一種光信號碼元速率識別方法及系統技術方案

本發明專利技術涉及光纖通信領域的一種光信號碼元速率識別方法及系統。系統包括光放大器(OA)，光濾波器和數字相干光接收機。通過數字相干光接收機內采樣頻率為Rs的模數轉換器(ADC)和數字信號處理(DSP)獲取信號在X、Y偏振方向的N個采樣點序列，進而通過DSP進行快速傅立葉變換(FFT)得到rx(m)和ry(m)，并計算rx,y(m)的自相關和互相關函數，將兩種相關函數取模相加，得到混合相關函數HCF(Ω)，該函數在正半軸存在一個明顯的脈沖峰值，通過搜索峰值位置ΩCT即可計算信號的碼元速率B＝Rs(1-ΩCT/N)。本發明專利技術適用于多種調制格式信號，對色度色散(CD)、偏振模色散(PMD)和光信噪比(OSNR)劣化等損傷有較大容限，具備精度高和抗干擾強的優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光纖通信，光信號識別和數字信號處理
，特別涉及光信號碼元速率識別及系統。
技術介紹
隨著光纖通信技術的發展特別是光調制/解調技術的發展，光網絡中可能同時傳輸多種調制格式和速率的光信號。這些光信號具有不同的譜效率，能夠容忍的信道損傷和噪聲大小也各不相同，因此以滿足不同數據傳輸業務和應用場景的需求。在這種條件下不能夠再預設某一個節點或光接收機處光信號的調制格式和速率是一定的。為了有效對光網絡進行監測管理，對接收到的光信號進行正確的解調，首先需要識別光信號的碼元速率。因此需要研發一種適用信號類型廣，對各種信道損傷和噪聲容限大，并且準確可靠的光信號碼元識別技術與系統。目前提出的碼元速率識別方案中，有一些是基于直接探測的，利用一階自相關方程曲線的中心寬度對OOK格式信號的碼元速率進行識別，原理簡單，但結果受信號損傷影響較大。另有一種方案利用二階自相關方程曲線的周期性實現對OOK信號和NRZ-DPSK信號的碼元速率識別，這種方法抗損傷性能有所提高，但是使用范圍有限，不能正確識別RZ-DPSK等信號的碼元速率。也有研究機構提出利用異步采樣強度直方圖采用人工神經網絡(ANN)等方法識別光信號，但是這種方法需要對ANN進行大量的訓練，并只能針對一些確定的碼元速率和調制格式信號，對CD和PMD的容限較低，因此這種方法使用不便，應用范圍有限，識別精度也不夠高。為解決上述方法需要研究一種適用于多種調制格式信號，對CD、PMD和OSNR劣化等損傷有較大容限，具備精度高和抗干擾強優點的碼元速率識別方法。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提出一種基于數字相干光接收機的光信號碼元速率識別方法與系統，克服現有技術所存在的識別精度低，對損傷容限小，適用的信號類型少和使用不便等缺陷。為解決上述技術問題，本專利技術首先提出一種光信號碼元速率識別方法，其特征在于，包括以下步驟：待識別光信號首先進入光放大器，所述光放大器將光信號放大至一定功率后經光濾波器輸入數字相干光接收機；所述數字相干光接收機通過模數轉換以大于信號實際碼元速率的采樣率Rs分別獲得信號X、Y偏振方向的長度為N的采樣序列，記為rx(n)和ry(n)，并將其輸入數字信號處理模塊，所述N的取值為512，1024，2048，4096，…，N越大速率估計精度越高，但計算量越大；所述數字信號處理模塊首先通過快速傅立葉變換計算采樣序列rx(n)、ry(n)的頻譜rx(m)、ry(m)，然后計算rx(m)的自相關函數ACFx(Ω)，Ω代表頻譜位移大小，計算rx(m)與ry(m)的互相關函數XCFx,y(Ω)；將自相關函數、互相關函數取模相加得到混合相關函數HCF(Ω)，該混合相關函數在正半軸上存在一個明顯的脈沖峰值，搜索該混合函數在正半軸的脈沖峰值位置ΩCT，計算得到信號的碼元速率B＝Rs(1-ΩCT/N)。作為一種替代方案，所述HCF(Ω)在負半軸也存在同樣的一個脈沖峰值，利用這個負半軸的脈沖峰值位置代替碼元速率計算公式中的ΩCT，計算得到光信號符號速率。作為又一種替代方案，計算ry(m)的自相關函數ACFy(Ω)，用自相關函數ACFy(Ω)替代所述ACFx(Ω)計算混合相關函數HCF(Ω)。在偏振模色散PMD損傷不大的情況下，所述HCF(Ω)能夠用ACFx(Ω)或ACFy(Ω)的模值取代。本專利技術同時還提出了一種實現所述光信號碼元速率識別方法的系統，其特征在于，包括光放大器OA，光濾波器，數字相干光接收機和數字信號處理模塊；所述OA，用于放大光信號至一定功率，然后將光信號輸入所述光濾波器；所述光濾波器，用于濾除輸入光信號中的信道外噪聲；所述數字相干接收機，用于接收所述光濾波器的輸出信號，還包括模數轉換器，所述模數轉換器用于獲得待測光信號在X、Y偏振方向的N個采樣點序列rx(n)和ry(n)；所述數字信號處理模塊，用于計算所述采樣序列rx(n)、ry(n)的FFT頻譜rx(m)、ry(m)，然后計算rx(m)的自相關函數，rx(m)和ry(m)的互相關函數；將兩相關函數取模相加得到混合相關函數，最后通過搜索混合相關函數的脈沖峰值位置計算出信號的碼元速率。優選的，所述數字信號處理模塊集成在所述數字相干光接收機內部。本專利技術無需任何先驗信息，適用于多種調制格式信號，對CD、PMD和OSNR劣化等損傷有較大容限，具備精度高和抗干擾強的優點。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術的技術方案作進一步具體說明。圖1為本專利技術具體實施的碼元速率識別系統結構示意圖。圖2為10GBaud偏振復用正交相移鍵控(DP-QPSK)信號的HCF(Ω)曲線圖。圖3分別為10GBaudNRZ(非歸零)DP-QPSK信號在PMD造成的差分群速延遲(DGD)和偏振角變化時位于ΩCT處歸一化脈沖峰值強度的仿真結果。圖4為10GBaudNRZ-DP-QPSK信號在不同損傷下HCF(Ω)脈沖峰值相對于其均值的峰均值比(PAR)變化圖。圖5為10GBaudNRZ-DP-QPSK信號的HCF(Ω)在不同采樣速率和參數運算點數N時的ΩCT處歸一化脈沖峰值強度的變化圖。圖6左圖為NRZ、33％-RZ和67％-RZ的10GBaudDP-QPSK信號的碼元速率識別誤差分布直方圖；右圖為上述樣本的碼元速率識別結果誤差的標準差隨著運算點數N的變化圖。圖7左圖為NRZ、33％-RZ和67％-RZ的10GBaudDP-16QAM信號的碼元速率識別誤差分布直方圖，右圖為碼元速率識別結果誤差的標準差隨著運算點數N的變化圖。具體實施方式如圖1所示的碼元速率識別系統包括：光放大器(OA)1，光濾波器2，數字相干光接收機3。數字相干光接收機3內部組成包括光學前端4，模數轉換器(ADC)5和數字信號處理器(DSP)6。下面進一步描述光信號碼元速率識別的具體實施方式和系統的工作流程如下：待識別光信號首先進入光放大器1，光放大器1將光信號放大至一定功率后經光濾波器2輸入數字相干光接收機3的光學前端4；數字相干光接收機通過其內部的采樣速率為Rs的ADC模塊5以大于信號實際碼元速率的采樣率分別獲得信號X、Y偏振方向的長度為N的采樣序列，記為rx(n)和ry(n)，并將其輸入到其內部的DSP模塊6；DSP模塊首先計算兩路采樣序列rx(n)和ry(n)的FFT頻譜rx(m本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光信號碼元速率識別方法，其特征在于，包括以下步驟：待識別光信號首先進入光放大器，所述光放大器將光信號放大至一定功率后經光濾波器輸入數字相干光接收機；所述數字相干光接收機通過模數轉換以大于信號實際碼元速率的采樣率Rs分別獲得信號X、Y偏振方向的長度為N的采樣序列，記為rx(n)和ry(n)，并將其輸入數字信號處理模塊，所述N的取值為512，1024，2048，4096，…，N越大速率估計精度越高，但計算量越大；所述數字信號處理模塊首先通過快速傅立葉變換計算采樣序列rx(n)、ry(n)的頻譜rx(m)、ry(m)，然后計算rx(m)的自相關函數ACFx(Ω)，Ω代表頻譜位移大小，計算rx(m)與ry(m)的互相關函數XCFx,y(Ω)；將自相關函數、互相關函數取模相加得到混合相關函數HCF(Ω)，該混合相關函數在正半軸上存在一個明顯的脈沖峰值，搜索該混合函數在正半軸的脈沖峰值位置ΩCT，計算得到信號的碼元速率B＝Rs(1?ΩCT/N)。

【技術特征摘要】
1.一種光信號碼元速率識別方法，其特征在于，包括以下步驟：
待識別光信號首先進入光放大器，所述光放大器將光信號放大至一定
功率后經光濾波器輸入數字相干光接收機；
所述數字相干光接收機通過模數轉換以大于信號實際碼元速率的采樣
率Rs分別獲得信號X、Y偏振方向的長度為N的采樣序列，記為rx(n)
和ry(n)，并將其輸入數字信號處理模塊，所述N的取值為512，1024，
2048，4096，…，N越大速率估計精度越高，但計算量越大；
所述數字信號處理模塊首先通過快速傅立葉變換計算采樣序列rx(n)、
ry(n)的頻譜rx(m)、ry(m)，然后計算rx(m)的自相關函數ACFx(Ω)，
Ω代表頻譜位移大小，計算rx(m)與ry(m)的互相關函數XCFx,y(Ω)；
將自相關函數、互相關函數取模相加得到混合相關函數HCF(Ω)，該混合
相關函數在正半軸上存在一個明顯的脈沖峰值，搜索該混合函數在正半軸的
脈沖峰值位置ΩCT，計算得到信號的碼元速率B＝Rs(1-ΩCT/N)。
2.根據權利要求1所述的光信號碼元速率識別方法，其特征在于，所
述HCF(Ω)在負半軸也存在同樣的一個脈沖峰值，利用這個負半軸的脈沖峰值
位置代替碼元速率計算公式中的ΩCT，計算得到光信號符號速率。
3.根據權利要求1或2所述的光信號碼元速率識別方法，其特征在于，
計算r...

【專利技術屬性】
技術研發人員：崔晟，尚進，劉德明，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42