CN105827319B - 数据处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据处理方法及装置，其中，该方法包括：将接收机接收的数据划分为第一路数据和第二路数据；获取第一路数据的突发包起点信息和瞬态频偏估计值；根据突发包起点信息确定第二路数据的起点信息；根据数据的起点信息和所述瞬态频偏估计值对第二路数据进行瞬态频偏补偿；对经过瞬态频偏补偿后的第二路数据进行色散均衡处理；对经过色散均衡处理后的第二路数据执行后续的数据恢复操作。通过本发明解决了相关技术中激光器切换带来的功率频偏瞬态效应的问题，消除了不同DSP算法间的相互影响，补偿激光器切换带来的较大线宽和频偏瞬态效应，提高了光突发相干接收系统的信道利用率。

Description

数据处理方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及数据处理方法及装置。

背景技术

近年来，高速相干光通信技术已经成为实现长距离大容量信息传输的关键技术之一。通过采用偏振复用及波分复用等技术，相干光通信技术可以有效提高系统频带利用率，提升系统容量；通过采用相干接收方式，相干光通信技术有较高的接收机灵敏度，能够获得较高的链路预算。这些优势使高速相干光通信技术在突发模式下的光通信系统中具有很广的应用前景。

工作于突发模式下的高速相干光通信系统，光纤信道的不同及时变效应使得每个突发包在光纤链路中受到的链路损伤不同。例如，在现有的时分复用(Time DivisionMultiplex，简称为TDM)-无源光网络(Passive Optical Network，简称为PON)系统中，由于不同光纤网络单元(Optical Network Unit，简称为ONU)与光纤线路终端(Optical LineTerminal，简称为OLT)之间传输距离不同使各ONU间的突发包信号所受的色散效应和偏振旋转效应不同；若在OLT接收端的数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称为DSP)处理部分采用相同的参数配置，则不能有效的恢复出原始信号。如何针对各突发包进行DSP模块参数配置，减小突发包中的处理开销，是高速相干光通信系统实现高效突发接收所需解决的问题。同时，光突发接收对高速相干光通信系统的DSP算法性能提出了更高的要求。工作于连续模式下的频偏估计算法和相偏估计算法均是基于频偏和相偏变化相对于符号速率为慢变的基础上提出的。而在光突发接收系统中，激光器切换过程会带来瞬变的频偏及较大的线宽，这些因素会导致传统的频偏估计和相偏估计算法无法正常工作。采用避开激光器的切换时间的策略可以使接收系统继续沿用传统的频偏估计及相偏估计算法进行数据处理，但这样的策略会严重降低整个通信系统的信道利用率。如何解决激光器瞬态效应带来的时变损伤和系统信道利用率之间矛盾，也是光突发相干接收系统需要解决的问题。另外，在突发相干接收机中，不同DSP算法之间的相互影响会恶化各算法的性能，严重时会导致整个接收机无法正常的完成数据的恢复。例如，大色散和瞬态频偏的共同作用会导致固定色散补偿后的数据结构被破坏的问题，自适应均衡与偏振解复用对频偏相偏敏感的问题等。如何消除不同DSP算法间的相互影响也是需要考虑的关键问题。

针对相关技术中，激光器切换带来的功率频偏瞬态效应的问题，还未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种数据处理方法及装置，以至少解决相关技术激光器切换带来的功率频偏瞬态效应的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种数据处理方法，包括：将接收机接收的数据划分为第一路数据和第二路数据；获取所述第一路数据的突发包起点信息和瞬态频偏估计值；根据所述突发包起点信息确定所述第二路数据的起点信息；根据所述数据的起点信息和所述瞬态频偏估计值对所述第二路数据进行瞬态频偏补偿；对经过瞬态频偏补偿后的所述第二路数据进行色散均衡处理；对经过色散均衡处理后的所述第二路数据执行后续的数据恢复操作。

进一步地，获取所述第一路数据的突发包起点信息包括：对所述第一路数据依次进行色散均衡处理、突发头同步处理，获取所述突发包起点信息。

进一步地，获取所述第一路数据的瞬态频偏估计值包括：通过在所述第一路数据序列中按照预定周期插入的训练序列估计出指定离散时刻的瞬态频偏估计值；利用所述指定离散时刻的瞬态频偏估计值，采用插值拟合估计出所有时刻处的瞬态频偏估计值。

进一步地，对经过色散均衡处理后的所述第二路数据执行后续的数据恢复操作包括：对经过色散均衡处理后的所述第二路数据依次进行以下恢复操作：功率瞬态效应的估计与补偿、自适应均衡与偏振解复用、相偏估计与补偿。

进一步地，对经过色散均衡处理之后的所述第二路数据进行功率瞬态效应的估计与补偿包括：将功率瞬态效应稳定后的训练序列期间的平均功率作为参考，得到所述训练序列期间的离散点处的归一化瞬时功率值；根据所述离散点处的归一化瞬时功率值，采用插值拟合得到瞬态期间任意时刻处的归一化瞬时功率值；根据所述归一化瞬时功率值对经过色散均衡处理之后的所述第二路数据进行功率瞬态效应的估计与补偿。

进一步地，对经过色散均衡处理之后的所述第二路数据进行相偏估计与补偿之后包括：将相偏估计结果反馈到所述自适应均衡与偏振解复用过程，其中，所述相偏估计结果用于参与自适应FIR滤波器抽头的更新。

进一步地，所述插值拟合至少包括：拉格朗日插值、牛顿插值、三次样条插值。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种数据处理装置，包括：划分模块，用于将接收机接收的数据划分为第一路数据和第二路数据；获取模块，用于获取所述第一路数据的突发包起点信息和瞬态频偏估计值；确定模块，用于根据所述突发包起点信息确定所述第二路数据的起点信息；补偿模块，用于根据所述数据的起点信息和所述瞬态频偏估计值对所述第二路数据进行瞬态频偏补偿；处理模块，用于对经过瞬态频偏补偿后的所述第二路数据进行色散均衡处理；恢复模块，用于对经过色散均衡处理后的所述第二路数据执行后续的数据恢复操作。

进一步地，所述获取模块用于对所述第一路数据依次进行色散均衡处理、突发头同步处理，获取所述突发包起点信息。

进一步地，所述获取模块还用于通过在所述第一路数据序列中按照预定周期插入的训练序列估计出指定离散时刻的瞬态频偏估计值；利用所述指定离散时刻的瞬态频偏估计值，采用插值拟合估计出所有时刻处的瞬态频偏估计值。

通过本发明，采用将接收机接收的数据划分为第一路数据和第二路数据；获取第一路数据的突发包起点信息和瞬态频偏估计值；根据突发包起点信息确定第二路数据的起点信息；根据数据的起点信息和所述瞬态频偏估计值对第二路数据进行瞬态频偏补偿；对经过瞬态频偏补偿后的第二路数据进行色散均衡处理；对经过色散均衡处理后的第二路数据执行后续的数据恢复操作。解决了相关技术激光器切换带来的功率频偏瞬态效应的问题，消除了不同DSP算法间的相互影响，补偿激光器切换带来的较大线宽和频偏瞬态效应，提高了光突发相干接收系统的信道利用率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的数据处理方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的数据处理装置的结构框图；

图3是根据本发明实施例的一种光突发相干接收机中的DSP处理方法的处理框图；

图4是根据本发明实施例的一种光突发相干接收机中的DSP处理方法的处理框图(一)；

图5是根据本发明实施例的光突发接收机中的DSP处理方法时采用的数据帧结构图；

图6是根据本发明实施例的加入激光器切换期间的瞬态频偏及功率的规律曲线图；

图7是根据本发明实施例的加入激光器切换期间的瞬态频偏及功率的规律曲线图(二)；

图8是根据本发明实施例的光突发接收机中的DSP处理方法后获得的BER性能对比曲线。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实施例中提供了一种数据处理方法，图1是根据本发明实施例的数据处理方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：

步骤S102，将接收机接收的数据划分为第一路数据和第二路数据；

步骤S104，获取第一路数据的突发包起点信息和瞬态频偏估计值；

步骤S106，根据突发包起点信息确定第二路数据的起点信息；

步骤S108，根据数据的起点信息和瞬态频偏估计值对第二路数据进行瞬态频偏补偿；

步骤S1010，对经过瞬态频偏补偿后的第二路数据进行色散均衡处理；

步骤S1012，对经过色散均衡处理后的第二路数据执行后续的数据恢复操作。

通过上述步骤，首先将接收机接收的数据划分为两路数据，使用其中一路数据得到瞬态频偏估计值，根据该瞬态频偏估计值对另一路数据进行补偿，然后再将经过补偿后的数据进行色散均衡，解决了相关技术激光器切换带来的功率频偏瞬态效应的问题，消除了不同DSP算法间的相互影响，补偿激光器切换带来的较大线宽和频偏瞬态效应，提高了光突发相干接收系统的信道利用率。

上述步骤S104涉及到获取第一路数据的突发包起点信息，在一个可选实施例中，通过对第一路数据依次进行色散均衡处理、突发头同步处理，获取突发包起点信息。

上述步骤S104还涉及到获取第一路数据的瞬态频偏估计值包括：通过在第一路数据序列中按照预定周期插入的训练序列估计出指定离散时刻的瞬态频偏估计值，利用指定离散时刻的瞬态频偏估计值，采用插值拟合估计出所有时刻处的瞬态频偏估计值。从而得到了任意时刻对第二路数据进行补偿的瞬态频偏估计值。

在一个可选实施例中，对经过色散均衡处理后的第二路数据执行后续的数据恢复操作可以是对经过色散均衡处理后的第二路数据依次进行功率瞬态效应的估计与补偿、自适应均衡与偏振解复用、相偏估计与补偿。

在对经过色散均衡处理之后的第二路数据进行功率瞬态效应的估计与补偿，在一个可选实施例中，将功率瞬态效应稳定后的训练序列期间的平均功率作为参考，得到训练序列期间的离散点处的归一化瞬时功率值。在另一个可选实施例中，根据该离散点处的归一化瞬时功率值，采用插值拟合得到瞬态期间任意时刻处的归一化瞬时功率值。进而可以根据归一化瞬时功率值对经过色散均衡处理之后的第二路数据进行功率瞬态效应的补偿。

在一个可选实施例中，将相偏估计结果反馈到自适应均衡与偏振解复用过程，其中，相偏估计结果用于参与自适应FIR滤波器抽头的更新。

在一个可选实施例中，插值拟合至少包括：拉格朗日插值、牛顿插值、三次样条插值。

在本实施例中还提供了一种数据处理装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图2是根据本发明实施例的数据处理装置的结构框图，如图2所示，该装置包括：划分模块22，用于将接收机接收的数据划分为第一路数据和第二路数据；获取模块24，用于获取该第一路数据的突发包起点信息和瞬态频偏估计值；确定模块26，用于根据该突发包起点信息确定该第二路数据的起点信息；补偿模块28，用于根据该数据的起点信息和该瞬态频偏估计值对该第二路数据进行瞬态频偏补偿；处理模块30，用于对经过瞬态频偏补偿后的该第二路数据进行色散均衡处理；恢复模块32，用于对经过色散均衡处理后的该第二路数据执行后续的数据恢复操作。

可选地，获取模块24用于对该第一路数据依次进行色散均衡处理、突发头同步处理，获取该突发包起点信息。

可选地，获取模块24还用于通过在第一路数据序列中按照预定周期插入的训练序列估计出指定离散时刻的瞬态频偏估计值；利用指定离散时刻的瞬态频偏估计值，采用插值拟合估计出所有时刻处的瞬态频偏估计值。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述各个模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块分别位于第一处理器、第二处理器和第三处理器…中。

针对相关技术中存在的上述问题，下面结合可选实施例进行说明，本可选实施例结合了上述可选实施例及其可选实施方式。

本可选实施例提供了一种光突发相干接收机中的DSP处理方法，图3是根据本发明实施例的一种光突发相干接收机中的DSP处理方法的处理框图，如图3所示，主要由以下模块组成：固定色散均衡模块11～14，突发头同步模块21和22，瞬时频偏估计模块31和32，数据缓存模块41和42，突发头估计模块51和52，瞬时频偏补偿模块61和62，功率瞬态估计与补偿模块71和72，自适应均衡与偏振解复用模块8，相偏估计与补偿模块91和92及数据恢复模块10。

利用本可选实施例提供的DSP处理方法进行数据处理时，接收机中数据需要分为两条支路，支路01和02中的数据经固定色散均衡模块11和12，突发头同步模块21和22，及瞬态频偏估计模块31和32的处理后获得该支路的突发包起点信息和瞬态频偏估计值。支路03和04中经过缓存后的数据利用在支路01和02中获得的突发包起点信息和瞬态频偏估计值进行本路数据起点的估计和瞬态频偏的补偿。经突发头估计和瞬态频偏补偿的支路03和04中的数据再经过固定色散均衡，功率瞬态估计与补偿，自适应均衡与偏振解复用，相偏估计与补偿，及数据恢复等模块的处理后便完成了整个接收机的DSP处理流程。将接收机中数据分为两条支路的目的是避免大色散和瞬态频偏的共同作用会导致固定色散均衡后的数据结构被破坏的问题。

本可选实施例中，采用在数据序列中周期插入训练序列的方法估计出离散时刻处的瞬时频偏及归一化功率值，再使用插值拟合的方法得到激光器其他时刻处的瞬时频偏及归一化功率值，以分别进行瞬态频偏及功率的补偿。

色散均衡模块11～14，该模块在频域完成固定色散均衡的功能，以消除大色散对各支路中后续功能模块的影响。该模块根据控制信道监测的光纤链路的长度及色散系数计算出总的色散量，根据色散对信号造成的损伤公式计算出频域中不同频率点处的色散补偿系数exp(-jcLDf²/f_c ²)，其中c为光速，L为光纤链路长度，D为色散系数，f_c为光载波频率，f为信号频率。在进行固定色散均衡时，先将信号变换到频域，在使用相应的色散系数补偿后再变换到时域。通常将长数据序列分解为较短数据序列分别补偿的方法来降低运算复杂度，提高运算效率。

在进行固定色散补偿时，系统中存在的大色散和频偏会导致固定色散补偿后的数据有一个时间上的移位Δt＝cLDΔf/f_c ²，其中Δf为频偏值。当Δf为瞬变时，不同短数据序列在固定色散补偿后的移位时间不相同，从而导致长数据序列在固定色散补偿后的数据结构遭到破坏。本可选实施例中支路01和02中的数据在做固定色散均衡时，系统中同时存在大色散和瞬态频偏，所以在这两条支路中做完固定色散均衡后数据结构已经被破坏；但数据结构的破坏不会对突发头同步和瞬态频偏的估计结果产生太大的影响，所以利用支路01和02中补偿完固定色散的数据可以得到突发头和瞬态频偏信息。支路03和04中的数据利用支路01和02中得到的突发头信息和瞬态频偏信息进行突发头估计和瞬态频偏补偿，从而使该支路在未做固定色散补偿之前就消除了瞬态频偏的的影响。在瞬态频偏补偿后，支路03和04中的数据再进行固定色散均衡，从而避免了大色散和瞬态频偏的共同作用导致固定色散均衡后数据结构被破坏的问题。

突发头同步模块21和22，该模块完成支路01和02中数据起点同步的功能，并将该起点信息传递到瞬态频偏估计模块31和32及突发头估计模块51和52使用。该模块进行突发头同步的方法可以根据实际情况进行优选，经该模块确定支路01和02中数据起点位置分别为Index_01和Index_02。

瞬态频偏估计模块31和32，该模块完成激光器切换期间瞬态频偏估计的功能。该模块通过在数据序列中周期插入的训练序列估计出某些离散时刻处的频偏值，然后利用该离散时刻处的频偏估计值采用插值拟合的方法估计出激光器瞬态期间所有时刻处的频偏值Δf_x(y)(k)，其中Δf_x(y)(k)为第k时刻x或y偏振态的瞬时频偏估计值。插值拟合的方法可以根据实际情况从线性插值，拉格朗日插值，牛顿插值及三次样条插值等方法中优选。

数据缓存模块41和42，该模块将支路03和04中的数据缓存一段时间。该缓存后的数据利用突发头同步模块21和22及瞬态频偏估计模块31和32输出的数据起点信息和瞬态频偏估计值进行突发头估计及瞬态频偏补偿。

突发头估计模块51和52，该模块根据突发头同步模块21和22提供的数据起点位置，大色散的大小及瞬态频偏估计模块31和32提供的瞬态频偏估计值，计算支路03及04中数据的起点位置。大色散和频偏造成固定色散均衡后数据的偏移量为Δk_x(y)＝fix(cDLΔf_x(y)/(f_c ²T_s))，其中c为光速，D为色散系数，L为光纤链路总长度，Δf_x(y)为x或y偏振态数据起点位置处瞬态频偏的大小，f_c为光载波的频率，T_S为样值周期，fix(·)为向下取整运算。支路03和04中数据的起点位置分别为Index_03＝Index_01-Δf_x，Index_04＝Index_02-Δf_y。Index_03和Index_04分别作为支路03和04中数据的后续DSP的参考起点。

瞬态频偏补偿模块61和62，该模块利用瞬态频偏估计模块31和32提供的瞬态频偏估计值对本支路数据进行瞬态频偏补偿。第k时刻频偏补偿前后数据之间的关系为：

其中，r_x(y)(k)，r1_x(y)(k)分别为第k时刻x或y偏振态进行频偏补偿前后的数据，Δf_x(y)(k)为第k时刻x或y偏振态的瞬时频偏估计值_，T_S为样值周期；为k-1时刻处频偏对数据造成的累积相位损伤，其具体数值为

功率瞬态估计与补偿模块71和72，该模块完成激光器瞬态期间功率瞬态效应的估计与补偿功能。该模块将功率瞬态效应稳定后的训练序列期间的平均功率作为参考，得到功率瞬态效应期间训练序列期间的归一化功率值。根据离散点处的归一化瞬时功率值，采用插值拟合的方法得到瞬态期间任意k时刻处的归一化瞬时功率值为NPx(y)(k)。插值拟合的方法可以根据实际情况从线性插值，拉格朗日插值，牛顿插值及三次样条插值等方法中优选。第k时刻功率瞬态效应补偿前后的数据之间的关系为：其中r2_x(y)(k)为色散均衡模块13和14的输出数据，r3_x(y)(k)为经瞬态功率估计与补偿模块71和72处理后的数据。

自适应均衡与偏振解复用模块8，该模块完成自适应均衡与偏振解复用的功能。该自适应均衡与偏振解复用模块8通过不断调整自适应FIR滤波器的抽头系数，使均衡后的数据逐渐逼近于参考信号。用于自适应均衡与偏振解复用的自适应FIR滤波器为蝶形，其抽头系数分别为H_k,xx(m)，H_k,xy(m)，H_k,yx(m)，H_k,yy(m)，该抽头系数中k和m分别表示均衡第k时刻样值时自适应FIR滤波器的第m个抽头的系数，若自适应FIR滤波器长度为2N+1，则m取值范围为[-N,N]。该自适应均衡与偏振解复用模块8的输入输出方程为：

其中r3_x(y)(k)，R_x(y)(k)分别为自适应均衡与偏振解复用模块81的均衡输入及输出样值，H_k,xx(m)，H_k,xy(m)，H_k,yx(m)，H_k,yy(m)分别为均衡第k时刻样值时自适应FIR滤波器的第m个抽头系数。

在该自适应均衡与偏振解复用模块8中，自适应FIR滤波器的误差函数及抽头更新方程的形式有多种，实际中可根据具体情况进行优选。在该自适应均衡与偏振解复用模块8中根据不同时刻计算出的误差函数ε_k,x(y)，对该自适应均衡与偏振解复用模块8的输出信号的均方误差(MSE)进行实时统计监测，以判断该自适应FIR滤波器在何时达到收敛状态。

相偏估计与补偿模块91和92，该模块完成相偏估计与补偿的功能。该相偏估计与补偿模块91和92利用优选的相偏估计算法估计载波残余频偏及激光器线宽对数据造成的相位损伤Δφ_x(y)(k)，其中Δφ_x(y)(k)表示k时刻估计出的由于残余频偏和激光器线宽造成的相位损伤。通常将前一时刻的相偏估计值用于本时刻的相偏补偿中，具体的相偏估计算法可以根据实际情况进行优选。第k时刻数据在相偏补偿前后的关系为：

Y_x(y)(k)＝R_x(y)(k)·exp(-jΔφ_x(y)(k-1))

其中，Y_x(y)(k)为均衡输出信号的相偏补偿信号，Δφ_x(y)(k-1)为第k-1时刻的相偏估计结果。

数据恢复模块10，该模块将相偏估计与补偿模块91和92的输出信号Y_x(y)(k)进行星座点判决译码后恢复出原始发送数据，其具体操作过程也需要根据实际调制格式而定。

该一种光突发相干接收机中的DSP处理方法，将接收机中各偏振态中数据分为两条支路，支路01,02中的数据在固定色散均衡后进行突发头同步和瞬态频偏估计以获得该支路的数据起点信息和激光器瞬态期间不同时刻的瞬时频偏值；支路03,04中的数据利用该支路01,02中得到的数据起点信息、数据起点处的瞬时频偏值和信道监测得到的大色散值进行本支路的突发头估计并进行瞬态频偏补偿。该将接收机中数据分为两条支路分别进行处理的方法的目的是为了解决大色散和瞬态频偏的共同作用会导致固定色散均衡后数据结构遭到破坏的问题。支路03,04中的数据再经固定色散均衡，功率瞬态估计与补偿，自适应均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿等模块的处理后恢复原始数据。一般地，在突发相干接收系统中，激光器切换时间在500ns左右，突发包数据持续时间为us量级。与采取避开激光器瞬态效应的策略相比，采用该一种光突发相干接收机中的DSP处理方法后，可在激光器瞬态效应期间进行正常的数据传输，从而从整体上降低突发包的收端DSP处理开销，显著提高光突发相干接收系统的信道利用率。

在另一个可选实施例中，提供一种基于最小均方(Least Mean Square，简称为LMS)算法的自适应补偿光纤链路损伤的DSP处理方法，该方法采用LMS算法进行自适应均衡与偏振解复用。该方法将相偏估计结果反馈到自适应均衡与偏振解复用模块参与自适应有限冲击响应(Finite Impulse Response，简称为FIR)滤波器抽头的更新，以消除载波残余频偏和激光器线宽造成的相位损伤对基于LMS算法的自适应均衡与偏振解复用的影响。

本可选实施例是偏振复用112G bps PM-(D)QPSK调制格式下的单载波系统中进行的，但本可选实施例的适用范围并不仅限于偏振复用PM-(D)QPSK调制格式下的单载波系统。本可选实施例中采用LMS算法进行自适应均衡与偏振解复用，但本专利中自适应均衡与偏振解复用也可采用其他可用的算法。

图4是根据本发明实施例的一种光突发相干接收机中的DSP处理方法的处理框图(一)，如图4所示，自适应均衡与偏振解复用模块为基于LMS算法的自适应均衡与偏振解复用模块。

图5是根据本发明实施例的光突发接收机中的DSP处理方法时采用的数据帧结构图，如图5所示，其中，T_x(y)为用于突发头同步的训练序列，A_x(y)为周期插入的训练序列以用于瞬态频偏及功率的估计；在LMS算法训练序列中A_x(y)和B_x(y)间隔构造，二者均作为LMS算法在不同时刻处的参考信号；LMS算法训练序列之后为A_x(y)与有用数据序列周期性间隔构造直至激光器瞬态效应结束；激光器瞬态效应结束后的部分全部用于承载有用数据。

在该可选实施例中，一种光突发相干接收机中的DSP处理方法的特征为，包括以下几个模块：

固定色散均衡模块11～14，突发头同步模块21和22，瞬时频偏估计模块31和32，数据缓存模块41和42，突发头估计模块51和52，瞬时频偏补偿模块61和62，功率瞬态估计与补偿模块71和72，自适应均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿模块81,82和83，及数据恢复模块9。

在本可选实施例中进行数据处理时，接收机中数据需要分为两条支路，支路01和02中的数据经固定色散均衡模块11和12，突发头同步模块21和22，瞬态频偏估计模块31和32的处理后获得该支路的突发包起点信息和瞬态频偏估计值。支路03和04中经过数据缓存后的数据利用在支路01和02中获得的突发包起点信息和瞬态频偏估计值分别进行本路数据起点的估计和瞬态频偏的补偿。经突发头估计和瞬态频偏补偿的支路03和04中的数据再经过固定色散均衡，功率瞬态估计与补偿，自适应均衡与偏振解复用，相偏估计与补偿，及数据恢复处理后便完成了整个接收机中DSP处理流程。将接收机中数据分为两条支路的目的是为了避免大色散和瞬态频偏的共同作用会导致固定色散均衡后的数据结构被破坏的问题。

在本可选实施例中，采用在数据序列中周期插入训练序列的方法估计出离散时刻处的瞬时频偏及归一化功率值，再使用插值拟合的方法得到激光器其他时刻处的瞬时频偏及归一化功率值，以分别进行瞬态频偏及功率的补偿。

在本可选实施例中，采用LMS算法进行自适应均衡与偏振解复用，并将相偏估计结果反馈到自适应均衡与偏振解复用模块参与自适应FIR滤波器抽头的更新，以消除载波残余频偏和激光器线宽造成的相位损伤对基于LMS算法的自适应均衡与偏振解复用的影响。

色散均衡模块11～14，该模块在频域完成固定色散均衡的功能，以消除大色散对各支路中后续功能模块的影响。该模块根据控制信道监测的光纤链路的长度及色散系数计算出总的色散量，根据色散对信号造成的损伤公式计算出频域中不同频率点处的色散补偿系数exp(-jcLDf²/f_c ²)，其中c为光速，L为光纤链路长度，D为色散系数，f_c为光载波频率，f为信号频率。在进行固定色散均衡时，先将信号变换到频域，使用相应的色散系数补偿后再变换到时域。通常将长数据序列分解为较短数据序列分别补偿方法来降低运算复杂度和提高运算效率。

图6是根据本发明实施例的加入激光器切换期间的瞬态频偏及功率的规律曲线图，下面对图6进行解释说明：

突发头同步模块21和22，该模块完成支路01和02中数据起点同步的功能，并将起点信息传递到瞬态频偏估计模块31和32及突发头估计模块51和52使用。该突发头同步模块使用典型的Schmidl同步算法，该算法中突发头同步训练序列前一半样值与后一半样值相同，利用训练序列前后之间的相关性确定支路01和02中数据起点位置分别为Index_01和Index_02。

瞬态频偏估计模块31和32，该模块完成瞬态频偏估计的功能。该模块在数据序列中周期插入长度为M的训练序列，且该训练序列中所有样值都相同。利用周期插入的训练序列进行瞬态频偏估计的公式为：

其中，Δf_x(y)(k)为训练序列中心位置对应时刻处瞬时频偏估计值，T_s为样值周期，N为周期插入的训练序列长度。

利用该离散点处的频偏估计值采用插值拟合的方法估计出激光器瞬态期间所有时刻处的频偏值Δf_x(y)(k)，其中Δf_x(y)(k)为第k时刻x或y偏振态的瞬时频偏估计值。插值拟合的方法可以根据实际情况从线性插值，拉格朗日插值，牛顿插值及三次样条插值等方法中优选。

数据缓存模块41和42，该模块将支路03和04中的数据缓存一段时间。该缓存后的数据利用突发头同步模块21和22及瞬态频偏估计模块31和32输出的数据起点信息和瞬态频偏估计值进行突发头估计及瞬态频偏补偿。

突发头估计模块51和52，该模块根据突发头同步模块21和22提供的数据起点位置，大色散的大小及瞬态频偏估计模块31和32提供的瞬态频偏估计值，计算支路03及04中数据的起点位置。大色散和频偏造成固定色散均衡后数据的偏移量为Δk_x(y)＝fix(cDLΔf_x(y)/(f_c ²T_s))，其中c为光速，D为色散系数，L为光纤链路总长度，Δf_x(y)为x或y偏振态数据起点位置处瞬态频偏的大小，f_c为光载波的频率，r3_x(y)(k)为样值周期，fix(·)为向下取整运算。支路03和04中数据的起点位置分别为Index_03＝Index_01-Δf_x，Index_04＝Index_02-Δf_y。Index_03和Index_04分别作为支路03和04中数据的后续DSP的参考起点。

瞬态频偏补偿模块61和62，该模块利用瞬态频偏估计模块31和32提供的瞬态频偏估计值对本支路数据进行瞬态频偏补偿。第k时刻频偏补偿前后数据之间的关系为：

其中，r_x(y)(k),r1_x(y)(k)分别为第k时刻x或y偏振态进行频偏补偿前后的数据，Δf_x(y)(k)为第k时刻x或y偏振态的瞬时频偏估计值，T_s为样值周期；为k-1时刻处频偏对数据造成的累积相位损伤，其具体数值为

图7是根据本发明实施例的加入激光器切换期间的瞬态频偏及功率的规律曲线图(二)，下面对图7进行解释说明：

功率瞬态估计与补偿模块71和72，该模块完成激光器瞬态期间功率瞬态效应的估计与补偿功能。该模块将功率瞬态效应稳定后的训练序列期间的平均功率作为参考，得到功率瞬态效应期间训练序列期间的归一化功率值，归一化瞬态功率估计公式为：

其中，NP(k)为训练序列期间的瞬态频偏的估计值，Pk瞬态效应期间训练序列处的功率值，P0为瞬态效应稳定后训练序列的功率。

根据离散点处的归一化瞬时功率值，采用插值拟合的方法得到瞬态期间任意k时刻处的归一化瞬时功率值为NPx(y)(k)。插值拟合的方法可以根据实际情况从线性插值，拉格朗日插值，牛顿插值及三次样条插值等方法中优选。

第k时刻功率瞬态效应补偿前后的数据之间的关系为：

其中，r2_x(y)(k)为色散均衡模块13和14的输出数据，r3_x(y)(k)为经瞬态功率估计与补偿模块71和72处理后的数据。

自适应均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿模块81，82和83，该模块完成自适应均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿的功能。自适应均衡与偏振解复用模块81使用LMS算法对数据进行均衡与偏振解复用，通过不断调整自适应FIR滤波器的抽头系数，使均衡后的数据逐渐逼近于参考信号。用于自适应均衡与偏振解复用的自适应FIR滤波器为蝶形，其抽头系数分别为H_k,xx(m)，H_k,xy(m)，H_k,yx(m)，H_k,yy(m)，其中k和m分别表示均衡第k时刻样值时自适应FIR滤波器的第m个抽头系数，若自适应FIR滤波器长度为2N+1，则m取值范围为[-N,N]。自适应均衡与偏振解复用的均衡方程为：

其中r3_x(y)(k)，R_x(y)(k)分别为自适应均衡与偏振解复用模块81的输入及输出样值，H_k,xx(m)，H_k,xy(m)，H_k,yx(m)，H_k,yy(m)分别为均衡第k时刻样值时自适应FIR滤波器的第m个抽头系数

相偏估计与补偿模块82和83利用优选的相偏估计算法估计并补偿载波残余频偏及激光器线宽对数据造成的相位损伤，用Δφ_x(y)(k)表示k时刻估计出的由于残余频偏和激光器线宽造成的相位损伤，通常将前一时刻的相偏估计值用于本时刻的相偏补偿中。本实施例中提供一种基于训练序列的相偏估计算法：

其中，Δφ_x(y)(k)为k时刻估计出的由于残余频偏和激光器线宽造成的相位损伤，d_x(y)(k)为与k时刻均衡信号对应的参考信号，M为相偏估计算法为平均去噪而优选的块长度。

为消除载波残余频偏和激光器线宽造成的相偏对LMS算法收敛性能的恶化作用，将相偏估计结果反馈到自适应均衡与偏振解复用模块进行自适应FIR滤波器抽头的更新。

自适应FIR滤波器误差函数为：

ε_k,x(y)＝d_x(y)(k)-Y_x(y)(k)

其中，ε_k,x(y)为k时刻样值均衡完后计算出的误差值，d_x(y)(k)为均衡k时刻样值时的参考信号，Y_x(y)(k)为均衡输出信号的相偏补偿信号，其表达式为：

Y_x(y)(k)＝R_x(y)(k)·exp(-jΔφ_x(y)(k-1))

自适应FIR滤波器抽头更新方程为：

其中：H_k,xx(m)，H_k,xy(m)，H_k,yx(m)，H_k,yy(m)分别为均衡第k时刻样值时自适应FIR滤波器的第m个抽头系数，H_k+1,xx(m)，H_k+1,xy(m)，H_k+1,yx(m)，H_k+1,yy(m)分别为均衡第k+1时刻样值时自适应FIR滤波器的第m个抽头系数，r3'_x(y)(k)为均衡输入信号的相偏补偿信号，其表达式为：

r3'_x(y)(k)＝r3_x(y)(k)·exp(-jΔφ_x(y)(k-1))

在自适应均衡与偏振解复用模块81中，根据不同时刻计算出的误差函数ε_k,x(y)，对该自适应均衡与偏振解复用模块81的输出信号的均方误差(MSE)进行实时统计监测，以判断该自适应FIR滤波器在何时达到收敛状态。

数据恢复模块9，该模块将自适应均衡与偏振解复用和相偏估计与补偿联合处理模块8的输出信号Y_x(y)(k)进行星座点判决译码后恢复出原始发送数据。

图8是根据本发明实施例的光突发接收机中的DSP处理方法后获得的BER性能对比曲线图，如图8所示，采用本可选实施例提供的光突发接收机中的DSP处理方法后得到的BER性能对比曲线。图中绿色曲线为系统在背靠背(B2B)无频偏无线宽条件下，系统误码率(BitError Ratio，简称为BER)随OSNR的变化曲线。从该曲线可知，若以BER为1e-3为门限，理想情况下的OSNR容限为13.8dB左右。传统的DSP处理方法为先进行固定色散均衡，再进行突发头同步，频偏瞬态估计与补偿，功率瞬态估计与补偿，自适应均衡与偏振解复用，相偏估计与补偿，最后再进行数据恢复。采用传统的DSP处理方法，当系统中无大色散，频偏瞬变，线宽3MHz时，系统BER随OSNR变化曲线如图4中的蓝色曲线所示，该情况下的ONSR容限为14.3dB左右。采用传统的DSP处理方法，当大色散为9000ps/nm，频偏瞬变，线宽为3MHz时，系统BER随OSNR变化曲线如附图4中的黑色曲线所示。从该曲线可知，系统BER基本不随着OSNR的增大而变化且都在0.5左右，说明当大色散和瞬态频偏共同存在时，传统的DSP处理方法无法正常完成数据恢复的功能。采用本可选实施例提供的DSP处理方法，当大色散为9000ps/nm，频偏瞬变，线宽为3MHz时，得到的BER随OSNR变化曲线如附图4中的红色曲线所示，采用本可选实施例中的DSP处理方法的OSNR容限为14.7dB左右。通过对比可知，采用该专利中的DSP处理方法相比于理想情况的OSNR代价约为0.9dB左右，采用该专利提供的DSP处理方法带来的OSNR代价与采用传统DSP处理方法且在没有大色散的情况下的OSNR容限基本相同。以上仿真结果说明了本专利方法的有效性。

综上所述，本可选实施例提供了一种光突发相干接收机中的DSP处理方法，能够消除不同DSP算法间的相互影响，补偿激光器切换带来的较大线宽和频偏瞬态效应，快速自适应光突发包的不同链路损伤，明显降低突发包的DSP处理开销，显著提高光突发相干接收系统的信道利用率。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

显然，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。

Claims (10)

1.一种数据处理方法，其特征在于，包括：

将接收机接收的数据划分为第一路数据和第二路数据；

获取所述第一路数据的突发包起点信息和瞬态频偏估计值；

根据所述突发包起点信息确定所述第二路数据的起点信息；

根据所述数据的起点信息和所述瞬态频偏估计值对所述第二路数据进行瞬态频偏补偿；

对经过瞬态频偏补偿后的所述第二路数据进行色散均衡处理；

对经过色散均衡处理后的所述第二路数据执行后续的数据恢复操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述第一路数据的突发包起点信息包括：

对所述第一路数据依次进行色散均衡处理、突发头同步处理，获取所述突发包起点信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述第一路数据的瞬态频偏估计值包括：

通过在所述第一路数据序列中按照预定周期插入的训练序列估计出指定离散时刻的瞬态频偏估计值；

利用所述指定离散时刻的瞬态频偏估计值，采用插值拟合估计出所有时刻处的瞬态频偏估计值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对经过色散均衡处理后的所述第二路数据执行后续的数据恢复操作包括：

对经过色散均衡处理后的所述第二路数据依次进行以下恢复操作：

功率瞬态效应的估计与补偿、自适应均衡与偏振解复用、相偏估计与补偿。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对经过色散均衡处理之后的所述第二路数据进行功率瞬态效应的估计与补偿包括：

将功率瞬态效应稳定后的训练序列期间的平均功率作为参考，得到所述训练序列期间的离散点处的归一化瞬时功率值；

根据所述离散点处的归一化瞬时功率值，采用插值拟合得到瞬态期间任意时刻处的归一化瞬时功率值；

根据所述归一化瞬时功率值对经过色散均衡处理之后的所述第二路数据进行功率瞬态效应的估计与补偿。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对经过色散均衡处理之后的所述第二路数据进行相偏估计与补偿之后包括：

将相偏估计结果反馈到所述自适应均衡与偏振解复用过程，其中，所述相偏估计结果用于参与自适应FIR滤波器抽头的更新。

7.根据权利要求3或5所述的方法，其特征在于，所述插值拟合至少包括：

拉格朗日插值、牛顿插值、三次样条插值。

8.一种数据处理装置，其特征在于，包括：

划分模块，用于将接收机接收的数据划分为第一路数据和第二路数据；

获取模块，用于获取所述第一路数据的突发包起点信息和瞬态频偏估计值；

确定模块，用于根据所述突发包起点信息确定所述第二路数据的起点信息；

补偿模块，用于根据所述数据的起点信息和所述瞬态频偏估计值对所述第二路数据进行瞬态频偏补偿；

处理模块，用于对经过瞬态频偏补偿后的所述第二路数据进行色散均衡处理；

恢复模块，用于对经过色散均衡处理后的所述第二路数据执行后续的数据恢复操作。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述获取模块用于对所述第一路数据依次进行色散均衡处理、突发头同步处理，获取所述突发包起点信息。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述获取模块还用于通过在所述第一路数据序列中按照预定周期插入的训练序列估计出指定离散时刻的瞬态频偏估计值；利用所述指定离散时刻的瞬态频偏估计值，采用插值拟合估计出所有时刻处的瞬态频偏估计值。