CN105530050A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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CN105530050A CN201410563508.2A CN201410563508A CN105530050A CN 105530050 A CN105530050 A CN 105530050A CN 201410563508 A CN201410563508 A CN 201410563508A CN 105530050 A CN105530050 A CN 105530050A
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Abstract

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，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时刻的输出信号；对该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；获取k－1时刻的相偏估计值，并根据k－1时刻的相偏估计值补偿k时刻的输入信号及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。本发明可保证信道均衡的收敛性以及相干光纤通信接收系统在激光器线宽较大的情况下保持较好的性能。

Description

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
技术领域
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
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。
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。
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
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。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
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－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；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。
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
R x ( k ) = Σ m = - N N H k , xx ( m ) * r x ( k - m ) + Σ m = - N N H k , xy ( m ) * r y ( k - m ) R y ( k ) = Σ m = - N N H k , yx ( m ) * r x ( k - m ) + Σ m = - N N H k , yy ( m ) * r y ( k - m )
得到k时刻的均衡输出信号，其中rx(y)(k)为x或y偏振态下k时刻的输入信号，Rx(y)(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Hk,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)、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]。
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：
根据公式得到k时刻的输入信号的补偿信号，其中，r’x(y)(k)为k时刻的输入信号的补偿信号，为k－1时刻的均衡输出信号的相偏估计值；根据公式 得到k时刻的均衡输出信号的补偿信号，其中Yx(y)(k)为k时刻的均衡输出信号的补偿信号。
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：
根据公式εk，x(y)＝dx(y)(k)-Yx(y)(k)、
Hk+1，xx(m)＝Hk，xx(m)+μ*εk，x*r’x(k-m)*、
Hk+1，xy(m)＝Hk，xy(m)+μ*εk，x*r’y(k-m)*、
Hk+1，yx(m)＝Hk，yx(m)+μ*εk，y*r’x(k-m)*以及
Hk+1，yy(m)＝Hk，yy(m)+μ*εk，y*r’y(k-m)*进行更新,
其中，εk，x(y)为x或y偏振态利用第k时刻相偏补偿均衡输出信号Yx(y)(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)、Hk+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’x(k-m)*、r’y(k-m)*、r’x(k-m)*和r’y(k-m)*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0.001到0.01之间。
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－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；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+1时刻的输入信号。
可选地，该自适应FIR滤波器模块的计算公式为：
R x ( k ) = Σ m = - N N H k , xx ( m ) * r x ( k - m ) + Σ m = - N N H k , xy ( m ) * r y ( k - m ) R y ( k ) = Σ m = - N N H k , yx ( m ) * r x ( k - m ) + Σ m = - N N H k , yy ( m ) * r y ( k - m )
其中，rx(y)(k)为x或y偏振态下k时刻的输入信号，Rx(y)(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Hk，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)、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]。
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
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：
第一相偏补偿子单元，用于获取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
第二相偏补偿子单元，用于获取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
所述第二相偏补偿子模块包括：
第三相偏补偿子单元，用于获取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
第四相偏补偿子单元，用于获取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
可选地，该自适应FIR滤波器抽头更新模块具体包括：
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，
其中，所述第一自适应FIR滤波器抽头更新子模块包括：
第一误差计算子单元，其计算公式为：
εk，x＝dx(k)-Yx(k)
其中，εk，x为x偏振态利用第k时刻相偏补偿均衡输出信号Yx(k)和与其对应的参考信号dx(k)计算出的误差函数；
第一更新子单元，其计算公式为：
Hk+1，xx(m)＝Hk，xx(m)+μ*εk，x*r’x(k-m)*、
Hk+1，xy(m)＝Hk，xy(m)+μ*εk，x*r’y(k-m)*；
所述第二自适应FIR滤波器抽头更新子模块包括：
第二误差计算子单元，其计算公式为：
εk，y＝dy(k)-Yy(k)
其中，εk，y为x偏振态利用第k时刻相偏补偿均衡输出信号Yy(k)和与其对应的参考信号dy(k)计算出的误差函数；
第二更新子单元，其计算公式为：
Hk+1，yx(m)＝Hk，yx(m)+μ*εk，y*r’x(k-m)*以及
Hk+1，yy(m)＝Hk，yy(m)+μ*εk，y*r’y(k-m)*，
其中，Hk+1，xx(m)、Hk+1，xy(m)、Hk+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’x(k-m)*、r’y(k-m)*、r’x(k-m)*和r’y(k-m)*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0.001到0.01之间。
本发明的有益效果：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。
附图说明
图1为本发明实施例的均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿的联合处理方法的流程图；
图2为本发明实施例的LMS算法的最佳更新步长随激光器线宽的变化曲线；
图3为本发明实施例的LMS算法收敛后均方误差(MSE)的精度随激光器线宽的变化曲线；
图4为本发明实施例的LMS算法收敛后(MSE)的稳定性随激光器线宽的变化曲线；
图5为本发明实施例的误码率(BER)随激光器线宽的变化曲线；
图6为本发明实施例的均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿的联合处理装置的结构示意图。
图7为本发明实施例的均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿的联合处理装置的具体框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
在本实施例中，均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿的联合处理方法包括：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时刻的相偏估计值；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；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。
如图1所示，为本发明实施例的均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿的联合处理方法的流程图，该方法包括如下步骤：
步骤101，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；
步骤102，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时刻均衡输出信号的的相偏估计值；
步骤103，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；
步骤104，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。
具体地，k时刻的参考信号可为训练信号也可为星座点判决得到的信号。
在本发明的实施例中，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。
在本实施例中，步骤101具体包括：根据公式
R x ( k ) = Σ m = - N N H k , xx ( m ) * r x ( k - m ) + Σ m = - N N H k , xy ( m ) * r y ( k - m ) R y ( k ) = Σ m = - N N H k , yx ( m ) * r x ( k - m ) + Σ m = - N N H k , yy ( m ) * r y ( k - m )
得到k时刻的均衡输出信号，其中rx(y)(k)为x或y偏振态下k时刻的输入信号，Rx(y)(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Hk，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)、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]。
其中，本发明上述实施例中的：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，可采用现有技术中的相偏估计公式进行估计。作为优选的实施方式，本发明的实施例进一步提供了以下公式进行示例说明：
其中，为k时刻的均衡输出信号的相偏估计值,其中M为Viterbi相偏估计算法在平均去相位噪声时优选的块长度，angle(.)代表幅角运算,其中k和n均为正整数。
进一步地，步骤103具体包括：
根据公式得到k时刻的输入信号的补偿信号，其中，r’x(y)(k)为k时刻的输入信号的补偿信号，根据公式得到k时刻的均衡输出信号的补偿信号，其中Yx(y)(k)为k时刻的均衡输出信号的补偿信号。
进一步地，步骤104具体包括：
根据公式εk，x(y)＝dx(y)(k)-Yx(y)(k)、
Hk+1，xx(m)＝Hk，xx(m)+μ*εk，x*r’x(k-m)*、
Hk+1，xy(m)＝Hk，xy(m)+μ*εk，x*r’y(k-m)*、
Hk+1，yx(m)＝Hk，yx(m)+μ*εk，y*r’x(k-m)*以及
Hk+1，yy(m)＝Hk，yy(m)+μ*εk，y*r’y(k-m)*进行更新,
其中，εk，x(y)为x或y偏振态利用第k时刻相偏补偿均衡输出信号Yx(y)(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)、Hk+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’x(k-m)*、r’y(k-m)*、r’x(k-m)*和r’y(k-m)*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0.001到0.01之间。
具体地，根据不同时刻计算出的误差函数εk，x(y)，对该误差函数εk，x(y)的均方误差(MES)进行实时统计监测，以判断FIR滤波器何时达到收敛状态。
下面对图2～图5进行解释：
如图2所示，为LMS算法最优抽头更新步长随激光器线宽的变化曲线，该曲线说明使用LMS算法本身进行相偏补偿时，LMS算法抽头更新步长会随着激光器线宽的增大而明显增大；而利用本实施例中的方法进行相偏补偿时，LMS算法抽头更新步长基本保持不变，后者最优抽头更新步长均小于前者。
如图3和图4所示，分别为所述实施例中，LMS算法收敛后均方误差(MSE)的均值和方差随激光器线宽的变化曲线，图4及图5说明使用LMS算法本身进行相偏补偿时，LMS算法收敛后MSE的精度及稳定性都随着激光器线宽的增大而严重恶化；而利用本实施例中的方法进行相偏补偿时，LMS算法收敛后MSE的精度及稳定性几乎不随着激光器线宽的增大而恶化，后者MSE的收敛精度及稳定性要明显优于前者。
如图5所示，为利用均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿的处理方法后，系统误码率(BER)随激光器线宽的变化曲线，该曲线说明，使用LMS算法本身进行相偏补偿时，系统BER随激光器线宽的增大而迅速恶化，且当线宽增大到一定程度后，通过优化LMS算法自身参数已经无法对相偏进行补偿；而利用本实施例中的方法进行相偏补偿时，系统BER几乎不受激光器线宽增大的影响，且后者BER均优于前者。
也就是说，该均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿的联合处理方法能够在较恶劣环境下，正确进行均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿，显著减小LMS算法抽头更新步长，提高了算法收敛精度及稳定性。
实施例二
对应于上述实施例一中的均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿的联合处理方法，本发明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，如图6～图7所示，该装置60包括：自适应FIR滤波器模块61、相偏估计模块、相偏补偿模块以及自适应FIR滤波器抽头更新模块，其中，
自适应FIR滤波器模块61，用于对k时刻的输入信号进行均衡与偏振解复用，得到k时刻的均衡输出信号，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－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；
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+1时刻的输入信号。
在本发明的实施例中，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。
进一步地，该自适应FIR滤波器模块61结构为蝶形，利用自适应FIR滤波器抽头更新模块更新得到的抽头系数Hk，xx、Hk，xy、Hk，yx、Hk，yy，对接收端样值进行均衡与偏振解复用，均衡前后样值之间对应关系为：
R x ( k ) = Σ m = - N N H k , xx ( m ) * r x ( k - m ) + Σ m = - N N H k , xy ( m ) * r y ( k - m ) R y ( k ) = Σ m = - N N H k , yx ( m ) * r x ( k - m ) + Σ m = - N N H k , yy ( m ) * r y ( k - m )
其中，rx(y)(k)为x或y偏振态下k时刻的输入信号，Rx(y)(k)为x或y偏振态对应的k时刻的均衡输出信号，Hk，xx、Hk，xy、Hk，yx、Hk，yy为自适应FIR滤波器抽头系数，其长度为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滤波器的中均衡第k时刻时的第m个抽头的系数，m的取值范围为[-N，N]。
其中，该自适应FIR滤波器模块61在均衡新的样值时需要使用最新更新的抽头系数，且残余频偏和激光器线宽对均衡前样值造成的相位损伤仍然存在于均衡后的样值中。
进一步地，该相偏估计模块包括第一相偏估计子单元621和第一相偏估计子单元622，可利用现有技术中的相偏估计算法，对载波残余频偏和和激光器线宽对均衡后的输出信号造成的相位损伤进行跟踪。
作为优选的实施方式，本发明的实施例进一步提供了以下公式进行示例说明：在本实施例中，相偏估计模块采用Viterbi相偏估计算法，对载波残余频偏和激光器线宽对k时刻的均衡输出信号Rx(y)(k)造成的相位损伤进行估计，其相位估计输出结果如下：
其中，为相偏估计模块估计出的第k时刻的均衡输出信号Rx(y)(k)受到的载波残余频偏和激光器线宽造成的相位损伤，也就是说为第k时刻的的相偏估计值，M为Viterbi相偏估计算法在平均去相位噪声时优选的块长度，angle(.)代表幅角运算,其中k和n均为正整数。
进一步地，为解决Viterbi相偏估计算法中π/2的相位突变问题，可在相偏补偿模块对估计出的相偏值进行跳变检测，以达到真实跟踪载波残余频偏和激光器线宽对均衡输出信号Rx(y)(k)造成的相位损伤的目的；实际应用时，也可通过均衡输出信号Rx(y)(k)和k时刻的参考信号dx(y)(k)来对残余频偏和激光器线宽造成的相位损伤进行估计，其相位估计输出结果如下：
其中，为相偏估计模块估计出的第k时刻的均衡输出信号Rx(y)(k)受到的载波残余频偏和激光器线宽造成的相位损伤，也就是说为第k时刻的的相偏估计值，M为基于训练符号的相偏估计算法在平均去相位噪声时优选的块长度，conj(·)代表取共轭运算，该缓存一段时间后用于k+1时刻接收端信号rx(y)(k+1)及Rx(y)(k+1)的相偏补偿。
进一步地，相偏补偿模块将相偏估计模块在k－1时刻均衡输出信号的相偏估计值用于补偿残余频偏和激光器线宽对自适应FIR滤波器模块61在k时刻输入信号rx(y)(k)及均衡输出信号Rx(y)(k)造成的相位损伤，具体地，相偏补偿模块包括：
第一相偏补偿子模块和第二相偏补偿子模块，其中第一相偏补偿子模块包括：
第一相偏补偿子单元631，用于获取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
第二相偏补偿子单元633，用于获取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
所述第二相偏补偿子模块包括：
第三相偏补偿子单元632，用于获取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
第四相偏补偿子单元634，用于获取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
接着，k时刻的输入信号rx(y)(k)的补偿信号r’x(y)(k)和k时刻的均衡输出信号Rx(y)(k)的均衡输出信号的补偿信号Yx(y)(k)被送至自适应FIR滤波器抽头更新模块来更新自适应FIR滤波器的抽头系数，该更新后的抽头系数又用于均衡k+1时刻的接收端信号rx(y)(k+1)，同时根据Yx(y)(k)所处的模式用于参考信号的选择。
所述装置还包括参考信号选择模块，参考信号选择模块包括：第一参考信号选择子模块641和第二参考信号选择子模块642，下面介绍参考信号dx(y)(k)的选择方式，在训练模式下，将训练序列作为参考信号dx(y)(k)送至自适应FIR滤波器抽头更新模块进行自适应FIR滤波器抽头系数的更新；在判决反馈模式下，先对k时刻的均衡输出信号Rx(y)(k)的补偿信号Yx(y)(k)进行星座点判决，再将判决得到的信号作为参考信号dx(y)(k)送至自适应FIR滤波器抽头更新模块进行自适应FIR滤波器抽头系数的更新。
进一步地，该自适应FIR滤波器抽头更新模块包括第一自适应FIR滤波器抽头更新子模块651和第二自适应FIR滤波器抽头更新子模块652，
其中，所述第一自适应FIR滤波器抽头更新子模块651包括：
第一误差计算子单元，其计算公式为：
εk，x＝dx(k)-Yx(k)
其中，εk，x为x偏振态利用第k时刻相偏补偿均衡输出信号Yx(k)和与其对应的参考信号dx(k)计算出的误差函数；
第一更新子单元，其计算公式为：
Hk+1，xx(m)＝Hk，xx(m)+μ*εk，x*r’x(k-m)*、
Hk+1，xy(m)＝Hk，xy(m)+μ*εk，x*r’y(k-m)*；
第二自适应FIR滤波器抽头更新子模块652包括：
第二误差计算子单元，其计算公式为：
εk，y＝dy(k)-Yy(k)
其中，εk，y为x偏振态利用第k时刻相偏补偿均衡输出信号Yy(k)和与其对应的参考信号dy(k)计算出的误差函数；
第二更新子单元，其计算公式为：
Hk+1，yx(m)＝Hk，yx(m)+μ*εk，y*r’x(k-m)*以及
Hk+1，yy(m)＝Hk，yy(m)+μ*εk，y*r’y(k-m)*，
其中，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，Hk+1，xx(m)、Hk+1，xy(m)、Hk+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，若自适应FIR滤波器抽头系数为2N+1,则m取值为[-N，N]；r’x(k-m)*、r’y(k-m)*、r’x(k-m)*和r’y(k-m)*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0.001到0.01之间。
在自适应FIR滤波器抽头更新模块中，根据不同时刻计算出的误差函数εk，x(y)，对该误差函数εk，x(y)的均方误差(MSE)进行实时统计监测，以判断自适应FIR滤波器在何时达到收敛状态，在均方误差(MSE)的监测过程中，周期性的检测误差函数εk，x(y)的均方误差，均方误差的计算式为E(|εx(y)(k)|2)，其中均方误差的统计块长度根据实际情况进行优选。
在本发明的实施例中，能够快速消除载波残余频偏和激光器线宽对均衡后的样值造成的相位损伤对自适应FIR滤波器抽头更新的影响，使基于LMS算法的均衡与偏振解复用自适应FIR滤波器能对信道的作用进行自适应跟踪与补偿，而不受载波残余频偏和激光器线宽的干扰，并能够显著减小LMS算法抽头更新步长，提高算法收敛精度及稳定性，并提高基于LMS算法的均衡与偏振解复用的自适应FIR滤波器对残余频偏和激光器线宽的适应性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿的联合处理方法，其特征在于，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-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；
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+1时刻的输入信号。
2.根据权利要求1所述的联合处理方法，其特征在于，所述对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，具体包括：
根据公式
R x ( k ) = Σ m = - N n H k , xx ( m ) * r x ( k - m ) + Σ m = - N N H k , xy ( m ) * r y ( k - m ) R y ( k ) = Σ m = - N N H k , yx ( m ) * r x ( k - m ) + Σ m = - N n H k , yy ( m ) * r y ( k - m )
得到k时刻的均衡输出信号，其中rx(y)(k)为x或y偏振态下k时刻的输入信号，Rx(y)(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Hk，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)、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]。
3.根据权利要求2所述的联合处理方法，其特征在于，所述获取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：
根据公式得到k时刻的输入信号的补偿信号，其中，r′x(y)(k)为k时刻的输入信号的补偿信号，为k-1时刻的均衡输出信号的相偏估计值；根据公式Yx(y)(k)＝Rx(y)(k)*得到k时刻的均衡输出信号的补偿信号，其中Yx(y)(k)为k时刻的均衡输出信号的补偿信号。
4.根据权利要求3所述的联合处理方法，其特征在于，所述根据所述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+1时刻的输入信号，具体包括：
根据公式εk，x(y)＝dx(y)(k)-Yx(y)(k)、
Hk+1，xx(m)＝Hk，xx(m)+μ*εk，x*r′x(k-m)*、
Hk+1，xy(m)＝Hk，xy(m)+μ*εk，x*r′y(k-m)*、
Hk+1，yx(m)＝Hk，yx(m)+μ*εk，y*r′x(k-m)*以及
Hk+1，yy(m)＝Hk，yy(m)+μ*εk，y*r′y(k-m)*进行更新，
其中，εk，x(y)为x或y偏振态利用第k时刻相偏补偿输出信号Yx(y)(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)、Hk+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′x(k-m)*、r′y(k-m)*、r′x(k-m)*和r′y(k-m)*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。
5.一种均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿的联合处理装置，其特征在于，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时刻的均衡输出信号，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-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；
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+1时刻的输入信号。
6.根据权利要求5所述的联合处理装置，其特征在于，所述自适应FIR滤波器模块的计算公式为：
R x ( k ) = Σ m = - N n H k , xx ( m ) * r x ( k - m ) + Σ m = - N N H k , xy ( m ) * r y ( k - m ) R y ( k ) = Σ m = - N N H k , yx ( m ) * r x ( k - m ) + Σ m = - N n H k , yy ( m ) * r y ( k - m )
其中，rx(y)(k)为x或y偏振态下k时刻的输入信号，Rx(y)(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Hk，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)、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]。
7.根据权利要求6所述的联合处理装置，其特征在于，所述相偏估计模块包括：第一相偏估计子单元和第二相偏估计子单元，
其中，所述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
所述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时刻的均衡输出信号的相偏估计值
8.根据权利要求7所述的联合处理装置，其特征在于，所述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：
第一相偏补偿子单元，用于获取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r′x(k)＝rx(k)*
第二相偏补偿子单元，用于获取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Yx(k)＝
所述第二相偏补偿子模块包括：
第三相偏补偿子单元，用于获取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r′y(k)＝ry(k)*
第四相偏补偿子单元，用于获取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Yy(k)＝
9.根据权利要求8所述的联合处理装置，其特征在于，所述自适应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，
其中，所述第一自适应FIR滤波器抽头更新子模块包括：
第一误差计算子单元，其计算公式为：
εk，x＝dx(k)-Yx(k)
其中，εk，x为x偏振态利用第k时刻相偏补偿输出信号Yx(k)和与其对应的参考信号dx(k)计算出的误差函数；
第一更新子单元，其计算公式为：
Hk+1，xx(m)＝Hk，xx(m)+μ*εk，x*r′x(k-m)*、
Hk+1，xy(m)＝Hk，xy(m)+μ*εk，x*r′y(k-m)*；
所述第二自适应FIR滤波器抽头更新子模块包括：
第二误差计算子单元，其计算公式为：
εk，y＝dy(k)-Yy(k)
其中，εk，y为x偏振态利用第k时刻相偏补偿输出信号Yy(k)和与其对应的参考信号dy(k)计算出的误差函数；
第二更新子单元，其计算公式为：
Hk+1，yx(m)＝Hk，yx(m)+μ*εk，y*r′x(k-m)*以及
Hk+1，yy(m)＝Hk，yy(m)+μ*εk，y*r′y(k-m)*，
其中，Hk+1，xx(m)、Hk+1，xy(m)、Hk+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′x(k-m)*、r′y(k-m)*、r′x(k-m)*和r′y(k-m)*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。
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