【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信道構(gòu)建方法，屬于光纖通信領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
1、隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和元宇宙時(shí)代的興起，光纖通信對(duì)容量和帶寬的需求正在迅速增加。光波的一些重要物理屬性，如振幅、相位、偏振和頻率，已經(jīng)得到充分的研發(fā)和應(yīng)用。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)是一種高效的光纖通信技術(shù)，通過(guò)多模光纖(mmf)或少模光纖(fmf)等方案來(lái)支持多個(gè)傳輸模式，從而顯著提高光纖鏈路的傳輸容量。然而，在實(shí)際通信信道中，隨著復(fù)用模式和傳輸距離的增加，以及系統(tǒng)中固有的光電器件的非線性效應(yīng)，會(huì)造成嚴(yán)重的非線性損傷，這是不可避免的。在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)光纖通信系統(tǒng)中，需要使用多種光電器件對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。這些器件的非線性效應(yīng)是它們固有的特性，但這些特性會(huì)對(duì)信號(hào)造成嚴(yán)重?fù)p害。目前，針對(duì)這些器件的非線性效應(yīng)對(duì)信號(hào)的影響的準(zhǔn)確建模還比較有限，因此很難確定精確的理論模型。而且，由于多種器件的非線性效應(yīng)相互影響，信號(hào)的非線性模型變得更加復(fù)雜。目前還沒(méi)有一種準(zhǔn)確的理論模型來(lái)描述無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信道。因此，深度學(xué)習(xí)成為解決未知信道建模問(wèn)題的有力工具。在這項(xiàng)工作中，提出一種新的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，使用基于時(shí)頻聯(lián)合預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)(tfpnet)來(lái)估計(jì)準(zhǔn)確的信道傳輸函數(shù)的分布。這一方法為構(gòu)建無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。
2、目前大多數(shù)基于深度學(xué)習(xí)的信道構(gòu)建方法都是對(duì)已有理論模型的信道進(jìn)行建模，這類信道具有明確的理論基礎(chǔ)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以有效地對(duì)其進(jìn)行建模。然而，至今為止，尚未出現(xiàn)專門用于處理實(shí)際無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)這種沒(méi)有明確理論模型的信道的建模方法。在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)傳輸中，由于受到多種器件非
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了應(yīng)對(duì)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中信號(hào)在光纖傳輸中缺乏準(zhǔn)確信道模型的挑戰(zhàn)，本專利技術(shù)的目的是提供一種無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信道構(gòu)建方法，根據(jù)發(fā)送的m-qam信號(hào)序列生成條件向量，并根據(jù)接收的m-qam信號(hào)序列生成真實(shí)數(shù)據(jù)，構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；采用時(shí)域頻域聯(lián)合預(yù)測(cè)方法，構(gòu)建無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信道，利用梯度反向傳播算法和adam參數(shù)優(yōu)化算法來(lái)更新tfpnet網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù)，充分表征信號(hào)在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸過(guò)程中受到的光纖非線性效應(yīng)，提高對(duì)通信系統(tǒng)信道構(gòu)建精度和穩(wěn)定性。
2、本專利技術(shù)的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
3、本專利技術(shù)公開的一種用于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信道構(gòu)建方法，在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的發(fā)送端，將發(fā)送的數(shù)據(jù)序列映射為星座符號(hào)。通過(guò)上采樣和匹配濾波處理，將當(dāng)前的m-qam信號(hào)與其前后n個(gè)m-qam信號(hào)組合成條件向量。在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的接收端，接收到經(jīng)過(guò)空芯光纖傳輸后的m-qam信號(hào)序列。接收到的m-qam信號(hào)需要進(jìn)行同步處理。基于同步處理后的m-qam信號(hào)序列，當(dāng)前的m-qam信號(hào)被視為真實(shí)數(shù)據(jù)。條件向量和真實(shí)數(shù)據(jù)被組合用于構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，并構(gòu)建一個(gè)用于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信道構(gòu)建的tfpnet網(wǎng)絡(luò)模型。tfpnet網(wǎng)絡(luò)模型以真實(shí)數(shù)據(jù)和條件向量的組合作為輸入特征序列進(jìn)行訓(xùn)練。使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)tfpnet網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練。新生成的m-qam信號(hào)的特征序列被輸入到已經(jīng)訓(xùn)練好的tfpnet網(wǎng)絡(luò)模型中。tfpnet網(wǎng)絡(luò)模型輸出每個(gè)m-qam信號(hào)的預(yù)測(cè)信號(hào)。將所述預(yù)測(cè)信號(hào)與對(duì)應(yīng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信道傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)后，對(duì)每一個(gè)符號(hào)逐個(gè)進(jìn)行比較，并計(jì)算所有信號(hào)的歸一化均方誤差，得到tfpnet網(wǎng)絡(luò)模型的信道構(gòu)建精度。基于信道構(gòu)建結(jié)果表征無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中復(fù)雜的非線性效應(yīng)，提高信道構(gòu)建的準(zhǔn)確性。tfpnet網(wǎng)絡(luò)模型采用時(shí)域頻域聯(lián)合預(yù)測(cè)方法，針對(duì)不同損傷的特性構(gòu)建不同的時(shí)域頻域聯(lián)合預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)非線性損傷進(jìn)行預(yù)測(cè)，并且利用梯度反向傳播算法和adam參數(shù)優(yōu)化算法來(lái)更新tfpnet網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù)，減小非線性損傷，提高信道構(gòu)建的穩(wěn)定性，且能夠在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高精度的信道構(gòu)建。
4、本專利技術(shù)公開的一種用于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信道構(gòu)建方法，包括如下步驟：
5、步驟一：在相干光纖通信系統(tǒng)的發(fā)射端，對(duì)發(fā)射的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列進(jìn)行m-qam星座符號(hào)映射處理，m-qam調(diào)制格式信號(hào)星座圖有m個(gè)標(biāo)準(zhǔn)星座點(diǎn)，因此，m-qam信號(hào)分為m個(gè)不同的類別，每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)星座點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一種類別，從1到m進(jìn)行編號(hào)，作為類別的標(biāo)簽；在相干光纖通信系統(tǒng)的接收端，接收到經(jīng)過(guò)光纖傳輸后的m-qam信號(hào)序列，對(duì)于每個(gè)m-qam信號(hào)，將當(dāng)前m-qam信號(hào)與其前后n個(gè)m-qam信號(hào)的實(shí)部數(shù)據(jù)和虛部數(shù)據(jù)進(jìn)行組合作為該m-qam信號(hào)的條件向量；
6、在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)射端，對(duì)發(fā)射的二進(jìn)制數(shù)據(jù)數(shù)列進(jìn)行m-qam符號(hào)映射處理，對(duì)m-qam符號(hào)序列進(jìn)行上采樣和脈沖成型處理，將當(dāng)前m-qam信號(hào)與其前后n個(gè)m-qam信號(hào)進(jìn)行組合，構(gòu)建用于表征碼間串?dāng)_的條件向量；電信號(hào)經(jīng)馬赫-曾德爾調(diào)制器調(diào)制到光載波上，光載波中心頻率分別設(shè)置為191.6、191.7、191.8、191.9、192.0、192.1、192.2、192.3、192.4、192.5、192.6、192.7、192.8、192.9、193.0、193.1thz，采用摻鉺光纖放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。將這16路信號(hào)通過(guò)波分復(fù)用器調(diào)制成一路光信號(hào)并通過(guò)空芯光纖進(jìn)行傳輸。在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的接收端，使用波長(zhǎng)選擇開關(guān)將接收到信號(hào)進(jìn)行解復(fù)用，得到通過(guò)指定波段傳輸后的m-qam信號(hào)序列，對(duì)m-qam信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)和同步處理，基于同步后的m-qam信號(hào)序列，將當(dāng)前m-qam信號(hào)作為該m-qam信號(hào)序列的真實(shí)數(shù)據(jù)，基于所述條件向量和真實(shí)數(shù)據(jù)構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。
7、在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)射端，對(duì)發(fā)射的二進(jìn)制數(shù)據(jù)數(shù)列進(jìn)行m-qam符號(hào)映射處理，然后對(duì)m-qam符號(hào)序列進(jìn)行上采樣和脈沖成型處理，根據(jù)色散引起的碼間串?dāng)_，將當(dāng)前m-qam信號(hào)與其前后n個(gè)m-qam信號(hào)進(jìn)行組合，構(gòu)建用于表征碼間串?dāng)_的條件向量[xt-n,…,xt,…,xt+n],i＝1,2,…,n，其中xt表示當(dāng)前發(fā)送的樣本，[xt-n,…,xt-1]表示在當(dāng)前樣本之前已經(jīng)發(fā)送的樣本，[xt+1,…,xt+n]表示將要被傳輸?shù)臉颖荆琻表示前后符號(hào)個(gè)數(shù)，與碼間串?dāng)_的強(qiáng)度有關(guān)。m-qam信號(hào)序列經(jīng)馬赫-曾德爾調(diào)制器調(diào)制到光載波上，采用摻鉺光纖放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的接收端，接收到經(jīng)過(guò)空芯光纖傳輸后的m-qam信號(hào)序列，對(duì)m-qam信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)和同步處理，得到序列長(zhǎng)度為n的經(jīng)過(guò)線性均衡后的pam-8信號(hào)序列s＝[s1,s2,…,sn],i＝1,2,…,n，其中向量si＝[s1,s2,…,s6]表示m-qam信號(hào)序列中的第i個(gè)m-qam信號(hào)。針對(duì)pam-8信號(hào)序列si(i＝1,2,…,n)，對(duì)于其中的每一個(gè)m-qam信號(hào)si，將si作為該m-qam信號(hào)的真實(shí)數(shù)據(jù)y(i)＝[si],i＝1,2,…,n，n表示訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的大小，構(gòu)建對(duì)應(yīng)每個(gè)m-qam信號(hào)的真實(shí)數(shù)據(jù)特征序列，基于所述條件向量和真本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信道構(gòu)建方法，其特征在于：包括如下步驟，
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信道構(gòu)建方法，其特征在于：步驟一實(shí)現(xiàn)方法為，
3.如權(quán)利要求2所述的一種用于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信道構(gòu)建方法，其特征在于：步驟二實(shí)現(xiàn)方法為，
4.如權(quán)利要求3所述的一種用于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信道構(gòu)建方法，其特征在于：步驟三實(shí)現(xiàn)方法為，
5.如權(quán)利要求4所述的一種用于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信道構(gòu)建方法，其特征在于：將新生成的M-QAM信號(hào)的條件向量特征序列x*輸入到訓(xùn)練好的TFPNet網(wǎng)絡(luò)模型，輸出得到M-QAM信號(hào)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)Y′；
6.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的一種用于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信道構(gòu)建方法，其特征在于：將發(fā)送的數(shù)據(jù)序列映射為64-QAM星座符號(hào)。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信道構(gòu)建方法，其特征在于：包括如下步驟，
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信道構(gòu)建方法，其特征在于：步驟一實(shí)現(xiàn)方法為，
3.如權(quán)利要求2所述的一種用于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信道構(gòu)建方法，其特征在于：步驟二實(shí)現(xiàn)方法為，
4.如權(quán)利要求3所述的一種用于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信道構(gòu)建方法，其特征在于：...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高然，忻向軍，楊福林，許琦，姚海鵬，張琦，王斐，郭棟，李志沛，常歡，李屹寰，劉悅，于超，田野，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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