CN104683031A - 一种消除非线性效应的方法、发射机及接收机 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种消除非线性效应的方法、发射机及接收机，包括：设置待传输信号和冗余信号，所述冗余信号为所述待传输信号的Y轴对称信号；在完成设置后，分别对所述待传输信号和冗余信号执行色散预补偿，并在完成色散预补偿后执行信号调制。本发明比现有其他非线性补偿方法实现上更简单，并且性能更加优异。

Description

一种消除非线性效应的方法、发射机及接收机
技术领域
本发明涉及光通信技术，尤其涉及一种消除非线性效应的方法、发射机及接收机。
背景技术
光传输的受限因素有衰减、噪声、色散、偏振模色散、非线性效应等。非线性效应的补偿或消除技术一直是研究热门，相对较实用的方法有接收端数字反向传输法和发送端微扰预畸变法等。
数字反向传输法需要分多次交替进行色散补偿和非线性相位补偿，次数越多则功耗越大，芯片难以承受，并且非线性相位补偿中的相位调整因子需要优化搜索，实现难度大；而微扰预畸变需要系统配置相关信息给发射机，尤其是微扰系数计算涉及实数和虚数的指数积分函数，并且系统传输距离越长，所涉及的微扰项越多，其运算难度也越大。
上述非线性补偿方法的实现非常复杂，并且性能提升有限，一般来说与纠错前误码率对应的Q参数提升不超过2dB，因此光通信研究界和产业界一直在研究寻找更优的非线性补偿或非线性消除技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种消除非线性效应的方法、发射机及接收机，能够简单的实现消除信号的非线性效应。
为解决上述技术问题，本发明的一种消除非线性效应的方法，应用于发射机，包括：
设置待传输信号和冗余信号，所述冗余信号为所述待传输信号的Y轴对称信号；
在完成设置后，分别对所述待传输信号和冗余信号执行色散预补偿，并在完成色散预补偿后执行信号调制。
进一步地，对所述待传输信号和冗余信号执行的色散预补偿的补偿量为系统总色散量的一半。
进一步地，所述分别对所述待传输信号和冗余信号执行色散预补偿，包括：
采用时域色散补偿或频域色散补偿分别对所述待传输信号和冗余信号执行色散预补偿。
进一步地，一种消除非线性效应的方法，应用于接收机，包括：
接收信号并进行数据恢复，得到待传输信号和冗余信号，所述冗余信号为所述待传输信号的Y轴对称信号；
在得到所述待传输信号和冗余信号后，分别进行数据判决，并将冗余信号与待传输信号对齐，将待传输信号减去对齐后的冗余信号的共轭信号，实现对所述待传输信号消除非线性效应；
对消除非线性效应的待传输信号进行数据判决。
进一步地，所述接收机为相干接收机。
进一步地，一种发射机，包括：设置单元、色散补偿单元和调制单元，其中：
所述设置单元，用于设置待传输信号和冗余信号，所述冗余信号为所述待传输信号的Y轴对称信号；
所述色散补偿单元，用于在所述设置单元完成设置后，分别对所述待传输信号和冗余信号执行色散预补偿；
所述调制单元，用于在所述色散补偿单元完成色散预补偿后执行信号调制。
进一步地，所述色散补偿单元对所述待传输信号和冗余信号执行的色散预补偿的补偿量为系统总色散量的一半。
进一步地，所述色散补偿单元分别对所述待传输信号和冗余信号执行色散预补偿，包括：
采用时域色散补偿或频域色散补偿分别对所述待传输信号和冗余信号执行色散预补偿。
进一步地，一种接收机，包括：接收单元、数据恢复单元、非线性效应消除单元和数据判决单元，其中：
所述接收单元，用于接收信号；
所述数据恢复单元，用于进行数据恢复，得到待传输信号和冗余信号，所述冗余信号为所述待传输信号的Y轴对称信号；
所述非线性效应消除单元，用于在所述数据恢复单元得到所述待传输信号和冗余信号后，分别进行数据判决，并将冗余信号与待传输信号对齐，将待传输信号减去对齐后的冗余信号的共轭信号，实现对所述待传输信号消除非线性效应；
所述数据判决单元，用于对消除非线性效应的待传输信号进行数据判决。
进一步地，所述接收机为相干接收机。
综上所述，本发明比现有其他非线性补偿方法实现上更简单，并且性能更加优异。
附图说明
图1为本申请的消除非线性效应的方法的发射机侧的流程图；
图2为本申请的消除非线性效应的方法的接收机侧的流程图；
图3为本申请的光通信系统的架构图；
图4为本申请的消除非线性效应的方法的包含发送机侧和接收机侧的流程图；
图5～7为本申请的效果图；
图8为本申请的发射机的架构图；
图9为本申请的接收机的架构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本申请的消除非线性效应的方法在发送机侧，包括：
步骤101：设置待传输信号和冗余信号，冗余信号为待传输信号的Y轴对称信号；
信号为偏振复用信号，但与常规偏振复用技术不同，其中偏振态X为待传输信号Ex，偏振态Y设置为Ex信号的Y轴对称信号，即Ey=-real(Ex)+i*imag(Ex)，其中real表示复数的实部，imag表示复数的虚部。信号调制码型不做限制。
步骤102：分别对待传输信号和冗余信号执行色散预补偿；
对偏振态X和Y信号分别执行预色散补偿，补偿量为系统总色散量的一半。色散补偿方法可以是时域色散补偿，也可以是频域色散补偿。
步骤103：在完成色散预补偿后执行信号调制。
将色散预补偿后的信号完成偏振复用调制。信号调制与常规光通信系统的发射机方案相同，即偏振态X和Y数据分别执行信号调制，采用数字模拟转换器（DAC）实现，然后再偏振复用。
如图2所示，本申请的消除非线性效应的方法在接收机侧，包括：
步骤201：接收信号并进行数据恢复，得到待传输信号和冗余信号，冗余信号为待传输信号的Y轴对称信号；
按常规相干接收算法恢复出偏振态信号Ex(t)和Ey(t)，其中色散补偿量为系统总色散量的一半。
采用数字信号处理技术进行数据恢复，相关算法包括正交归一化、去时延、色散补偿、时钟恢复、偏振解复用、频率预测、相位预测等等。本步骤为现有光通信系统的成熟技术，经过本步骤后获得X和Y偏振态信号：Ex(t)和Ey(t)。
步骤202：在得到待传输信号和冗余信号后，分别进行数据判决，并将冗余信号与待传输信号对齐，将待传输信号减去对齐后的冗余信号的共轭信号，实现对待传输信号消除非线性效应；
对Ex(t)和Ey(t)分别进行数据判决，将Ex和Ey判决后执行对齐操作，Ey(t+τ)中τ为Y相对X的时延，Ex(t)和Ey(t)的非线性效应具有相关性，最终将X信号减去Y的共轭信号实现非线性效应的消除，通过Es(t)=Ex(t)-(Ey(t+τ))*可消除非线性效应。
步骤203：对消除非线性效应的待传输信号进行数据再判决。
将Es进行数据判决。数据判决为现有光通信系统的成熟技术。
如图3所示，本申请的光通信系统包括发射机、接收机和光纤系统，其中发射机实现信号冗余处理、预补偿系统一半色散以及完成偏振复用调制；接收机为相干接收机，接收机实现信号恢复，对两个偏振态的信号进行非线性去相关性处理实现非线性效应的消除，最后对消除非线性效应的信号进行判决。光纤系统包括但不限于多个光纤和光放大器，例如还可以包括波分复用系统的常见合分波器件等等，也就是说可适用于现有光通信系统；
发送端设置冗余信号Ey，该冗余信号为Ex的Y轴对称信号，可用Volterra级数理论进行原理证明，在传输过程中，Ex和Ey具有相关性，可认为Ex和conj(Ey)的非线性畸变完全相同，因此在接收端两者相减可消除非线性效应。
如图4所示，在本申请的消除非线性效应的方法的另一实施例中包含发送机侧和接收机侧，包括：
步骤401：设置待传输信号和冗余信号，冗余信号为待传输信号的Y轴对称信号；
信号为偏振复用信号，但与常规偏振复用技术不同，其中偏振态X为待传输信号Ex，偏振态Y设置为Ex信号的Y轴对称信号，即Ey=-real(Ex)+i*imag(Ex)，其中real表示复数的实部，imag表示复数的虚部。信号调制码型不做限制。
步骤402：分别对待传输信号和冗余信号执行色散预补偿；
对偏振态X和Y信号分别执行预色散补偿，补偿量为系统总色散量的一半。色散补偿方法可以是时域色散补偿，也可以是频域色散补偿。
步骤403：在完成色散预补偿后执行信号调制；
将色散预补偿后的信号完成偏振复用调制。信号调制与常规光通信系统的发射机方案相同，即偏振态X和Y数据分别执行信号调制，采用数字模拟转换器（DAC）实现，然后再偏振复用。
步骤404：接收信号并进行数据恢复，得到待传输信号和冗余信号，冗余信号为待传输信号的Y轴对称信号；
按常规相干接收算法恢复出偏振态信号Ex(t)和Ey(t)，其中色散补偿量为系统总色散量的一半。
采用数字信号处理技术进行数据恢复，相关算法包括正交归一化、去时延、色散补偿、时钟恢复、偏振解复用、频率预测、相位预测等等。本步骤为现有光通信系统的成熟技术，经过本步骤后获得X和Y偏振态信号：Ex(t)和Ey(t)。
步骤405：在得到待传输信号和冗余信号后，分别进行数据判决，并将冗余信号与待传输信号对齐，将待传输信号减去对齐后的冗余信号的共轭信号，实现对待传输信号消除非线性效应；
对Ex(t)和Ey(t)分别进行数据判决，将Ex和Ey判决后执行对齐操作，Ey(t+τ)中τ为Y相对X的时延，Ex(t)和Ey(t)的非线性效应具有相关性，最终将X信号减去Y的共轭信号实现非线性效应的消除，通过Es(t)=Ex(t)-(Ey(t+τ))*可消除非线性效应。
步骤406：对消除非线性效应的待传输信号进行数据再判决。
将Es进行数据判决。数据判决为现有光通信系统的成熟技术。
图5～7是利用本申请消除非线性效应的仿真结果示例，调制码型为PDM-QPSK（偏振复用-四相位调制），单偏振信号的符号速率为10Gbd，G.652光纤系统，图5为X偏振态信号的星座图，图6为Y偏振态信号的星座图，图7为Ex-conj(Ey)星座图，其中conj表示共轭，图中real表示复数信号的实部，imag表示复数信号的虚部。从图不难看出，单独的X偏振态和Y偏振态的错误矢量幅度（EVM）大约是0.25～0.26，经过非线性效应消除后信号的错误矢量幅度减小到0.12，错误比特数为0，系统传输性能得到了大幅度的提升。
如图8所示，本申请还提供了一种发射机，包括：设置单元、色散补偿单元和调制单元，其中：
设置单元，用于设置待传输信号和冗余信号，冗余信号为待传输信号的Y轴对称信号；
色散补偿单元，用于在设置单元完成设置后，分别对待传输信号和冗余信号执行色散预补偿；
调制单元，用于在色散补偿单元完成色散预补偿后执行信号调制。
色散补偿单元对待传输信号和冗余信号执行的色散预补偿的补偿量为系统总色散量的一半。
色散补偿单元分别对待传输信号和冗余信号执行色散预补偿，包括：采用时域色散补偿或频域色散补偿分别对待传输信号和冗余信号执行色散预补偿。
如图9所示，本申请还提供了一种接收机，包括：接收单元、数据恢复单元、非线性效应消除单元和数据判决单元，其中：
接收单元，用于接收信号；
数据恢复单元，用于进行数据恢复，得到待传输信号和冗余信号，冗余信号为待传输信号的Y轴对称信号；
非线性效应消除单元，用于在数据恢复单元得到待传输信号和冗余信号后，分别进行数据判决，并将冗余信号与待传输信号对齐，将待传输信号减去对齐后的冗余信号的共轭信号，实现对待传输信号消除非线性效应；
数据判决单元，用于对消除非线性效应的待传输信号进行数据判决。
接收机为相干接收机。
本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种消除非线性效应的方法，应用于发射机，包括：
设置待传输信号和冗余信号，所述冗余信号为所述待传输信号的Y轴对称信号；
在完成设置后，分别对所述待传输信号和冗余信号执行色散预补偿，并在完成色散预补偿后执行信号调制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：对所述待传输信号和冗余信号执行的色散预补偿的补偿量为系统总色散量的一半。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述分别对所述待传输信号和冗余信号执行色散预补偿，包括：
采用时域色散补偿或频域色散补偿分别对所述待传输信号和冗余信号执行色散预补偿。
4.一种消除非线性效应的方法，应用于接收机，包括：
接收信号并进行数据恢复，得到待传输信号和冗余信号，所述冗余信号为所述待传输信号的Y轴对称信号；
在得到所述待传输信号和冗余信号后，分别进行数据判决，并将冗余信号与待传输信号对齐，将待传输信号减去对齐后的冗余信号的共轭信号，实现对所述待传输信号消除非线性效应；
对消除非线性效应的待传输信号进行数据判决。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述接收机为相干接收机。
6.一种发射机，包括：设置单元、色散补偿单元和调制单元，其中：
所述设置单元，用于设置待传输信号和冗余信号，所述冗余信号为所述待传输信号的Y轴对称信号；
所述色散补偿单元，用于在所述设置单元完成设置后，分别对所述待传输信号和冗余信号执行色散预补偿；
所述调制单元，用于在所述色散补偿单元完成色散预补偿后执行信号调制。
7.如权利要求6所述的发射机，其特征在于，所述色散补偿单元对所述待传输信号和冗余信号执行的色散预补偿的补偿量为系统总色散量的一半。
8.如权利要求6所述的发射机，其特征在于，所述色散补偿单元分别对所述待传输信号和冗余信号执行色散预补偿，包括：
采用时域色散补偿或频域色散补偿分别对所述待传输信号和冗余信号执行色散预补偿。
9.一种接收机，包括：接收单元、数据恢复单元、非线性效应消除单元和数据判决单元，其中：
所述接收单元，用于接收信号；
所述数据恢复单元，用于进行数据恢复，得到待传输信号和冗余信号，所述冗余信号为所述待传输信号的Y轴对称信号；
所述非线性效应消除单元，用于在所述数据恢复单元得到所述待传输信号和冗余信号后，分别进行数据判决，并将冗余信号与待传输信号对齐，将待传输信号减去对齐后的冗余信号的共轭信号，实现对所述待传输信号消除非线性效应；
所述数据判决单元，用于对消除非线性效应的待传输信号进行数据判决。
10.如权利要求9所述的接收机，其特征在于，所述接收机为相干接收机。
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