CN106788771A - 一种用于相干光通信系统的自适应均衡器的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于相干光通信系统的自适应均衡器的实现方法，包括以下步骤：采用联合CMA算法及LMS算法的自适应均衡器，所述自适应均衡器更新的抽头系数等于CMA算法更新的抽头系数与LMS算法更新的抽头系数之和；根据相干光通信系统的误码率自适应调整CMA算法更新的抽头系数和LMS算法更新的抽头系数的比例。本发明在CMA算法的基础上增加LMS算法，根据相干光通信系统的误码率自适应调整CMA算法更新的抽头系数和LMS算法更新的抽头系数的比例，减少了CMA算法无法完全消除的残余误差，降低了接收机的误码率，增强了系统的抗噪能力，大大提高了系统性能。

Description

一种用于相干光通信系统的自适应均衡器的实现方法

技术领域

本发明涉及相干光通信领域，具体涉及一种用于相干光通信系统的自适应均衡器的实现方法。

背景技术

随着网络通信技术的迅猛发展，偏振复用相干光通信技术结合数字处理技术被广泛应用于各类传输系统中，接收端的数字处理技术在补偿功率衰减、色散和非线性效应等方面起重要作用，在提升信道容量和提高传输速率的同时，大大简化了整个通信系统的结构，降低了系统成本。为了克服传输系统中的各类色散损失带来的负面影响，通常在接收端电域使用各类均衡算法来进行补偿。在众多的均衡算法中，盲均衡算法由于具有计算复杂度较低和易于实现等优点，成为系统补偿的最佳方法。

CMA(Constant Modulus Algorithm，恒模算法)被广泛应用于光通信的相干接收系统的解偏振复用算法中，CMA算法是一种相干光通信系统的接收端数字处理模块中，用于解偏振复用及色散均衡的常用的盲均衡算法，不借助于训练序列，只根据接收到的信号序列本身对信道进行自适应均衡的方法。如图1所示，该均衡器更新的抽头系数表示为：

其中，h_xx、h_xy、h_yx和h_yy分别代表一组均衡器的抽头系数，X_in和Y_in分别为x和y偏振的一组输入向量，他们的长度和均衡器的抽头个数相同。X_out和Y_out分别为均衡器的x，y偏振的输出信号，μ为步长系数，ε_x和ε_y分别为x和y偏振的误差函数。对于理想幅度为单位振幅的QPSK信号，其误差函数表示为：

ε_x＝1-|X_out|²

ε_y＝1-|Y_out|²

偏振快速变化的情况下虽然仍然可以收敛，但是剩余误差很大，造成接收机的误码率增大。

另一种广泛应用的盲均衡算法是LMS算法(Least mean square，最小均方算法)，以最小均方误差自适应算法为准则调节均衡器的抽头系数，实现自适应均衡。为了简化系统不加入训练序列，可利用x和y偏振的判决信号D_x和D_y补偿频偏相偏带来的相位差和后和输出信号X_out和Y_out相减，来计算误差信号ε_x和ε_y。

其更新的抽头系数表示为：

其误差函数表示为：

LMS算法依赖判决结果的正确性，但是在光纤传输系统中,由于信道损伤严重在一开始信道未被有效补偿的时候，往往无法正确解调数据。

综上所述，现有的盲均衡算法存在以下缺陷：

(1)CMA算法的残余误差较大，接收机的误码率较高；

(2)LMS算法由于信道损伤严重，在信道未被有效补偿时，无法正确解调数据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决现有的CMA算法的残余误差较大，接收机的误码率较高以及LMS算法由于信道损伤严重，在信道未被有效补偿时，无法正确解调数据的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种用于相干光通信系统的自适应均衡器的实现方法，包括以下步骤：

采用联合CMA算法及LMS算法的自适应均衡器，所述自适应均衡器更新的抽头系数等于CMA算法更新的抽头系数与LMS算法更新的抽头系数之和；

根据相干光通信系统的误码率自适应调整CMA算法更新的抽头系数和LMS算法更新的抽头系数的比例。

在上述技术方案中，所述自适应均衡器更新的抽头系数表示为：

所述自适应均衡器的误差函数表示为：

ε_{cma_x}＝1-|X_out|²；

ε_{cma_y}＝1-|Y_out|²；

其中，h_xx、h_xy、h_yx和h_yy为所述自适应均衡器的一组抽头系数；α为CMA算法更新的抽头系数和LMS算法更新的抽头系数的比例系数，取值范围为0.5～1；μ为步长系数；ε_{cma_x}为CMA算法的x偏振的误差函数；ε_{cma_y}为CMA算法的y偏振的误差函数；ε_{lms_x}为LMS算法的x偏振的误差函数；ε_{lms_y}为LMS算法的y偏振的误差函数；X_out和Y_out分别为所述自适应均衡器的x和y偏振的输出信号，X_in和Y_in分别为所述自适应均衡器的x和y偏振的输入信号；

D_x和D_y分别为所述自适应均衡器的x和y偏振的判决信号；为所述自适应均衡器的x偏振的输出信号X_out与判决信号D_x之间的相位差；为所述自适应均衡器的y偏振的输出信号Y_out与判决信号D_y之间的相位差。

在上述技术方案中，

当相干光通信系统初始化时，所述自适应均衡器的输出信号X_out和Y_out还未收敛，判决结果误差较大，此时所述比例系数α取值为1，只开启CMA算法；

随着所述CMA算法开始工作，所述自适应均衡器的输出信号X_out和Y_out逐渐收敛，根据相干光通信系统的误码率，逐渐减小所述比例系数α的取值。

在上述技术方案中，

当相干光通信系统的误码率降至10^-3以下时，所述比例系数α取值为0.9；

当相干光通信系统的误码率降至10^-4以下时，所述比例系数α取值为0.8；

当相干光通信系统的误码率降至10^-5以下时，所述比例系数α取值为0.7；

当相干光通信系统的误码率降至10^-6以下时，所述比例系数α取值为0.6；

当相干光通信系统无误码时，所述比例系数α取值为0.5。

在上述技术方案中，当相干光通信系统的信道迅速劣化，导致误码率增至10^-3以上时，所述比例系数α取值为1，关闭所述LMS算法，直至所述自适应均衡器的输出信号X_out和Y_out有效收敛。

本发明提出一种改进型的自适应均衡器，在CMA算法(恒模算法)的基础上增加LMS算法，根据相干光通信系统的误码率自适应调整CMA算法更新的抽头系数和LMS算法更新的抽头系数的比例，弥补了CMA算法的不足，减少了CMA算法无法完全消除的残余误差，降低了接收机的误码率，增强了系统的抗噪能力，大大提高了系统性能。

附图说明

图1为采用CMA算法的均衡器框架图；

图2为本发明中一种用于相干光通信系统的自适应均衡器的实现方法流程图；

图3为本发明中采用CMA及LMS联合算法的自适应均衡器框架图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细的说明。

本发明实施例提供了一种用于相干光通信系统的自适应均衡器的实现方法，如图2所示，包括以下步骤：

第一步：采用联合CMA算法及LMS算法的自适应均衡器，该自适应均衡器更新的抽头系数等于CMA算法更新的抽头系数与LMS算法更新的抽头系数之和。

第二步：根据相干光通信系统的误码率自适应调整CMA算法更新的抽头系数和LMS算法更新的抽头系数的比例。

如图3所示，自适应均衡器更新的抽头系数表示为：

自适应均衡器的误差函数表示为：

ε_{cma_x}＝1-|X_out|²；

ε_{cma_y}＝1-|Y_out|²；

其中，h_xx、h_xy、h_yx和h_yy为自适应均衡器的一组抽头系数；α为CMA算法更新的抽头系数和LMS算法更新的抽头系数的比例系数，取值范围为0.5～1；μ为步长系数；ε_{cma_x}为CMA算法的x偏振的误差函数；ε_{cma_y}为CMA算法的y偏振的误差函数；ε_{lms_x}为LMS算法的x偏振的误差函数；ε_{lms_y}为LMS算法的y偏振的误差函数；X_out和Y_out分别为自适应均衡器的x和y偏振的输出信号，X_in和Y_in分别为自适应均衡器的x和y偏振的输入信号；D_x和D_y分别为自适应均衡器的x和y偏振的判决信号；为自适应均衡器的x偏振的输出信号X_out与判决信号D_x之间的相位差；为自适应均衡器的y偏振的输出信号Y_out与判决信号D_y之间的相位差。

当相干光通信系统初始化时，此时自适应均衡器的输出信号X_out和Y_out还未收敛，判决结果误差较大，此时比例系数α取值为1，只开启CMA算法。随着CMA算法开始工作，自适应均衡器的输出信号X_out和Y_out逐渐收敛，然后根据相干光通信系统的误码率，逐渐减小比例系数α的取值，开启LMS算法并逐渐增加其在自适应均衡器中所起的作用。

具体地，当相干光通信系统的误码率降至10^-3以下时，比例系数α取值为0.9；当相干光通信系统的误码率降至10^-4以下时，比例系数α取值为0.8；当相干光通信系统的误码率降至10^-5以下时，比例系数α取值为0.7；当相干光通信系统的误码率降至10^-6以下时，相干光通信α取值为0.6，当相干光通信系统无误码时，比例系数α取值为0.5，之后CMA算法和LMS算法共同作用，使得自适应均衡器的在偏振快速旋转的情况下具备较强的跟踪能力，降低误码率，提升整个系统性能。

当相干光通信系统的信道迅速劣化，导致系统性能急剧下降，误码率增至10^-3以上时，则重新设置比例系数α为1，关闭LMS算法，直至自适应均衡器的输出信号X_out和Y_out有效收敛；当误码率降至10^-3以下时，则减小比例系数α的取值，重新开启LMS算法，并随着误码率降低逐渐减小比例系数α到0.5，重新恢复到CMA算法和LMS算法共同作用。

本发明能根据相干光通信系统性能自适应调制均衡器结构，选择CMA算法或者选择CMA和LMS联合算法，并自动调整CMA算法和LMS算法的比例，有效抵抗偏振快速旋转引起的系统性能下降，增强系统的抗噪能力。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于相干光通信系统的自适应均衡器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用联合CMA算法及LMS算法的自适应均衡器，所述自适应均衡器更新的抽头系数等于CMA算法更新的抽头系数与LMS算法更新的抽头系数之和；

根据相干光通信系统的误码率自适应调整CMA算法更新的抽头系数和LMS算法更新的抽头系数的比例。

2.如权利要求1所述的用于相干光通信系统的自适应均衡器的实现方法，其特征在于，所述自适应均衡器更新的抽头系数表示为：

$h_{xx}=h_{xx}+{\mathrm{\α\μ\ϵ}}_{cma\_x}{X}_{out}{\mathrm{gX}}_{in}^{*}+(1-\mathrm{\α}){\mathrm{\μ\ϵ}}_{lms\_x}{X}_{in}^{*};$

$h_{xy}=h_{xy}+{\mathrm{\α\μ\ϵ}}_{cma\_x}{X}_{out}{\mathrm{gY}}_{in}^{*}+(1-\mathrm{\α}){\mathrm{\μ\ϵ}}_{lms\_x}{Y}_{in}^{*};$

$h_{yx}=h_{yx}+{\mathrm{\α\μ\ϵ}}_{cma\_y}{Y}_{out}{\mathrm{gX}}_{in}^{*}+(1-\mathrm{\α}){\mathrm{\μ\ϵ}}_{lms\_y}{X}_{in}^{*};$

$h_{yy}=h_{yy}+{\mathrm{\α\μ\ϵ}}_{cma\_y}{Y}_{out}{\mathrm{gY}}_{in}^{*}+(1-\mathrm{\α}){\mathrm{\μ\ϵ}}_{lms\_y}{Y}_{in}^{*};$

所述自适应均衡器的误差函数表示为：

ε_{cma_x}＝1-|X_out|²；

ε_{cma_y}＝1-|Y_out|²；

其中，h_xx、h_xy、h_yx和h_yy为所述自适应均衡器的一组抽头系数；α为CMA算法更新的抽头系数和LMS算法更新的抽头系数的比例系数，取值范围为0.5～1；μ为步长系数；ε_{cma_x}为CMA算法的x偏振的误差函数；ε_{cma_y}为CMA算法的y偏振的误差函数；ε_{lms_x}为LMS算法的x偏振的误差函数；ε_{lms_y}为LMS算法的y偏振的误差函数；X_out和Y_out分别为所述自适应均衡器的x和y偏振的输出信号，X_in和Y_in分别为所述自适应均衡器的x和y偏振的输入信号；

D_x和D_y分别为所述自适应均衡器的x和y偏振的判决信号；为所述自适应均衡器的x偏振的输出信号X_out与判决信号D_x之间的相位差；为所述自适应均衡器的y偏振的输出信号Y_out与判决信号D_y之间的相位差。

3.如权利要求2所述的用于相干光通信系统的自适应均衡器的实现方法，其特征在于，

当相干光通信系统初始化时，所述自适应均衡器的输出信号X_out和Y_out还未收敛，判决结果误差较大，此时所述比例系数α取值为1，只开启CMA算法；

随着所述CMA算法开始工作，所述自适应均衡器的输出信号X_out和Y_out逐渐收敛，根据相干光通信系统的误码率，逐渐减小所述比例系数α的取值。

4.如权利要求3所述的用于相干光通信系统的自适应均衡器的实现方法，其特征在于，

当相干光通信系统的误码率降至10^-3以下时，所述比例系数α取值为0.9；

当相干光通信系统的误码率降至10^-4以下时，所述比例系数α取值为0.8；

当相干光通信系统的误码率降至10^-5以下时，所述比例系数α取值为0.7；

当相干光通信系统的误码率降至10^-6以下时，所述比例系数α取值为0.6；

当相干光通信系统无误码时，所述比例系数α取值为0.5。

5.如权利要求4所述的用于相干光通信系统的自适应均衡器的实现方法，其特征在于，当相干光通信系统的信道迅速劣化，导致误码率增至10^-3以上时，所述比例系数α取值为1，关闭所述LMS算法，直至所述自适应均衡器的输出信号X_out和Y_out有效收敛。