CN103634054B - 用于高速相干接收系统的线性损伤补偿和偏振解复用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高速相干接收系统的线性损伤补偿和偏振解复用方法，包括以下步骤：S1：新节点加入，计算抽头系数并存储；S2：初始化阶段；S3：工作阶段；S4：利用光功率监测模块对接收信号进行光功率监测，从而判定突发包发送结束；S5：控制模块根据功率监测模块输出信息，对DSP模块进行清零和复位操作，等待对下一突发包进行处理。本发明所述的高速相干接收系统线性损伤补偿和偏振解复用方法，在处理过程中，网络节点通过控制模块在不同突发时隙进行抽头系数的切换，使得不同节点发送的突发包信息均能得到针对性的链路损伤补偿和偏振解复用，在减小突发包信号收敛开销的同时，还能有效节约突发包信息处理时间。

Description

用于高速相干接收系统的线性损伤补偿和偏振解复用方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种用于高速相干接收系统的线性损伤补偿和偏振解复用方法。

背景技术

随着我国互联网的迅速发展，高带宽的消耗业务逐步涌现，带宽提速成为迫切需求。高速相干光通信技术的引进，则解决了网络对带宽的需求，实现了网络速率及容量的提升。但是，网络速率的提升使得一些在低速系统可忽略的链路不利影响不可忽略，例如，链路色散和偏振旋转对信号的不利影响。目前，高速系统中普遍采用数字信号处理（DSP）模块进行电域数据处理，补偿链路损伤。其中，链路色散和偏振旋转的影响，通过电域色散补偿机制进行补偿。例如，在DSP模块中，可采用CMA算法实现色散补偿和偏振解复用功能。

对于突发模式下的高速系统，例如高速相干时分多路复用无源光纤网络（TDM-PON）系统和光突发传送网（OBTN）系统，各节点之间传送的突发包信息，其经历的光纤链路长度不一样，所受链路损耗大小也不一样。在接收端进行信号恢复时，DSP模块参数设置需初始化。为了降低使用突发接收模式进行接收的突发光器件的设计难度，现有技术均是通过测距确保每个源节点的突发包在其规定的固定时间内到达目的节点，从而产生复位信号对突发接收光器件进行复位设置。但是对于高速相干光通信系统，对光器件产生复位信号的时间要求提高，光器件突发处理实现难度增大。如何减少突发包处理时间，是高速相干光通信系统高效实现突发接收所需解决的问题之一。

另外，在高速相干光通信系统中，突发接收对DSP处理上提出了更高的要求。例如，DSP模块中的频偏补偿算法（四次方频偏估计算法）和相偏补偿算法（V-V算法），均是基于频偏变化和相偏变化相对于符号速率是慢变的基础上设计的。对于突发接收信号，不同突发包所对应的频偏信息和相偏信息均是突变的，传统的频偏补偿算法和相偏补偿算法已不能正确的进行频偏补偿和相偏补偿。如何使得接收端DSP算法能快速适应突发信号的处理也是目前尚未解决的问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种高速相干接收系统线性损伤补偿和偏振解复用方法，使得数字信号处理模块能很好的适应突发信号的处理工作，从而可实现对高速相干光通信系统中突发数据的快速接收。

（二）技术方案

本发明提供一种用于高速相干接收系统的线性损伤补偿和偏振解复用方法，包括以下步骤：

S1：新节点加入，目的节点利用新节点发送的训练序列并结合抽头系数算法计算出不同源节点对应的抽头系数，并将该计算值存储；

S2：各源节点突发包信息到达目的节点之前，目的节点对S1中的各抽头系数进行系数初始化；

S3：目的节点利用S2中的初始化后的抽头系数均衡补偿突发包数据信息所受到的线性损伤补偿并同时进行偏振解复用；

S4：利用光功率监测模块对接收信号进行光功率监测，从而判定突发包发送结束；

S5：控制模块根据功率监测模块输出信息，对数字信号处理模块进行清零和复位操作，等待对下一突发包进行处理。

其中，在S1中，所述抽头系数计算过程包括如下步骤：

S1.1：利用自适应均衡算法，设置大收敛步长，进行快速均衡收敛；

S1.2：当均方误差小于设定阈值时，减小收敛步长，进行跟踪均衡收敛，同时判定为均衡收敛，并将该时刻对应的抽头系数进行存储。

其中，其中S3包括如下步骤：

S3.1：读取突发包所属源节点所对应的抽头系数，并对数字信号处理模块中自适应均衡模块的抽头系数进行初始化；

S3.2：结合自适应均衡算法，对接收信号进行自适应线性损伤补偿和偏振解复用处理，快速补偿色散及偏振模色散的不利影响。

其中，在S4中，所述光功率监测模块检测到功率下降至功率阈值时，判定突发包发送结束，同时将判定信号传输至所述控制模块。

其中，在S5中，所述控制模块接收所述功率监测模块发送的判定信号，并产生清零和复位信号，对所述数字信号处理模块中的频偏估计模块及相位估计模块进行参数的复位和清零，以等待处理下一突发包。

本发明还提供一种用于TDM-PON上行系统的线性损伤补偿和偏振解复用方法，包括以下步骤：

A：OLT下传授权信息至各个ONU，新加入的ONU根据OLT提供的时间窗口，上传训练序列至OLT，所述OLT根据训练序列计算自适应均衡模块的抽头系数并存储计算结果；

B：所述OLT再次下传授权信息至该新的ONU，并利用存储的抽头系数计算结果去初始化抽头系数；

C：利用步骤B的初始化后的抽头系数正确接收光节点上传的注册请求帧；

D：利用光功率监测模块对接收信号进行光功率监测，从而判定注册请求帧发送结束；

E：控制模块根据功率监测模块输出信息，对数字信号处理模块进行清零和复位操作，等待对下一突发包进行处理。

本发明还包括一种用于OBTN系统的线性损伤补偿和偏振解复用方法，包括以下步骤：

Ⅰ：变更新节点的物理连接，启动主控制节点运行，测距统计网络拓扑中的从节点数，根据网络节点数制作带宽地图，并根据所述带宽地图传送训练序列并计算抽头系数，将所得抽头系数与相应源节点地址对应保存；

Ⅱ：利用抽头系数计算值初始化数字信号处理模块中的抽头系数；

Ⅲ：突发数据通信；

Ⅳ：利用光功率监测模块对接收信号进行光功率监测，从而判定突发数据发送结束；

Ⅴ：控制模块根据功率监测模块输出信息，对数字信号处理模块进行清零和复位操作，等待对下一突发包进行处理。

其中，步骤A中，所述训练序列需在注册请求帧之前发送。

（三）有益效果

本发明所述的高速相干接收系统线性损伤补偿和偏振解复用方法，在处理过程中，网络节点通过控制模块在不同突发时隙进行抽头系数的切换，使得不同节点发送的突发包信息均能得到针对性的链路损伤补偿和偏振解复用，在减小突发包信号收敛开销的同时，还能有效节约突发包信息处理时间。

附图说明

图1是本发明高速相干接收系统线性损伤补偿和偏振解复用方法步骤流程图；

图2为本发明在高速相干光通信系统中星型结构图；

图3为本发明在高速相干光通信系统中环状网结构图；

图4为本发明在高速相干光通信系统中DSP模块功能结构图；

图5为本发明在高速TDM-PON系统中ONU注册步骤流程图；

图6为本发明在高速TDM-PON系统中ONU请求注册帧结构图；

图7为本发明在高速TDM-PON系统中初始抽头系数计算及存储流程图；

图8为本发明在高速OBTN系统中从节点注册步骤流程图；

图9为本发明在高速OBTN系统中带宽地图示意图；

图10为本发明在高速OBTN系统中初始抽头系数计算及存储流程图；

图11为本发明方法在实施例140GPM-QPSKTDM-EPON系统中应用结构图；

图12为本发明方法在实施例240GPM-QPSKOBTN系统中应用结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供一种用于高速相干接收系统的线性损伤补偿和偏振解复用方法，包括以下步骤：

S1：新节点加入，目的节点利用新节点发送的训练序列并结合抽头系数算法计算出不同源节点对应的抽头系数，并将该计算值存储；

S2：各源节点突发包信息到达目的节点之前，目的节点对S1中的各抽头系数进行系数初始化；

S3：目的节点利用S2中的初始化后的抽头系数均衡补偿突发包数据信息所受到的线性损伤补偿并同时进行偏振解复用；

S4：利用光功率监测模块对接收信号进行光功率监测，从而判定突发包发送结束；

S5：控制模块根据功率监测模块输出信息，对DSP模块进行清零和复位操作，等待对下一突发包进行处理。

其中，在S1中，所述抽头系数计算过程包括如下步骤：

S1.1：利用自适应均衡算法，设置大收敛步长，进行快速均衡收敛；

S1.2：当均方误差小于设定阈值时，减小收敛步长，进行跟踪均衡收敛，同时判定为均衡收敛，并将该时刻对应的抽头系数进行存储。

其中S3包括如下步骤：

S3.1：读取突发包所属源节点所对应的抽头系数，并对DSP模块中自适应均衡模块的抽头系数进行初始化；

S3.2：结合自适应均衡算法，对接收信号进行自适应线性损伤补偿和偏振解复用处理，快速补偿色散及偏振模色散的不利影响。

在S4中，所述光功率监测模块检测到功率下降至功率阈值时，判定突发包发送结束，同时将判定信号传输至所述控制模块。

在S5中，所述控制模块接收所述功率监测模块发送的判定信号，并产生清零和复位信号，对所述DSP模块中的频偏估计模块及相位估计模块进行参数的复位和清零，以等待处理下一突发包。

本发明所述方法可应用于点对多点网络，如图2和图3所示，为星型网络和环状网络。在目的节点使用自适应均衡器对源节点发送的突发信号进行自适应线性损伤补偿和偏振解复用处理。结合均衡器对于抽头系数调整算法，目的节点利用训练序列在源节点数据通信之前进行抽头系数的计算，从而得到不同源节点对应的抽头系数，并将该计算值存储。当系统开始工作时，各源节点的突发包信息到达目的节点之前，目的节点利用存储的抽头系数对均衡模块各抽头系数进行系数初始化，从而可针对性的补偿不同源节点发送的突发包所受到的色散并同时进行偏振解复用。在每个源节点传送突发包的过程中，无需再发送训练序列用于抽头系数的计算，从而大大节省了开销。

本发明所述突发接收，利用光功率监测模块对接收信号进行光功率检测。当信号光功率幅度下降至功率阈值以下，则判定突发包发送结束。

本发明所述方法包括对频偏估计模块及相偏估计模块的修改。在本次突发包结束，下一突发包到达之前，对频偏估计模块和相偏估计模块进行复位清零操作，从而使得下一突发包达到后模块可立即进行信号的DSP处理。

本发明所述DSP模块结构如图4所示，对所述突发接收，增加一控制模块，通过所述光功率监测模块反馈光功率信息产生一判定信号，对DSP模块中各功能模块进行复位清零操作。

如图5所示，本发明提供一种用于TDM-PON上行系统的线性损伤补偿和偏振解复用方法，包括以下步骤：

A：OLT（光线路终端）下传授权信息至各个ONU（光网络单元），ONU根据OLT提供的时间窗口，上传训练序列至OLT，所述OLT根据训练序列计算自适应均衡模块的抽头系数并存储计算结果；

B：所述OLT再次下传授权信息至该新的ONU，并利用存储的抽头系数计算结果去初始化抽头系数；

C：利用步骤B的初始化后的抽头系数正确接收光节点上传的注册请求帧；

D：利用光功率监测模块对接收信号进行光功率监测，从而判定注册请求帧发送结束；

E：控制模块根据功率监测模块输出信息，对数字信号处理模块进行清零和复位操作，等待对下一突发包进行处理。

在TDM-PON上行系统中ONU与S1中光节点的概念相同。

其中，在步骤A中，所述训练序列需在注册请求帧之前发送。

在所述TDM-PON上行系统应用中，OLT通过所述控制模块在不同上行时隙进行抽头系数的切换，使不同ONU发送的突发包信息均能得到线性损伤补偿和偏振解复用。

OLT通过下传授权至各个ONU，当有新的ONU需加入网络时，其根据OLT提供的时间窗口，上传训练序列至OLT。OLT接收到训练序列后，进行抽头系数的计算，并存储计算结果。待该步骤完成后，OLT重新发送授权信息至此ONU，完成ONU注册。与传统ONU自动发现注册流程不同在于，本发明中OLT在接收新加入ONU的注册请求有效信息之前，就需要完成自适应均衡模块的抽头系数计算和存储操作。因此，本发明所述训练序列发送在ONU注册请求之前，时隙结构如图6所示。

本发明所述训练序列长度由最远传输距离的ONU信道特性决定。完成抽头系数的计算和存储操作后，OLT才能正确的接收注册请求的信息。在抽头系数计算完成后，将抽头系数与ONUID（该ID可是任意能标识ONU的参数）相对应保存，如此一来，在后续突发包信息到达时，可通过ONUID直接进行抽头系数的读取。

实施例1

如图11所示，一种用于40GPM-QPSKTDM-EPON系统中的线性损伤补偿和偏振解复用方法，40GPON系统采用上下行对称结构，且均采用PM-QPSK格式调制，OLT下行广播授权信息，当有新的ONU注册时，则在OLT发送的时间窗口信息内，ONU发送训练序列至OLT，OLT利用该训练序列来计算自适应均衡模块的抽头系数，并将计算结果存储。接着OLT再次发送包含时间窗口信息的授权帧至该ONU，并根据控制协议完成新ONU的自动发现注册过程，并最终将抽头系数与ONUID对应保存，用于后续突发包处理中的抽头系数初始化过程。

如图7所示，初始抽头系数的计算过程如下：

S7.1：OLT向ONU发送授权信息，授权ONU进行注册；

S7.2：ONU收到注册授权后，在分配的时隙内向OLT发送训练序列；

S7.3：OLT收到训练序列后，根据抽头系数调整算法计算抽头系数，并保存；

S7.4：OLT再次发送包含时间窗口信息的授权帧至该ONU，并利用控制协议继续完成新ONU的自动发现注册过程，待收到ONUID信息时，将其与抽头系数计算值对应保存至控制模块中。

在TDMEPON中，OLT根据ONU带宽请求情况来决定ONU授权，再通过下行授权通知ONU，所以OLT知道不同上行时隙所对应的ONU。在ONU发送突发数据包之前，OLT利用控制模块进行时隙切换，对突发包所属ONU所对应的抽头系数进行读取，并初始化均衡滤波器的抽头系数。在突发发送过程中，光功率监测模块进行光功率监测。控制模块根据光功率监测模块的反馈信息产生一复位信号，对DSP模块中部分参数进行复位清零操作，使得DSP模块能快速适应下一突发包的数据处理。

本发明所述OLT通过控制模块在不同突发时隙进行抽头系数的切换，使得不同ONU发送的突发包信息均能得到针对性的链路线性损伤补偿和偏振解复用。在减小突发信号收敛开销的同时，还能有效的减小接入网系统的成本。

如图8所示，本发明还提供一种用于OBTN系统的线性损伤补偿和偏振解复用方法，包括以下步骤：

Ⅰ：变更新节点的物理连接，启动主控制节点运行，测距统计网络拓扑中的从节点数，根据网络节点数制作带宽地图，并根据所述带宽地图传送训练序列并计算抽头系数，将所得抽头系数与相应源节点地址对应保存；

Ⅱ：利用抽头系数计算值初始化数字信号处理模块中的抽头系数；

Ⅲ：突发数据通信；

Ⅳ：利用光功率监测模块对接收信号进行光功率监测，从而判定突发数据发送结束；

Ⅴ：控制模块根据功率监测模块输出信息，对数字信号处理模块进行清零和复位操作，等待对下一突发包进行处理。

在所述OBTN相干接收系统应用中，主控制节点通过信令信道传送数据控制信息至其余节点控制模块，从而在不同时隙进行抽头系数的切换，使不同节点发送的突发包信息均能得到线性损伤补偿和偏振解复用。

对于OBTN突发系统，新节点加入网络的注册流程如图8所示。新节点与网络拓扑环路物理连接完成后，主控制节点启动运行，获知网络从节点数和网络拓扑参数。主控制节点获知网络拓扑节点数后，根据网络拓扑节点数制定授权均匀分布的默认带宽地图，以完成各网络节点直接进行双向通信的初始化过程。其带宽地图如图9所示。

在拓扑网络传送数据信息之前，各节点根据该带宽地图进行训练序列的传输。训练序列的长度由最远传输距离的两节点之间信道特性决定。由于默认带宽地图节点之间的授权均匀，各个节点对均有机会进行一次双向通信，并根据接收的训练序列完成抽头系数的初始计算。在抽头系数计算完成后，将抽头系数与带宽地图里面的源、目的地址相应保存，生成抽头系数矩阵。如此一来，在后续突发包信息到达时，节点可直接通过抽头系数矩阵进行抽头系数的读取。

实施例2

如图12所示，一种用于40GPM-QPSKOBTN系统中的线性损伤补偿和偏振解复用方法，40GPM-QPSKOBTN系统各节点之间呈环状结构。当有新的节点加入环状网络时，先进行物理连接的变更。在物理连接变更完成后，主控制节点启动运行，利用测距机制得到网络中从节点数，并制定默认带宽地图。各节点根据默认带宽地图传送训练序列，并进行抽头系数的计算，将计算结果保存为抽头系数矩阵，用于后续周期突发包处理中的抽头系数初始化过程。

如图10所示流程一致，初始抽头系数的计算过程如下：

S10.1：新节点进行物理连接的变更；

S10.2：变更完成后，主控制节点启动运行，并进行测距统计网络拓扑中从节点数；

S10.3：主控制节点根据节点数制作默认带宽地图；

S10.4：各节点根据带宽地图传送训练序列；

S10.5：各节点收到训练序列后，根据抽头系数调整算法计算抽头系数，将计算结果保存为抽头系数矩阵。

在OBTN中，主控制节点根据从节点上报带宽请求进行带宽分配，所以主节点确定不同节点对的传输时隙。在突发包到达目的节点之前，主控制节点通过控制信道传送时隙发送信息至目的节点。各目的节点通过控制模块进行时隙切换，对突发包所属源节点所对应的抽头系数进行读取，并初始化均衡滤波器的抽头系数。在突发发送过程中，光功率监测模块进行光功率监测。控制模块根据光功率监测模块的反馈信息产生一复位信号，对DSP模块中部分参数进行复位清零操作，使得DSP模块能快速适应下一突发包的数据处理。

本发明所述网络节点通过控制模块在不同突发时隙进行抽头系数的切换，使得不同节点发送的突发包信息均能得到针对性的链路损伤补偿和偏振解复用。在减小突发包信号收敛开销的同时，还能有效节约突发包信息处理时间。

本发明可应用于TDMPON上行方向，对其突发接收模式能很好的适应。但本发明所述方法不限于TDM-PON系统。

本发明可应用于光突发传送网，对其各节点之间突发传送数据能很好的适应。但本发明所述方法不限于光突发传送网。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种用于高速相干接收系统的线性损伤补偿和偏振解复用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：新节点加入，目的节点利用新节点发送的训练序列并结合抽头系数算法计算出不同源节点对应的抽头系数，并将计算值存储；

S2：各源节点突发包信息到达目的节点之前，目的节点对S1中的各抽头系数进行系数初始化；

S3：目的节点利用S2中的初始化后的抽头系数均衡补偿突发包数据信息所受到的线性损伤补偿并同时进行偏振解复用；

S4：利用光功率监测模块对接收信号进行光功率监测，从而判定突发包发送结束；

S5：控制模块根据功率监测模块输出信息，对数字信号处理模块进行清零和复位操作，等待对下一突发包进行处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在S1中，所述抽头系数计算过程包括如下步骤：

S1.1：利用自适应均衡算法，设置大收敛步长，进行快速均衡收敛；

S1.2：当均方误差小于设定阈值时，减小收敛步长，进行跟踪均衡收敛，同时判定为均衡收敛，并将此时对应的抽头系数进行存储。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中S3包括如下步骤：

S3.1：读取突发包所属源节点所对应的抽头系数，并对数字信号处理模块中自适应均衡模块的抽头系数进行初始化；

S3.2：结合自适应均衡算法，对接收信号进行自适应线性损伤补偿和偏振解复用处理，快速补偿色散及偏振模色散的不利影响。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在S4中，所述光功率监测模块检测到功率下降至功率阈值时，判定突发包发送结束，同时将判定信号传输至所述控制模块。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在S5中，所述控制模块接收所述功率监测模块发送的判定信号，并产生清零和复位信号，对所述数字信号处理模块中的频偏估计模块及相位估计模块进行参数的复位和清零，以等待处理下一突发包。

6.一种用于TDM-PON上行系统的线性损伤补偿和偏振解复用方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：OLT下传授权信息至各个ONU，新加入的ONU根据OLT提供的时间窗口，上传训练序列至OLT，所述OLT根据训练序列计算自适应均衡模块的抽头系数并存储计算结果；

B：所述OLT再次下传授权信息至新加入的ONU，并利用存储的抽头系数计算结果去初始化抽头系数；

C：利用步骤B的初始化后的抽头系数正确接收光节点上传的注册请求帧；

D：利用光功率监测模块对接收信号进行光功率监测，从而判定注册请求帧发送结束；

E：控制模块根据功率监测模块输出信息，对数字信号处理模块进行清零和复位操作，等待对下一突发包进行处理。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述训练序列需在注册请求帧之前发送。

8.一种用于OBTN系统的线性损伤补偿和偏振解复用方法，其特征在于，包括以下步骤：

Ⅰ：变更新节点的物理连接，启动主控制节点运行，测距统计网络拓扑中的从节点数，根据网络节点数制作带宽地图，并根据所述带宽地图传送训练序列并计算抽头系数，将所得抽头系数与相应源节点地址对应保存；

Ⅱ：利用抽头系数计算值初始化数字信号处理模块中的抽头系数；

Ⅲ：突发数据通信；

Ⅳ：利用光功率监测模块对接收信号进行光功率监测，从而判定突发数据发送结束；

Ⅴ：控制模块根据功率监测模块输出信息，对数字信号处理模块进行清零和复位操作，等待对下一突发包进行处理。