均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿的联合处理方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿 的联合处理方法及装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着网络流量和带宽需求的急剧增加，高速相干光通信技术已成为实现 长距离大容量信息传输的关键技术。通过偏振复用和波分复用等技术，可以有效的提高光 纤通信系统的带宽利用率，提升系统容量。对高速相干光通信而言，由于光纤色散、偏振随 机串扰等因素的影响，系统收端信号需要多抽头的自适应FIR滤波器进行色散的均衡和偏 振解复用。
[0003] LMS算法（最小均方算法）常用于时域均衡与偏振解复用，该算法过程分为训练 模式和判决反馈模式。该算法在训练模式期间，将训练序列作为参考信号不断调整自适应 FIR滤波器的抽头系数，使输出信号逼近于参考信号。LMS算法在到达收敛状态之后即转入 判决反馈模式。判决反馈模式期间，将均衡后经判决得到的信号作为参考信号进行自适应 FIR滤波器抽头系数的更新，以自适应跟踪信道特性的变化。基于LMS算法的均衡与偏振解 复用不受系统中信号调制格式的限制，具有一般的适用范围；同时，LMS算法使用训练序列 进行抽头更新，可以快速进入收敛状态。一般上，系统收发端载波不严格同步会带来载波频 偏，激光器也会存在一定的线宽。载波频偏和激光器线宽会对收端信号造成相位偏差，该相 位偏差的存在可能导致基于LMS算法的自适应FIR滤波器抽头系数的更新错误，最终会导 致均衡与偏振解复用的失败。
[0004] 载波频偏对LMS算法的影响可以在均衡与偏振解复用之前加入适当的频偏估计 与补偿模块来消除；载波残余频偏和线宽造成的相位偏差在一定范围内也可以通过优化 LMS算法的步长参数利用LMS算法本身进行补偿。但较大的步长会导致LMS算法的收敛精 度和稳定性变差。所以，利用LMS算法本身来补偿载波残余频偏和激光器线宽造成的相位 损伤的能力有限。在某些特定的场景，如突发相干接收中可调谐激光器的线宽能达到MHz 量级，线宽造成的相偏不仅无法由LMS算法本身进行补偿还会造成LMS算法无法收敛。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种均衡与偏振解复用和相偏估 计与补偿的联合处理方法及装置，能够消除较大载波残余频偏和激光器线宽对LMS算法收 敛性能的恶劣影响，显著减小LMS算法抽头更新步长，提高算法收敛精度及稳定性，并自适 应跟踪补偿载波残余频偏和激光器线宽对均衡后信号造成的相位偏差。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0007] 依据本发明的一个方面，提供了一种均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿的联合 处理方法，该方法包括：对k时刻的输入信号进行均衡与偏振解复用，得到k时刻的均衡输 出信号，其中k为正整数；对k时刻的均衡输出信号的相位损伤进行估计，得到并存储k时 刻的均衡输出信号的相偏估计值；获取k 一 1时刻的均衡输出信号的相偏估计值，并根据 k 一 1时刻的均衡输出信号的相偏估计值补偿k时刻的输入信号及均衡输出信号中的相位 损伤，得到k时刻的输入信号的补偿信号及均衡输出信号的补偿信号；根据k时刻的输入信 号的补偿信号及均衡输出信号的补偿信号，以及k时刻的参考信号更新自适应FIR滤波器 的抽头系数，其中更新后的抽头系数用于均衡k+Ι时刻的输入信号。
[0008] 可选地，该对k时刻的输入信号进行均衡与偏振解复用，得到k时刻的均衡输出信 号，其中k为正整数，具体包括：根据公式
[0009]
[0010] 得到k时刻的均衡输出信号，其中rxW (k)为X或y偏振态下k时刻的输入信号， Rxw 00为X或y偏振态对应的k时刻的均衡输出信号，对用于均衡与偏振解复用的自适应 FIR滤波器而言，其抽头系数共有四组，分别为1：!：!、1：^、!11^ ：!、1"，自适应？11?滤波器抽头 个数为2N+1，其中N为正整数，Hk, xx (m)、Hk, xy (m)、Hk, yx (m)和Hk, yy (m)为自适应FIR滤波器 的中均衡k时刻时的第m个抽头的系数，m的取值范围为[-N，N]。
[0011] 进一步地，获取k - 1时刻的均衡输出信号的相偏估计值，并根据k - 1时刻的均 衡输出信号的相偏估计值补偿k时刻的输入信号及均衡输出信号中的相位损伤，得到k时 刻的输入信号的补偿信号及均衡输出信号的补偿信号，具体包括：
[0012] 根据公式
得到k时刻的输 入信号的补偿信号，其中，r'xW(k)为k时刻的输入信号的补偿信号，
为k 一 1时刻的均衡输出信号的相偏估计值；根据公式
辱到k时刻的均衡输出信号的补偿信号，其中YxW (k)为k时刻 的均衡输出信号的补偿信号。
[0013] 进一步地，根据k时刻的输入信号的补偿信号及均衡输出信号的补偿信号，以及k 时刻的参考信号更新自适应FIR滤波器的抽头系数，其中更新后的抽头系数用于均衡k+1 时刻的输入信号，具体包括：
[0014] 根据公式 ε k,x(y) = dx(y) (k)_Yx(y) (k)、
[0015] Hk+1, xx (m) = Hk, xx (m) + μ * ε k，x*r ' x (k-m) *、
[0016] Hk+1, xy (m) = Hk, xy (m) + μ * ε k，x*r ' y (k-m) *、
[0017] Hk+1, yx (m) = Hk, yx (m) + μ * ε k, y*r' x (k-m) * 以及
[0018] Hk+1, yy (m) = Hk, yy (m) + μ * ε k，y*r，y (k-m) * 进行更新，
[0019] 其中，ε k xW为χ或y偏振态利用第k时刻相偏补偿均衡输出信号YxW (k)和与其 对应的参考信号dx(y) (k)计算出的误差函数，Hk+1,xx(m)、Hk+1,xy(m)、H k+1,yx(m)和Hk+1,yy(m)为自 适应FIR滤波器的中均衡k+1时刻时的第m个抽头的系数，r'Jk-nO'r'yGc-nO'r'Jk-m)* 和r'yGc-mr为与均衡器第m个抽头对应的相偏补偿输出信号的共轭，μ为自适应FIR滤 波器抽头更新的步长，其典型取值在〇. 001到〇. 01之间。
[0020] 依据本发明的另一个方面，还提供了一种均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿的 联合处理装置，包括：自适应FIR滤波器模块，用于对k时刻的输入信号进行均衡与偏振解 复用，得到k时刻均衡的输出信号，其中k为正整数；相偏估计模块，用于对k时刻的均衡输 出信号的相位损伤进行估计，得到并存储k时刻的均衡输出信号的相偏估计值；相偏补偿 模块，用于获取k 一 1时刻的均衡输出信号的相偏估计值，并根据k 一 1时刻的均衡输出信 号的相偏估计值补偿k时刻的输入信号及均衡输出信号中的相位损伤，得到k时刻的输入 信号的补偿信号及均衡输出信号的补偿信号；自适应FIR滤波器抽头更新模块，用于根据 所述k时刻的输入信号的补偿信号及均衡输出信号的补偿信号，以及k时刻的参考信号更 新自适应FIR滤波器的抽头系数，其中更新后的抽头系数用于均衡k+Ι时刻的输入信号。
[0021] 可选地，该自适应FIR滤波器模块的计算公式为：
[0022]
[0023] 其中，rxW (k)为X或y偏振态下k时刻的输入信号，RxW (k)为X或y偏振态对应 的k时刻的均衡输出信号，对用于均衡与偏振解复用的自适应FIR滤波器而言，其抽头系数 共有四组，分别为H k,xx、Hk,xy、Hk, yx、Hk, yy，自适应FIR滤波器抽头个数为2N+1，其中N为正整 数，Hk,xx(m)、H k,xy(m)、Hk,yx(m)和Hk, yy(m)为自适应FIR滤波器的中均衡k时刻时的第m个 抽头的系数，m的取值范围为[-N，N]。
[0024] 可选地，该相偏估计模块包括：第一相偏估计子单元和第二相偏估计子单元，其 中，该第一相偏估计子单元用于对k时刻的均衡输出信号的相位损伤进行估计，得到并存 储k时刻的均衡输出信号的相偏估计值.Δφχ(1〇;第二相偏估计子单元，用于对k时刻的均 衡输出信号的相位损伤进行估计，得到并存储k时刻的相偏估计值Δφγ(1<)"
[0025] 可选地，该相偏补偿模块具体包括：第一相偏补偿子模块和第二相偏补偿子模块， 其中所述第一相偏补偿子模块包括：
[0026] 第一相偏补偿子单元，用于获取k 一 1时刻的均衡输出信号的相偏估计值，并根据 k 一 1时刻的均衡输出信号的相偏估计值补偿k时刻的输入信号的相位损伤，得到k时刻的 输入信号的补偿信号r'x(k)，其中
：
[0027] 第二相偏补偿子单元，用于获取k 一 1时刻的均衡输出信号的相偏估计值，并根据 k一 1时刻的均衡输出信号的相偏估计值补偿k时刻的均衡输出信号中的相位损伤，得到k 时刻的均衡输出信号的补偿信号Yx (k)，其中
[0028] 所述第二相偏补偿子模块包括：
[0029] 第三相偏补偿子单元，用于获取k 一 1时刻的均衡输出信号的相偏估计值，并根据 k 一 1时刻的均衡输出信号的相偏估计值补偿k时刻的输入信号的相位损伤，得到k时刻的 输入信号的补偿信号r'y(k):其中
[0030] 第四相偏补偿子单元，用于获取k 一 1时刻的均衡输出信号的相偏估计值，并根据 k一 1时刻的均衡输出信号的相偏估计值补偿k时刻的均衡输出信号中的相位损伤，得到k 时刻的均衡输出信号的补偿信号Yy (k)，其中
[0031] 可选地，该自适应FIR滤波器抽头更新模块具体包括：
[0032] 自适应FIR滤波器抽头更新模块具体包括：第一自适应FIR滤波器抽头更新子模 块和第二自适应FIR滤波器抽头更新子模块