灵活速率的时分复用相干无源光网络数字信号处理方法与流程

本发明涉及网络通信，尤其涉及一种灵活速率的时分复用相干无源光网络数字信号处理方法。

背景技术：

1、为满足光接入网不断增长的容量需求，基于点对多点拓扑结构的无源光网络pon(passive optical network，简称pon)已在全球范围内得到广泛部署，并已成为光接入网的主要解决方案。pon技术的发展主要集中在强度调制/直接检测(im/dd)上，现有的im/dd解决方案面临功率预算有限、带宽限制和色散传输障碍。此外，现有的pon在物理层通常具有静态配置，这意味着整个系统的最大容量由性能最差的光网络单元onu(opticalnetworkunit，简称onu)限定，致使现有pon的灵活性有限、资源分配不能实现最优化。

2、下一代光接入网的另一个特性是利用相干光通信的大容量，用于扩展覆盖距离和高分支比的高链路预算，根据最终用户的位置和需求提供了自适应分配网络资源和优化容量的能力。近年来，相关文献记载已经验证了基于概率成形多电平正交调幅qam(multi-level quadrature amplitude modulation，简称qam)的峰值速率为300g上行灵活相干pon。然而，在速率自适应灵活pon中，一个重要的问题是快速跟踪如时钟、偏振状态sop(state ofpolarization，简称sop)和载波相位的信道状态。并且，对于上行突发模式相干检测，高效的前导码可以实现快速帧同步、sop估计和频偏与相偏估计；同时，有文献也已经报道了用于高阶单独qam信号的导频辅助突发dsp设计方法并使用预先计算的有限脉冲响应fir(finiteimpulseresponse，简称fir)滤波器系数来缩短前导长度从而实现快速收敛。然而，由于在调制格式切换期间fir系数需要重新训练，基于盲自适应恒模/恒定多模算法(cma/cmma)实现快速收敛仍然是一个挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种灵活速率的时分复用相干无源光网络数字信号处理方法，采用多种调制格式为不同位置的用户提供和提高服务效率，使系统具有不同的链路预算，能实现信道估计、快速sop、载波相位跟踪且能有效处理调制格式切换过程中的突发信号处理。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种灵活速率的时分复用相干无源光网络数字信号处理方法，包括相干灵活速率下一代时分复用无源光网络，网络中的光网络单元onu被划分为几个区域，各个onu与光线路终端olt的光纤传输距离不同，各个onu具有不同的光链路损耗opl，连续下行信号由不同时隙的不同格式组成，不同区域的onu根据不同的信噪比snr实现可变传输速率，包括以下步骤：

3、下行方向过程：

4、在连续下行信号中采用三种不同的调制格式，插入间隔的正交相移键控qpsk格式的导频符号，经过n倍上采样和整形，生成下行传输信号并发送给数模转换器dac；

5、下行传输信号由双偏振i/q调制器和外腔激光器ecl调制；

6、上光调制后的信号经过光纤传输至onu的接收端，光信号由工作在相同波长的外腔激光器ecl作为本振lo进入集成相干接收机icr进行零差检测；

7、根据插入的qpsk导频，连续跟踪偏振态和恢复载波频率和相位，用几个相邻的导频符号求平均值估计相位；

8、上行方向过程：

9、在onu的发射端，二进制比特被映射成4/16/64qam符号；

10、在上行符号传输中插入qpsk导频符号，并在接收端进行数字信号处理dsp；

11、上行传输信号调制后传输至olt的接收端，olt对每个突发帧进行定位，并对接收到的数据流进行求平均的平滑处理，生成一个二进制映射；

12、通过定位此二进制映射的二值图上的突变来进行突发帧的边界搜索，在找到上升沿和下降沿后，边界搜索定位一个突发帧，并根据突发帧边缘估计突发帧的长度；

13、进行色散补偿、突发时钟恢复和同步，接收突发信号后，信号载荷进行常规相干dsp处理；

14、上述三种调制格式共享相同的突发接收和包含粗载波频偏估计和粗载波相位估计的第一级dsp，直到恒摸算法cma后，再对16qam和64qam两种相对高阶的调制格式进行多模算法mma以及细载波频偏和相偏估计与恢复算法处理。

15、其中，下行传输信号由双偏振i/q调制器和外腔激光器ecl调制，所述步骤还包括：

16、所述外腔激光器ecl为工作在1550nmc波段的外腔激光器ecl。

17、其中，上光调制后的信号经过光纤传输至onu的接收端，光信号由工作在相同波长的外腔激光器ecl作为本振lo进入集成相干接收机icr进行零差检测，所述步骤还包括：

18、上光调制后的信号进入标准单模光纤ssmf中传输，信号经过ssmf传输至onu的接收端。

19、其中，上光调制后的信号经过光纤传输至onu的接收端，光信号由工作在相同波长的外腔激光器ecl作为本振lo进入集成相干接收机icr进行零差检测，所述步骤还包括：

20、零差检测采用可调谐光衰减器voa调节接收光功率rop，接收端数字信号处理dsp采用插入的qpsk导频符号，保持载频和相位连续跟踪，当数据符号从qpsk突变为64qam时，经过信道色散补偿cdc后实现时钟跟踪。

21、其中，上行传输信号调制后传输至olt的接收端，olt对每个突发帧进行定位，并对接收到的数据流进行求平均的平滑处理，生成一个二进制映射，所述步骤还包括：

22、olt采用基于功率检测的突发帧识别算法，对每个突发帧进行定位，并对接收到的数据流进行求平均的平滑处理，低于预设阈值的信号成分采用“0”表示，高于阈值的信号成分采用“1”表示，生成一个二进制映射。

23、其中，上述三种调制格式共享相同的突发接收和包含粗载波频偏估计和粗载波相位估计的第一级dsp，直到恒摸算法cma后，再对16qam和64qam两种相对高阶的调制格式进行多模算法mma以及细载波频偏和相偏估计与恢复算法处理，所述步骤之后还包括：

24、每种调制格式都分配不同的突发帧长度，从第一步获得的突发帧大小用于cma之后的决策。

25、本发明的一种灵活速率的时分复用相干无源光网络数字信号处理方法，包括上下行两个方向。其中，在下行方向，采用概率星座成形和自适应前向纠错编码后的三种调制格式：双偏振四相移键控dp-qpsk(dual-polarizationquad-phaseshiftkeying，简称dp-qpsk)，双偏振16正交幅度调制dp-16qam(doub lepolarization16orthogonalamplitudemodulation，简称dp-16qam)，双偏振64正交幅度调制dp-64qam(doublepolarization64orthogonalamplitudemodulatio n，简称dp-64qam)的时分复用突发，产生更细粒度的网络信息速率，在下行相干信号检测中实现了连续信号处理。此外，在上行方向，采用多种调制格式为不同位置的用户提供和提高服务效率，使系统具有不同的链路预算，能实现快速sop、载波相位跟踪和信道估计。本发明具有低复杂度的突发接收机数字信号处理(dsp)，不需要复杂的调制格式识别算法，且能有效处理调制格式切换过程中的突发信号处理。