1)s(k)(q+s(k)p(k-1)s*(k))-1
更新相关矩阵的逆：
更新系统参数：h(k)＝h(k-1)+k(k)e(k)
q是权重参数，0<q<1,q的取值为经验取值，其大小影响算法的收敛速度。将此方程组运用到16qam信号，将使信号收敛于由理想星座点旋转而成的三个圆上。对收敛后的信号进行载波相位补偿(carrierphasecompensate,cpe)处理，可以使信号恢复到理想星座点附近。
如附图4所示，将本发明所设计的均衡算法应用于典型的128gb/spdm-16qam光通信系统中追踪偏振态旋转和偏振模色散补偿的误码率性能，偏振态旋转使用j1＝[cos(wk)+js(1)sin(wk),js(2)+s(3)sin(wk)；(js(2)-s(3))sin(wk),cos(wk)-js(1)sin(wk)]琼斯矩阵来模拟，w是琼斯矩阵的变化速率，s是包含3个随机值的差分群延迟(dgd)向量。偏振态色散使用j2＝[cos(wk)+js(1),js(2)-s(3)sin(wk)；(js(2)+s(3))sin(wk),cos(wk)-js(1)sin(wk)]琼斯矩阵来模拟。相位补偿使用cpe。系统使用部分差分编码，发射端和接收端激光器线宽均为1mhz，滤波器迭代速率等于符号率。从图中可以看到在snr＝10的情况下，本发明设计的均衡方案能追踪和均衡的偏振态旋转素的可以到达100mrad/s。调节权重参数q可以控制滤波器收敛速度和收敛精度，此实例选取q的值为0.99。附图4(a)表示在接收端受到信道干扰后的信号星座图，附图4(b)是经过本发明所提方案均衡后得到的信号星座图。在snr＝10的条件下，测得的误码率为0.0020。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。