对合成单边带信号光强度信息的色散补偿方法与系统与流程

1.本发明属于光纤通信技术领域，更具体地，涉及一种对合成单边带信号光强度信息的色散补偿方法与系统。


背景技术：

2.随着数字化时代的发展，光传送网络对速度和容量的要求面临极大的提升，因此相干光通信技术的重要性越来越高。传统的数字相干光接收机采用相位分集装置，每个相位分集装置包含1个光混频器、4个光探测器和2个adc(analog
‑
to
‑
digital converter，模/数转换器)，其结构复杂，成本高，功耗大。此外，对于光纤通信系统，由于光纤色散的作用会造成信号脉冲的展宽，引入严重的码间干扰，导致信号无法解调，因此相干光接收机为实现信号的解调必须通过数字信号处理器对色散进行补偿。传统数字相干光接收机采用的色散补偿算法通过对两路相位分集装置分别接收到的i/q信息进行色散补偿。
3.随着极简结构的新一代数字相干光接收机的提出，改变了传统采用相位分集装置进行光接收的技术路线。极简相干光接收机采用了合成单边带信号进行信息的传输，采用了基于强度检测的单一路径进行光接收。由于传统的色散补偿算法基于i/q信息进行补偿处理，而强度检测只能提取到合成单边带信号的光强度信息，导致色散补偿算法无法直接运行。因此，极简数字相干光接收机还采用了额外的光场重建算法对光强度信息进行i/q信息的运算和恢复，以便传统色散补偿算法的运行。
4.由于色散补偿算法和光场重建算法都需要庞大的计算资源，因此极简数字相干光接收机需要配置高性能的数字信号处理器。高性能的数字信号处理器不仅价格昂贵，而且功耗也较大，不利于满足光传送网对低成本的需求以及对相干光接收机体积、重量和功耗的苛刻要求。


技术实现要素：

5.针对传统的色散补偿算法和光场重建算法都需要庞大计算资源的缺陷或改进需求，本发明提供了一种对合成单边带信号的光强度信息直接进行色散补偿的方法。该方法由于省去了光场重建的步骤，极大的降低了对计算资源的需求，有利于降低基于合成单边带信号的极简数字相干光接收机的成本和功耗。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种一种对合成单边带信号光强度信息的色散补偿方法，包括：
7.确定色散补偿传递函数，并对色散补偿传递函数进行赋值；
8.将赋值后的色散补偿传递函数进行逆傅里叶变换，得到含有2
n
个抽头系数的具有色散补偿功能的数字滤波器tr(2
n
)；
9.根据预设的数字滤波器抽头数量k，对得到的具有色散补偿功能的数字滤波器tr(2
n
)进行有效抽头系数的提取和组合，生成新的数字滤波器te(k)；
10.将新的数字滤波器te(k)与输入的光强度信息的数据流进行实时卷积运算，输出
实时运算的结果即可得到色散补偿后的合成单边带信号。
11.本发明的一个实施例中，所述确定色散补偿传递函数，具体为：
12.根据合成单边带信号中载波光谱与信号光谱的频率差值以及计算色散影响所需的关键参数，确定修正后的色散补偿传递函的频率响应。
13.本发明的一个实施例中，所述修正后的色散补偿传递函的频率响应为：
[0014][0015]
其中，c为光速，l为光纤长度，d为光纤色散系数，f为信号频率，f
c
为信号光谱中心处对应的频率，f0为信号光谱中心处对应的频率与载波光谱的频率差值。
[0016]
本发明的一个实施例中，所述对色散补偿传递函数进行赋值具体为：
[0017]
根据合成单边带信号的光谱确定有效谱宽区间b和预设的频点数2
n
，对修正后的色散补偿传递函数的幅、相频响应进行赋值。
[0018]
本发明的一个实施例中，赋值后的色散补偿传递函数为：
[0019][0020]
本发明的一个实施例中，所述有效抽头系数的提取和组合方法为：
[0021]
本发明的一个实施例中，所述合成单边带信号，其光谱特征为载波光谱位于信号光谱的边缘之外。
[0022]
按照本发明的另一方面，还提供了一种对合成单边带信号光强度信息的色散补偿系统，包括光探测器、模数转换器与数字信号处理器，其中：
[0023]
所述光探测器，用于将合成单边带信号光转换成只含有光强度信息的电信号；
[0024]
所述模数转换器，用于将光强度信息的电信号转换成数字信号数据流，以便于数字信号处理器进行处理；
[0025]
所述数字信号处理器，用于将光强度信息的数据流与具有色散补偿功能的数字滤波器进行卷积运算，得到色散补偿后的合成单边带信号。
[0026]
本发明的一个实施例中，所述合成单边带信号，其光谱特征为载波光谱位于信号光谱的边缘之外。
[0027]
本发明的一个实施例中，所述数字信号处理器包括色散补偿传递函数构建模块、逆傅里叶变换模块、滤波器抽头系数构建缓存模块和卷积运算模块，其中：
[0028]
所述色散补偿传递函数构建模块，用于确定色散补偿传递函数，并对色散补偿传递函数进行赋值；
[0029]
所述逆傅里叶变换模块，用于将赋值后的色散补偿传递函数进行逆傅里叶变换，得到含有2
n
个抽头系数的具有色散补偿功能的数字滤波器tr(2
n
)；
[0030]
所述滤波器抽头系数构建缓存模块，用于根据预设的数字滤波器抽头数量k，对得到的具有色散补偿功能的数字滤波器tr(2
n
)进行有效抽头系数的提取和组合，生成新的数字滤波器te(k)；
[0031]
所述卷积运算模块，用于将新的数字滤波器te(k)与输入的光强度信息的数据流进行实时卷积运算，输出实时运算的结果即可得到色散补偿后的合成单边带信号。
[0032]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0033]
本发明实现了直接对合成单边带信号的光强度信息进行色散补偿的功能，避免了传统上对合成单边带信号进行色散补偿时需先对光强度信息进行光全场信息运算和恢复的需求，极大的降低了对合成单边带信号进行色散补偿的复杂度，具有良好的实用价值。同时，本发明所述的新色散补偿算法合成单边带信号的强度信息进行色散补偿后，可直接输出色散补偿后的i/q全场信息，无缝衔接了后端的传统同步算法、均衡算法、载波恢复算法等。
附图说明
[0034]
图1为本发明实施例中对合成单边带信号光强度信息的色散补偿系统的结构示意图；包含：光探测器1、模数转换器2、数字信号处理器3；其中，数字信号处理器3包含：色散补偿传递函数构建模块4、逆傅里叶变换模块5、滤波器抽头系数构建缓存模块6和卷积运算模块7；
[0035]
图2为本发明实施例中对合成单边带信号光强度信息的色散补偿方法的流程示意图；
[0036]
图3为模块4中构建的色散补偿传递函数的相频响应，其中(a)为125公里光纤、(b)为500公里光纤；
[0037]
图4为模块5对色散补偿传递函数进行逆傅里叶变换后得到的系数幅值示意图，其中(a)为125公里光纤、(b)为500公里光纤；
[0038]
图5为模块6中根据预设数字滤波器抽头系数个数所构建的新抽头系数的幅值示意图，其中(a)为125公里光纤、(b)为500公里光纤；
[0039]
图6为模块7中光强度信息数据流与含有色散补偿功能的新数字滤波器进行卷积运算，得到的合成单边带信号解调后的星座示意图，其中(a)为125公里光纤、(b)为500公里光纤；
[0040]
图7为未进行色散补偿的合成单边带信号解调后的星座示意图，其中(a)为125公里光纤、(b)为500公里光纤。
具体实施方式
[0041]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0042]
由于传统的色散补偿算法基于i/q信息进行补偿处理，而强度检测只能提取到合
成单边带信号的光强度信息，导致色散补偿算法无法直接运行。为解决上述技术问题，本发明提供了一种对合成单边带信号的光强度信息直接进行色散补偿的方法。该方法的实现基础包含了采用合成单边带信号进行传输，由光探测器、模数转换器与数字信号处理器进行接收和处理的系统。
[0043]
图1所示为本发明实施所提供的对合成单边带信号光强度信息的色散补偿系统的结构，包括：光探测器1、模数转换器2、数字信号处理器3，其中：
[0044]
所述光探测器1，用于将合成单边带信号光转换成只含有光强度信息的电信号；
[0045]
所述模数转换器2，用于将光强度信息的电信号转换成数字信号数据流，以便于数字信号处理器进行处理；
[0046]
所述数字信号处理3，用于将光强度信息的数据流与具有色散补偿功能的数字滤波器进行卷积运算，得到色散补偿后的合成单边带信号。
[0047]
所述合成单边带信号，其光谱特征为载波光谱位于信号光谱的边缘之外。
[0048]
进一步地，所述数字信号处理器3包括色散补偿传递函数构建4、逆傅里叶变换模块5、滤波器抽头系数构建缓存模块6和卷积运算模块7，其中：
[0049]
所述色散补偿传递函数构建模块4，用于确定色散补偿传递函数，并对色散补偿传递函数进行赋值；
[0050]
所述逆傅里叶变换模块5，用于将赋值后的色散补偿传递函数进行逆傅里叶变换，得到含有2
n
个抽头系数的具有色散补偿功能的数字滤波器tr(2
n
)；
[0051]
所述滤波器抽头系数构建缓存模块6，用于根据预设的数字滤波器抽头数量k，对得到的具有色散补偿功能的数字滤波器tr(2
n
)进行有效抽头系数的提取和组合，生成新的数字滤波器te(k)；
[0052]
所述卷积运算模块7，用于将新的数字滤波器te(k)与输入的光强度信息的数据流进行实时卷积运算，输出实时运算的结果即可得到色散补偿后的合成单边带信号。
[0053]
如图2所示，本发明提出了一种对合成单边带信号的光强度信息直接进行色散补偿的方法，包括以下步骤：
[0054]
(1)确定色散补偿传递函数，并对色散补偿传递函数进行赋值；具体地：
[0055]
在数字信号处理器中预构建并缓存具有色散补偿功能的数字滤波器：
[0056]
根据合成单边带信号中载波光谱与信号光谱的频率差值以及计算色散影响所需的关键参数，确定修正后的色散补偿传递函的频率响应，如公式(1)所示。其中，c为光速，l为光纤长度，d为光纤色散系数，f为信号频率，f
c
为信号光谱中心处对应的频率，f0为信号光谱中心处对应的频率与载波光谱的频率差值。
[0057][0058]
根据合成单边带信号的光谱确定有效谱宽区间b和预设的频点数2
n
，对修正后的色散补偿传递函数的幅、相频响应进行赋值，如公式(2)所示。
[0059][0060]
(2)将赋值后的色散补偿传递函数进行逆傅里叶变换，得到含有2
n
个抽头系数的具有色散补偿功能的数字滤波器tr(2
n
)。
[0061]
(3)根据预设的数字滤波器抽头数量k，对得到的具有色散补偿功能的数字滤波器tr(2
n
)进行有效抽头系数的提取和组合，生成新的数字滤波器te(k)；
[0062]
其中，有效抽头系数的提取和组合方法如公式(3)所示。
[0063][0064]
通过步骤(1)
‑
(3)就可以预构建并缓存具有色散补偿功能的数字滤波器。
[0065]
(4)将预构建的具有色散补偿功能的新数字滤波器te(k)与输入的光强度信息的数据流进行实时卷积运算，输出实时运算的结果即可得到色散补偿后的合成单边带信号。
[0066]
具体实施过程中，采用qpsk调制格式，信号波特率b为10g，osnr＝20db,光纤长度l分别为125km和500km,光纤色散系数为16ps/nm/km,信号光谱中心处对应的频率f
c
为193.1e12hz,信号光谱中心处对应的频率与载波光谱的频率差值f0为5ghz，以及2倍采样速率，由公式(2)可得如图3所示的色散补偿传递函数构建模块4中构建的色散补偿传递函数的相频响应。逆傅里叶变换模块5对色散补偿传递函数进行逆傅里叶变换后可得如图4所示的抽头系数幅值示意图。滤波器抽头系数构建缓存模块6中由公式(3)可得到如图5所示的新抽头系数的幅值示意图。卷积运算模块7中将所得新数字滤波器与光强度信息数据流进行卷积运算后得到色散补偿后的合成单边带信号。对该合成单边带信号进行解调后可得到如图6所示的星座示意图。与之进行对比的是如图7所示的未进行色散补偿的合成单边带信号星座示意图。由此可见，本发明提出的方法能够对合成单边带信号的光强度信息直接进行色散补偿，且补偿效果良好。若未进行色散补偿会导致星座图质量下降，降低系统性能。
[0067]
本发明实现了直接对合成单边带信号的光强度信息进行色散补偿的功能，避免了传统色散补偿算法需先对光强度信息进行光全场信息运算和恢复的需求，极大的降低了对合成单边带信号进行色散补偿的复杂度，具有良好的实用价值。同时，本发明所述的新色散补偿算法合成单边带信号的强度信息进行色散补偿后，可直接输出色散补偿后的i/q全场信息，无缝衔接了后端的传统同步算法、均衡算法、载波恢复算法等。
[0068]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。