CN108718217B - 一种基于相干光通信系统的补偿方法及装置 - Google Patents

一种基于相干光通信系统的补偿方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于相干光通信系统的补偿方法，该方法包括：电域OFDM发射模块发射电域OFDM信号；光域调制模块调制电域OFDM信号；电域OFDM接收模块的数字转换模块转换成数字信号；将所述数字信号通过特定矩阵进行IQ补偿；根据信号频域均衡和信号解调，将IQ补偿后信号输出。本发明可以同步执行白化和旋转步骤，对IQ不平衡进行盲均衡，并通过基于递推的伪旋转技术恢复信号的优点。

Description

一种基于相干光通信系统的补偿方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于相干光通信系统的补偿方法及装置。
背景技术
对于OFDM光纤通信系统的ISI现象，主要是由IQ不平衡引起的，针对此现象提出的解决方法主要有两种。2008年，Irshaad Fatadin等人针对QPSK(正交相移键控)调制的相干光系统中的IQ失衡问题，使用GSOP(Gram-Schmidt Orthogonalization Procedure)算法，将非正交信号施密特正交化处理。建立了10.7Gb/s的NRZ(非归零)传输系统，该方法同样适用于偏振复用系统。
在2010年，W Shieh等人针对收发两端IQ不平衡提出了时一频域混合补偿法。
其中，运用训练符号在时域上补偿接收端IQ不平衡，在频域上补偿发送端IQ不平衡因子和信道失衡。该系统采用了16QAM调制，激光器线宽均为100kHz。
现在与相干光通信系统中的IQ补偿相关的专利集中在专用领域中。一种适用于CO-OFDM(相干光OFDM系统)系统的无迭代盲相位噪声补偿方法(申请号：201510611860.3)，通过近似代价函数进行无迭代运算去计算每个OFDM符号的CPE(用户终端设备)大概的估计值，再用面向判决的相位均衡算法(DDPE)去计算残余的CPE估计值,最后完成相位噪声补偿。发明专利一种低复杂度OFDM-PON系统采样时钟频率偏差补偿的方法(申请号：201610966929.9)是利用子载波采样频偏旋转增量消除掉采样时钟频率偏差引起的相位旋转因子,在接收端对ADC采集到的数据进行符号同步,找到FFT窗口的位置,分别提取出训练序列和数据符号利用提取得到的训练序列频域值和本地的训练序列频域值,估计出系统的信道响应初值,利用系统的信道响应初值经递推以及反馈系统得到每个符号处的信道响应更正值,依据更新的系统信道响应系数对系统采样钟频偏引起的相位旋转进行补偿。其缺点比较明显，易受ISI(符号间干扰)的影响，解决线性噪声及非线性器件引起IQ不平衡两者较为困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种基于相干光通信系统的补偿方法，该方法包括：
电域OFDM(正交频分复用)发射模块发射电域OFDM信号；
光域调制模块调制所述电域OFDM信号；
电域OFDM接收模块的数字转换模块将所述电域OFDM信号转换成数字信号；
将所述数字信号通过特定矩阵进行IQ补偿；
根据信号频域均衡和信号解调，将IQ补偿后信号输出。
优选地，所述特定矩阵为
Figure GDA0002469179280000021
其中，θI、θQ分别表示星座图中信号受非线性影响的同相和正交分量的相位偏移。
优选地，所述电域OFDM接收模块包括A/D转换模块、FFT(快速傅里叶变换)转换模块、QAM(正交幅度调制)解调模块、并串转换模块和IQ不平衡补偿模块。
优选地，所述电域OFDM发射模块包括二进制序列产生模块、串并转换模块、QAM映射模块、IFFT(快速傅里叶反变换)变换模块和D/A转换模块。
优选地，所述光域调制模块包括光滤波器和平衡检测模块。
一种基于相干光通信系统的补偿装置，该装置包括：
发射模块，用于电域OFDM发射模块发射电域OFDM信号；
调制模块，用于光域调制模块调制电域OFDM信号；
转换模块，用于电域OFDM接收模块的数字转换模块转换成数字信号；
补偿模块，用于将所述数字信号通过特定矩阵进行IQ补偿；
输出模块，用于根据信号频域均衡和信号解调，将IQ补偿后信号输出。
优选地，所述特定矩阵为
Figure GDA0002469179280000031
其中，θI、θQ分别表示星座图中信号受非线性影响的同相和正交分量的相位偏移。
优选地，所述电域OFDM接收模块包括A/D转换模块、FFT转换模块、QAM解调模块、并串转换模块和IQ不平衡补偿模块。
优选地，所述电域OFDM发射模块包括二进制序列产生模块、串并转换模块、QAM映射模块、IFFT变换模块和D/A转换模块。
优选地，所述光域调制模块包括光滤波器和平衡检测模块。
按照本发明提供的一种一种基于相干光通信系统的补偿方法及装置与现有技术相比具有如下优点：
1：可以同步执行白化和旋转步骤，对IQ不平衡进行盲均衡，并通过基于递推的伪旋转技术恢复信号。
2：该技术对高阶和低阶的调制格式都适用，对不同程度的IQ不平衡系统都适用。
3：联合伪旋转补偿方法不受ISI(符号间干扰)的影响。
附图说明
图1是本发明的工作流程图,
图2是旋转示意图，
图3是本发明的结构图。
具体实施方式
为清楚的说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开的应用或用途。应当理解的是，在全部的附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。
如图1所示，一种基于相干光通信系统的补偿方法，该方法包括：
S101，电域OFDM发射模块发射电域OFDM信号；所述电域OFDM发射模块包括二进制序列产生模块、串并转换模块、QAM映射模块、IFFT变换模块和D/A转换模块。
S102，光域调制模块调制所述电域OFDM信号；所述光域调制模块包括光滤波器和平衡检测模块。
S103,电域OFDM接收模块的数字转换模块将所述电域OFDM信号转换成数字信号；所述电域OFDM接收模块包括A/D转换模块、FFT转换模块、QAM解调模块、并串转换模块和IQ不平衡补偿模块。
S104，将所述数字信号通过特定矩阵进行IQ补偿；所述特定矩阵为
Figure GDA0002469179280000041
其中，θI、θQ分别表示星座图中信号受非线性影响的同相和正交分量的相位偏移。(Inphase-Quadrature：I表示同相分量，Q表示正交分量正交分量)
所述特定矩阵计算过程具体如下：
在IQ补偿部分，运用联合伪旋转进行IQ补偿。
伪旋转基本步骤：
x2＝x1 cosθ-y1 sin θ＝cosθ(x1-y1 tanθ) (1)
y2＝x1 sinθ+y1 cos θ＝cosθ(y1-x1 tanθ) (2)
其中x1，y1分别表示旋转前IQ的幅值，x2，y2表示旋转后IQ的幅值。
令每次旋转的角度等于：arctan2-i，则可以表示为：
Figure GDA0002469179280000051
Figure GDA0002469179280000052
公式(3)、(4)表明，对信号任意角度的旋转可以通过一系列小角度的迭代旋转来实现。
结合(1)、(2)式写为矩阵形式，则旋转矩阵Rp可以表示为：
Figure GDA0002469179280000053
其中，θI、θQ分别表示星座图中信号受非线性影响的同相和正交分量的相位偏移，可以用(4)式得出：_
Figure GDA0002469179280000054
其中，E(xi)、E(yi)表示星座图中信号能量平均值。
如图2所示，以QPSK调制为例，A点表示数字信号映射在星座图中第一区域的点，A′表示受通信系统非线性影响(主要是MZM(马赫曾德尔)调制器非线性影响)后接受信号发生相位、幅度的偏差。结合(5)、(6)式得出补偿矩阵。
IQ补偿的递推过程如下：
1:设初始的旋转矩阵Rp的初始状态为单位矩阵I，y表示接收信号，令z＝y；
2：令y＝z，根据公式(5)计算得出旋转矩阵Rpt；
3：令z＝Rpty，Rp＝RptRp；
4：判决旋转矩阵Rpt与单位矩阵I是否满足：||Rpt-I||＜ε(ε根据迭代次数决定)，满足条件则得出的Rp即为最终的伪旋转矩阵，不满足条件继续执行2、3步骤直到满足条件。
本发明将伪旋转矩阵运用于相干光通信系统，补偿发送端和接收端的不平衡。该方法是一种基于伪旋转的盲均衡技术，适用于高阶的调制格式。在幅度和相位不平衡的情况下，对接收端信号的IQ补偿矩阵进行估计，从而对信号进行补偿恢复。该模型不受ISI(符号间干扰)的影响，通过补偿，其误符号率可以达到理想的曲线。
S105，根据信号频域均衡和信号解调，将IQ补偿后信号输出。
如图3所示，一种基于相干光通信系统的补偿装置，该装置包括：
发射模块201，用于电域OFDM发射模块发射电域OFDM信号；所述电域OFDM发射模块包括二进制序列产生模块、串并转换模块、QAM映射模块、IFFT变换模块和D/A转换模块。
调制模块202，用于光域调制模块调制电域OFDM信号；所述光域调制模块包括光滤波器和平衡检测模块。
转换模块203，用于电域OFDM接收模块的数字转换模块转换成数字信号；所述电域OFDM接收模块包括A/D转换模块、FFT转换模块、QAM解调模块、并串转换模块和IQ不平衡补偿模块。
补偿模块204，用于将所述数字信号通过特定矩阵进行IQ补偿；所述特定矩阵为
Figure GDA0002469179280000061
其中，θI、θQ分别表示星座图中信号受非线性影响的同相和正交分量的相位偏移。
输出模块205，用于根据信号频域均衡和信号解调，将IQ补偿后信号输出。
综上所述，以上所述内容仅为本发明的实施例，仅用于说明本发明的原理，并非用于限定本发明的保护范围。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 (8)

1.一种基于相干光通信系统的补偿方法，其特征在于，该方法包括：
电域OFDM发射模块发射电域OFDM信号；
光域调制模块调制所述电域OFDM信号；
电域OFDM接收模块的数字转换模块将所述电域OFDM信号转换成数字信号；
将所述数字信号通过特定矩阵进行IQ补偿；
根据信号频域均衡和信号解调，将IQ补偿后信号输出，
其中，所述特定矩阵为
Figure FDA0002469179270000011
其中，θI、θQ分别表示星座图中信号受非线性影响的同相和正交分量的相位偏移。
2.如权利要求1所述的基于相干光通信系统的补偿方法，其特征在于：所述电域OFDM接收模块包括A/D转换模块、FFT转换模块、QAM解调模块、并串转换模块和IQ不平衡补偿模块。
3.如权利要求1所述的基于相干光通信系统的补偿方法，其特征在于：所述电域OFDM发射模块包括二进制序列产生模块、串并转换模块、QAM映射模块、IFFT变换模块和D/A转换模块。
4.如权利要求1所述的基于相干光通信系统的补偿方法，其特征在于：所述光域调制模块包括光滤波器和平衡检测模块。
5.一种基于相干光通信系统的补偿装置，其特征在于：该装置包括：
发射模块，用于电域OFDM发射模块发射电域OFDM信号；
调制模块，用于光域调制模块调制电域OFDM信号；
转换模块，用于电域OFDM接收模块的数字转换模块转换成数字信号；
补偿模块，用于将所述数字信号通过特定矩阵进行IQ补偿；
输出模块，用于根据信号频域均衡和信号解调，将IQ补偿后信号输出，
其中，所述特定矩阵为
Figure FDA0002469179270000021
其中，θI、θQ分别表示星座图中信号受非线性影响的同相和正交分量的相位偏移。
6.如权利要求5所述的基于相干光通信系统的补偿装置，其特征在于：所述电域OFDM接收模块包括A/D转换模块、FFT转换模块、QAM解调模块、并串转换模块和IQ不平衡补偿模块。
7.如权利要求5所述的基于相干光通信系统的补偿装置，其特征在于：所述电域OFDM发射模块包括二进制序列产生模块、串并转换模块、QAM映射模块、IFFT变换模块和D/A转换模块。
8.如权利要求5所述的基于相干光通信系统的补偿装置，其特征在于：所述光域调制模块包括光滤波器和平衡检测模块。
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