CN110535532A - 一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法及系统 - Google Patents

一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法及系统，涉及光接入网络领域，该方法包括以下步骤：在发送端对脉冲幅度调制PAM信号进行双极性预编码和偏振时间编码，得到两个正交偏振的信号。将两个正交偏振的信号转换成两个偏振的光信号，并进行耦合得到耦合光信号。将该耦合光信号直接与本振光在光混频器中进行混频，经过两个平衡探测器进行转换以得到I、Q两路电流信号。将I、Q两路电流信号转换成数字信号后进行数字信号处理，以得到同步接收信号。对同步接收信号进行信道均衡、偏振时间解码和双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号。本发明能简化相干接收系统的架构，降低相干接收系统的成本。

Description

一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法及系统
技术领域
本发明涉及光接入网络领域，具体涉及一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法及系统。
背景技术
下一代PON(Passive Optical Network，无源光纤网络)的速率将达到单波长25Gb/s、50Gb/s甚至100Gb/s。在高速PON中，低成本的直接调制直接检测(Intensitymodulation direct detection，IM-DD)会面临一系列问题，比如低接收灵敏度、以及在波特率较高传输距离较长时，由色散引入的频率选择性衰落引起性能恶化等。作为一种在长距离高速光传输系统中广泛应用的技术，相干接收技术能够大大提高接收机的灵敏度(从而增加分路比和传输距离)，且由于其线性检测的特性，可以有效地进行数字域色散补偿。
传统的相干接收机模型如图1所示，发送端激光器经过偏振分束器(Polarizationbeam splitter，PBS)分别用于调制X偏振和Y偏振的数据。数据经过DAC转换成模拟电信号后，由两个I/Q调制器分别产生X偏振和Y偏振的光信号，再经过偏振合束器合并为一路信号送入到光纤链路中。
由于X偏振和Y偏振之间存在偏振串扰，为了恢复出发送信号，主要有两种解决思路：
(1)只接收一个偏振的数据(例如X偏振)，然后依靠偏振控制器(一种手动将两个偏振分离的设备)，手动将未被接收的偏振数据(即Y偏振数据)消除掉，从而正确恢复出该接收偏振(X偏振)上的数据，进而恢复出发送信号；
(2)不使用偏振控制器，同时接收两个偏振的数据，再采用偏振解复用算法，正确恢复出两个偏振上的数据，进而恢复出发送信号。
然而实际应用系统中，不可能采用偏振控制器手动调节。因此只能采用第二种方式来恢复发送信号。而要同时接收两个偏振的数据，则必须使用4个平衡探测器BPD(每个偏振需要2个BPD)，2个90°光混频器(每个偏振需要1个)以及1个偏振分束器(用于将接收信号分成两个偏振)。这样将会导致相干接收机的结构过于复杂，以至于成本过高，限制了其在PON中的应用。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种能简化相干接收系统的架构，降低相干接收系统的成本的偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法，该方法包括以下步骤：
在发送端对脉冲幅度调制PAM信号进行双极性预编码，得到双极性PAM信号，再对双极性PAM信号进行偏振时间编码，得到两个正交偏振的信号；
将两个正交偏振的信号转换成两个偏振的光信号，并进行耦合得到一路耦合光信号；
接收端将该耦合光信号直接与本振光在光混频器中进行混频，再经过两个平衡探测器进行转换以得到I、Q两路电流信号；
将I、Q两路电流信号转换成数字信号后进行数字信号处理，以得到同步接收信号；
对同步接收信号进行信道均衡与偏振时间解码，以恢复出双极性PAM信号，再对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号。
在上述技术方案的基础上，在发送端对脉冲幅度调制PAM信号进行双极性预编码，得到双极性PAM信号，再对双极性PAM信号进行偏振时间编码，得到两个正交偏振的信号，具体包括：
通过公式sn＝2dn-(M-1)将PAM信号d＝[d1,d2,...,dn-1,dn]变为双极性PAM信号s＝[s1,s2,...,sn-1,sn]，其中dn∈{0,1,2,...,M-1}，M为PAM信号的调制阶数；
令n＝2k，将双极性PAM信号s表示为s＝[s1,s2,...,s2k-1,s2k]，其中k为正整数，基于s＝[s1,s2,...,s2k-1,s2k]构造两个数据在时间上相互正交的偏振信号：X偏振和Y偏振，其中，
X偏振：sX＝[s1,-s2,...,s2k-1,-s2k]；
Y偏振：sY＝[s2,s1,...,s2k,s2k-1]。
在上述技术方案的基础上，将两个正交偏振的信号转换成两个偏振的光信号，并进行耦合得到一路耦合光信号，具体包括：
将两个正交偏振的信号分别插入训练序列，以形成两个数字帧信号；
将两个数字帧信号通过数模转换器DAC转换成两个模拟电信号；
将两个模拟电信号分别输入到两个马赫増德调制器MZM中，同时发送端激光器经过偏振分束器PBS后分别进入到两个MZM中，以产生两个偏振的光信号；
将两个偏振的光信号通过偏振合束器PBC进行耦合得到一路耦合光信号。
在上述技术方案的基础上，对同步接收信号进行信道均衡，具体包括：
根据双偏振信号的信道矩阵以及接收端的本振激光器所选择的偏振，建立同步接收信号r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]与X偏振和Y偏振的关系，其中[hxx hxy]和[hyx hyy]分别为本振激光器处于X偏振和Y偏振时的信道响应。
在上述技术方案的基础上，对同步接收信号进行信道均衡与偏振时间解码，以恢复出双极性PAM信号，再对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号，具体包括：
当本振激光器所选择的偏振是X偏振时，根据双偏振信号的信道矩阵建立同步接收信号r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]与X偏振和Y偏振的关系：
r＝[hxx hxy]·[sX sY]T； (1)
将s＝[s1,s2,...,sn-1,sn]和r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]分别分为时间序号为奇数的部分：so＝[s1,s3,...,s2k-3,s2k-1]、ro＝[r1,r3,...,r2k-3,r2k-1]，以及时间序号为偶数的部分：se＝[s2,s4,...,s2k-2,s2k]、re＝[r2,r4,...,r2k-2,r2k]；
将式(1)转换为
对re和se取共轭，将式(2)转换为
设则P满足
将式(4)代入式(3)可得：
采用基于最小均方误差判决引导的自适应均衡算法确定矩阵以恢复出双极性PAM信号的时间序号为奇数和偶数的部分，进而恢复出的双极性PAM信号；
根据公式对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号。
本发明的另一个目的在于提供一种能简化相干接收系统的架构，降低相干接收系统的成本的偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收系统，包括：
发送端数字信号处理模块，其用于对脉冲幅度调制PAM信号进行双极性预编码，得到双极性PAM信号，再对双极性PAM信号进行偏振时间编码，得到两个正交偏振的信号；
信号转换模块，其用于将两个正交偏振的信号转换成两个偏振的光信号，并进行耦合得到一路耦合光信号；
一光混频器，其用于在接收端将该耦合光信号直接与本振光进行混频；
两个平衡探测器，其用于将所述光混频器输出的信号转换成I、Q两路电流信号；
接收端数字信号处理模块，其用于将I、Q两路电流信号转换成数字信号后进行数字信号处理，以得到同步接收信号，并对同步接收信号进行信道均衡与偏振时间解码，以恢复出的双极性PAM信号，再对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号。
在上述技术方案的基础上，所述发送端数字信号处理模块对脉冲幅度调制PAM信号进行双极性预编码，得到双极性PAM信号，再对双极性PAM信号进行偏振时间编码，得到两个正交偏振的信号，具体过程包括：
通过公式sn＝2dn-(M-1)将PAM信号d＝[d1,d2,...,dn-1,dn]变为双极性PAM信号s＝[s1,s2,...,sn-1,sn]，其中dn∈{0,1,2,...,M-1}，M为PAM信号的调制阶数；
令n＝2k，将双极性PAM信号s表示为s＝[s1,s2,...,s2k-1,s2k]，其中k为正整数，基于s＝[s1,s2,...,s2k-1,s2k]构造两个数据在时间上相互正交的偏振信号：X偏振和Y偏振，其中，
X偏振：sX＝[s1,-s2,...,s2k-1,-s2k]；
Y偏振：sY＝[s2,s1,...,s2k,s2k-1]。
在上述技术方案的基础上，所述信号转换模块包括：
训练模块，其用于将两个正交偏振的信号分别插入训练序列，以形成两个数字帧信号；
数模转换器DAC，其用于将两个数字帧信号转换成两个模拟电信号；
两个马赫増德调制器MZM，其分别用于接收两个所述模拟电信号，并分别接收发送端激光器经过偏振分束器PBS后发出的两路本振光，以产生两个偏振的光信号；
偏振合束器PBC，其用于将两个偏振的光信号进行耦合得到一路耦合光信号。
在上述技术方案的基础上，所述接收端数字信号处理模块对同步接收信号进行信道均衡，具体过程包括：
根据双偏振信号的信道矩阵以及接收端的本振激光器所选择的偏振，建立同步接收信号r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]与X偏振和Y偏振的关系，其中[hxx hxy]和[hyx hyy]分别为本振激光器处于X偏振和Y偏振时的信道响应。
在上述技术方案的基础上，所述接收端数字信号处理模块对同步接收信号进行信道均衡与偏振时间解码，以恢复出双极性PAM信号，再对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号，具体过程包括：
当本振激光器所选择的偏振是X偏振时，根据双偏振信号的信道矩阵建立同步接收信号r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]与X偏振和Y偏振的关系：
r＝[hxx hxy]·[sX sY]T； (1)
将s＝[s1,s2,...,sn-1,sn]和r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]分别分为时间序号为奇数的部分：so＝[s1,s3,...,s2k-3,s2k-1]、ro＝[r1,r3,...,r2k-3,r2k-1]，以及时间序号为偶数的部分：se＝[s2,s4,...,s2k-2,s2k]、re＝[r2,r4,...,r2k-2,r2k]；
将式(1)转换为
对re和se取共轭，将式(2)转换为
设则P满足
将式(4)代入式(3)可得：
采用基于最小均方误差判决引导的自适应均衡算法确定矩阵以恢复出双极性PAM信号的时间序号为奇数和偶数的部分，进而恢复出的双极性PAM信号；
根据公式对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
由于本申请采用在发送端对PAM信号进行双极性预编码和偏振时间编码，在接收端对接收信号进行信道均衡和偏振时间解码。克服了在只对一个偏振的信号进行了接收过程中X偏振和Y偏振之间存在偏振串扰的问题，从而能够正确恢复出所接收的偏振上的数据。这样一来便可以无需在接收端设置偏振控制器、也不需要PBS，而且光混频器的数量也可以从两个减少为一个，BPD的数量可以从4个降低至2个，此外还可以用低成本的MZM代替I/Q调制器，相比现有技术来说，采用本发明中的方法可以极大地简化相干接收系统的架构，降低相干接收系统的成本。
附图说明
图1为现有技术中相干接收系统的结构框图；
图2为本发明实施例中偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法的流程图；
图3为本发明实施例中偏振时间编码的示意图；
图4为本发明实施例中步骤S2的流程图；
图5为本发明实施例中偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收系统的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图2所示，本发明实施例提供一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法，该方法包括以下步骤：
S1.在发送端对脉冲幅度调制PAM信号进行双极性预编码，得到双极性PAM信号，再对双极性PAM信号进行偏振时间编码，得到两个正交偏振的信号；
在发送端，即OLT(optical line terminal，光线路终端)端，传统的PAM信号由于采用强度调制，通常是单极性PAM，即调制信号d＝[d1,d2,...,dn-1,dn]，n表示时间序号，为大于0的正整数，且调制信号满足dn∈{0,1,2,...,M-1}，其中M为PAM信号的调制阶数。
在本实施例中，首先需要将单极性的PAM信号d经过双极性预编码，变成带有正负号的双极性PAM信号。在本实施例中是通过sn＝2dn-(M-1)来实现的，因为M-1为dn的最大取值，故可以保证sn有正有负，进而得到双极性PAM信号s＝[s1,s2,...,sn-1,sn]。
在得到了双极性PAM信号s后，便接着对双极性PAM信号s进行偏振时间编码，这一步的目的在于得到两个正交偏振的信号：X偏振和Y偏振，基于的原则是时间正交性，即两个偏振的数据在时间上相互正交，sX*sY＝0。
具体过程可以参考图3所示，令n＝2k，将双极性PAM信号s表示为s＝[s1,s2,...,s2k-1,s2k]，其中k为正整数，基于s＝[s1,s2,...,s2k-1,s2k]构造两个数据在时间上相互正交的偏振信号：X偏振和Y偏振，其中，
X偏振：sX＝[s1,-s2,...,s2k-1,-s2k]；
Y偏振：sY＝[s2,s1,...,s2k,s2k-1]。
本实施例中，通过在发送端对PAM信号进行双极性预编码和偏振时间编码，双极性预编码使得传统强度调制信号(PAM信号)带有正负号，从而为下一步进行偏振时间编码产生正交性做了准备。偏振时间编码是在X、Y两个偏振上连续两个时刻(奇数时刻和偶数时刻)发送带有同样信息的一组信号，并使该组信号满足正交性，从而能在接收端根据正交性以消除X偏振和Y偏振之间存在偏振串扰。
S2.将两个正交偏振的信号转换成两个偏振的光信号，并进行耦合得到一路耦合光信号；
具体而言，参见图4所示，步骤S2包括以下步骤：
S21.将两个正交偏振的信号分别插入训练序列，以形成两个数字帧信号；
在发送端信号前插入一训练序列，发送端和接收端都已知该训练序列信息。在接收端收到训练序列后，由于训练序列具有很好的自相关特性，可以通过接收端的同步算法，准确的找到信号的起始位置。同时，由于接收端已知该训练序列信息，根据接收和发送之间的关系，可以估算出信道状况，从而能为后面的信道均衡提供帮助。
S22.将两个数字帧信号通过数模转换器(Digital-to-Analog convertor，DAC)转换成两个模拟电信号；
S23.将两个模拟电信号分别输入到两个马赫増德调制器(Mach-ZehnderModulator，MZM)中，同时发送端激光器经过偏振分束器(Polarization beam splitter，PBS)后分别进入到两个MZM中，以产生两个偏振的光信号；
由于两个偏振的信号均带有正负号的信息，这里MZM的偏置点需要设置在零点。MZM偏置点只有在零点，才能调制相位信息，从而使得调制后的信号具有正负号。
而且，值得指出的是，现有的相干传输通常都传输的是复数信号，本实施例中由于采用了PAM调制，该调制格式产生的是实数信号，故可以用低成本的MZM代替I/Q调制器，相比现有的相干接收系统降低了成本。
S24.将两个偏振的光信号通过偏振合束器PBC进行耦合得到一路耦合光信号。
得到耦合光信号后，便可经过掺铒光纤放大器(Erbium doped fiber amplifier，EDFA)送入到光纤链路中进行传输。
S3.接收端将该耦合光信号直接与本振光在光混频器中进行混频，再经过两个平衡探测器进行转换以得到I、Q两路电流信号；
具体的，在接收端，即ONU(Optical Network Unit，光网络单元)端，对于接收光信号，将其与本振(Local oscillator，LO)激光器一同送入到90°光混频器，再经过两个平衡探测器BPD，从而得到I、Q两路电流信号。
而且，本实施例中与本振光在光混频器中进行混频的是耦合光信号，并非是现有技术中的X偏振信号或者Y偏振信号，也就是说本实施例中不需要像现有技术中那样在接收端设置一个PBS，将耦合光信号进行分束后，分别进入两个光混频器中，然后再进入对应的BPD中。这是因为本实施例中在发送端进行了双极性预编码和偏振时间编码，能在接收端根据正交性以消除X偏振和Y偏振之间存在偏振串扰，从而实现了只对一个偏振的信号进行接收，并能够正确恢复出所接收的偏振上的数据。这样一来，和现有技术相比，相当于减少了一个PBS、一个光混频器和两个BPD，从而极大的简化了相干接收系统的架构，降低了相干接收系统的成本。
S4.将I、Q两路电流信号转换成数字信号后进行数字信号处理，以得到同步接收信号r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]；
具体的，I、Q两路电流信号经过跨阻放大器(Trans-impedance amplifier，TIA)进行放大，再将两路放大信号经过模数转换器(Analog-to-digital convertor，ADC)转换成数字信号，并进行数字信号处理。数字信号处理的流程包括了传统相干接收中的重采样、频偏估计、色散补偿、帧同步，这里便不再详细说明。
S5.对同步接收信号进行信道均衡与偏振时间解码，以恢复出双极性PAM信号，再对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号。
具体而言，对同步接收信号进行信道均衡，具体就是根据双偏振信号的信道矩阵以及接收端的本振激光器所选择的偏振，建立同步接收信号r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]与X偏振和Y偏振的关系，其中[hxx hxy]和[hyx hyy]分别为本振激光器处于X偏振和Y偏振时的信道响应。
由于本发明中在接收端只设置了一组BPD，也就是说只对一个偏振的信号进行了接收，无论是X偏振还是Y偏振均可。因此不失一般性可以选择本振激光器的偏振为X偏振，则此时同步接收信号r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]与X偏振和Y偏振的关系为：
r＝[hxx hxy]·[sX sY]T； (1)
这里将s＝[s1,s2,...,sn-1,sn]和r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]分别分为时间序号为奇数的部分：so＝[s1,s3,...,s2k-3,s2k-1]、ro＝[r1,r3,...,r2k-3,r2k-1]，以及时间序号为偶数的部分：se＝[s2,s4,...,s2k-2,s2k]、re＝[r2,r4,...,r2k-2,r2k]；
将式(1)展开后可以发现式(1)可表示为：
对re和se取共轭，由于se为实数，满足se *＝se，式(2)可表示为：
设则P满足
将式(4)代入式(3)可得：
对于式(5)，利用训练序列，采用基于最小均方误差判决引导的(Decisiondirected Least mean square，DD-LMS)自适应均衡算法，即可估算出矩阵从而就可以恢复出双极性PAM信号的时间序号为奇数和偶数的部分，进而恢复出的双极性PAM信号。
然后再根据公式对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号。至此，在接收端就完成了对发送端的PAM信号接收工作。
值得指出的是，若选择本振激光器的偏振为Y偏振，只需要用[hyx hyy]替换式(1)中的[hxx hxy]即可。
综上所述，由于本申请采用在发送端对PAM信号进行双极性预编码和偏振时间编码，在接收端对接收信号进行信道均衡和偏振时间解码。利用本申请中的方法，其能在接收端根据正交性以消除X偏振和Y偏振之间存在偏振串扰，克服了在只对一个偏振的信号进行了接收过程中X偏振和Y偏振之间存在偏振串扰的问题，从而能够正确恢复出所接收的偏振上的数据。这样一来便可以无需在接收端设置偏振控制器、也不需要PBS，而且光混频器的数量也可以从两个减少为一个，BPD的数量可以从4个降低至2个，此外还可以用低成本的MZM代替I/Q调制器，相比现有技术来说，采用本发明中的方法可以极大地简化相干接收系统的架构，降低相干接收系统的成本。
参见图5所示，本发明实施例提供一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收系统，其包括发送端数字信号处理模块、信号转换模块、一光混频器、两个平衡探测器和接收端数字信号处理模块。
其中，发送端数字信号处理模块用于对脉冲幅度调制PAM信号进行双极性预编码，得到双极性PAM信号，再对双极性PAM信号进行偏振时间编码，得到两个正交偏振的信号。
具体而言，所述发送端数字信号处理模块对脉冲幅度调制PAM信号进行双极性预编码，得到双极性PAM信号，再对双极性PAM信号进行偏振时间编码，得到两个正交偏振的信号，具体过程包括：
通过公式sn＝2dn-(M-1)将PAM信号d＝[d1,d2,...,dn-1,dn]变为双极性PAM信号s＝[s1,s2,...,sn-1,sn]，其中dn∈{0,1,2,...,M-1}，M为PAM信号的调制阶数；
令n＝2k，将双极性PAM信号s表示为s＝[s1,s2,...,s2k-1,s2k]，其中k为正整数，基于s＝[s1,s2,...,s2k-1,s2k]构造两个数据在时间上相互正交的偏振信号：X偏振和Y偏振，其中，
X偏振：sX＝[s1,-s2,...,s2k-1,-s2k]；
Y偏振：sY＝[s2,s1,...,s2k,s2k-1]。
信号转换模块，其用于将两个正交偏振的信号转换成两个偏振的光信号，并进行耦合得到一路耦合光信号。
具体而言，所述信号转换模块包括：训练模块、数模转换器DAC、两个马赫増德调制器MZM和偏振合束器PBC。
其中，训练模块用于将两个正交偏振的信号分别插入训练序列，以形成两个数字帧信号。
数模转换器DAC用于将两个数字帧信号转换成两个模拟电信号。
两个马赫増德调制器MZM分别用于接收两个所述模拟电信号，并分别接收发送端激光器经过偏振分束器PBS后发出的两路本振光，以产生两个偏振的光信号。
偏振合束器PBC用于将两个偏振的光信号进行耦合得到一路耦合光信号。
一光混频器，其用于在接收端将该耦合光信号直接与本振光进行混频。本实施例中的光混频器为90°光混频器。
两个平衡探测器，其用于将所述光混频器输出的信号转换成I、Q两路电流信号；
接收端数字信号处理模块，其用于将I、Q两路电流信号转换成数字信号后进行数字信号处理，以得到同步接收信号，并对同步接收信号进行信道均衡与偏振时间解码，以恢复出的双极性PAM信号，再对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号。
具体而言，所述接收端数字信号处理模块对同步接收信号进行信道均衡，具体过程包括：
根据双偏振信号的信道矩阵以及接收端的本振激光器所选择的偏振，建立同步接收信号r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]与X偏振和Y偏振的关系，其中[hxx hxy]和[hyx hyy]分别为本振激光器处于X偏振和Y偏振时的信道响应。
当本振激光器所选择的偏振是X偏振时，根据双偏振信号的信道矩阵建立同步接收信号r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]与X偏振和Y偏振的关系：
r＝[hxx hxy]·[sX sY]T； (1)
将s＝[s1,s2,...,sn-1,sn]和r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]分别分为时间序号为奇数的部分：so＝[s1,s3,...,s2k-3,s2k-1]、ro＝[r1,r3,...,r2k-3,r2k-1]，以及时间序号为偶数的部分：se＝[s2,s4,...,s2k-2,s2k]、re＝[r2,r4,...,r2k-2,r2k]；
将式(1)转换为
对re和se取共轭，将式(2)转换为
设则P满足
将式(4)代入式(3)可得：
采用基于最小均方误差判决引导的自适应均衡算法确定矩阵以恢复出双极性PAM信号的时间序号为奇数和偶数的部分，进而恢复出的双极性PAM信号；
根据公式对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
在发送端对脉冲幅度调制PAM信号进行双极性预编码，得到双极性PAM信号，再对双极性PAM信号进行偏振时间编码，得到两个正交偏振的信号；
将两个正交偏振的信号转换成两个偏振的光信号，并进行耦合得到一路耦合光信号；
接收端将该耦合光信号直接与本振光在光混频器中进行混频，再经过两个平衡探测器进行转换以得到I、Q两路电流信号；
将I、Q两路电流信号转换成数字信号后进行数字信号处理，以得到同步接收信号；
对同步接收信号进行信道均衡与偏振时间解码，以恢复出双极性PAM信号，再对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号。
2.如权利要求1所述的一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法，其特征在于：在发送端对脉冲幅度调制PAM信号进行双极性预编码，得到双极性PAM信号，再对双极性PAM信号进行偏振时间编码，得到两个正交偏振的信号，具体包括：
通过公式sn＝2dn-(M-1)将PAM信号d＝[d1,d2,...,dn-1,dn]变为双极性PAM信号s＝[s1,s2,...,sn-1,sn]，其中dn∈{0,1,2,...,M-1}，M为PAM信号的调制阶数；
令n＝2k，将双极性PAM信号s表示为s＝[s1,s2,...,s2k-1,s2k]，其中k为正整数，基于s＝[s1,s2,...,s2k-1,s2k]构造两个数据在时间上相互正交的偏振信号：X偏振和Y偏振，其中，
X偏振：sX＝[s1,-s2,...,s2k-1,-s2k]；
Y偏振：sY＝[s2,s1,...,s2k,s2k-1]。
3.如权利要求2所述的一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法，其特征在于：将两个正交偏振的信号转换成两个偏振的光信号，并进行耦合得到一路耦合光信号，具体包括：
将两个正交偏振的信号分别插入训练序列，以形成两个数字帧信号；
将两个数字帧信号通过数模转换器DAC转换成两个模拟电信号；
将两个模拟电信号分别输入到两个马赫増德调制器MZM中，同时发送端激光器经过偏振分束器PBS后分别进入到两个MZM中，以产生两个偏振的光信号；
将两个偏振的光信号通过偏振合束器PBC进行耦合得到一路耦合光信号。
4.如权利要求3所述的一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法，其特征在于：对同步接收信号进行信道均衡，具体包括：
根据双偏振信号的信道矩阵以及接收端的本振激光器所选择的偏振，建立同步接收信号r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]与X偏振和Y偏振的关系，其中[hxx hxy]和[hyxhyy]分别为本振激光器处于X偏振和Y偏振时的信道响应。
5.如权利要求4所述的一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收方法，其特征在于：对同步接收信号进行信道均衡与偏振时间解码，以恢复出双极性PAM信号，再对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号，具体包括：
当本振激光器所选择的偏振是X偏振时，根据双偏振信号的信道矩阵建立同步接收信号r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]与X偏振和Y偏振的关系：
r＝[hxx hxy]·[sX sY]T； (1)
将s＝[s1,s2,...,sn-1,sn]和r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]分别分为时间序号为奇数的部分：so＝[s1,s3,...,s2k-3,s2k-1]、ro＝[r1,r3,...,r2k-3,r2k-1]，以及时间序号为偶数的部分：se＝[s2,s4,...,s2k-2,s2k]、re＝[r2,r4,...,r2k-2,r2k]；
将式(1)转换为
对re和se取共轭，将式(2)转换为
设则P满足
将式(4)代入式(3)可得：
采用基于最小均方误差判决引导的自适应均衡算法确定矩阵以恢复出双极性PAM信号的时间序号为奇数和偶数的部分，进而恢复出的双极性PAM信号；
根据公式对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号。
6.一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收系统，其特征在于，包括：
发送端数字信号处理模块，其用于对脉冲幅度调制PAM信号进行双极性预编码，得到双极性PAM信号，再对双极性PAM信号进行偏振时间编码，得到两个正交偏振的信号；
信号转换模块，其用于将两个正交偏振的信号转换成两个偏振的光信号，并进行耦合得到一路耦合光信号；
一光混频器，其用于在接收端将该耦合光信号直接与本振光进行混频；
两个平衡探测器，其用于将所述光混频器输出的信号转换成I、Q两路电流信号；
接收端数字信号处理模块，其用于将I、Q两路电流信号转换成数字信号后进行数字信号处理，以得到同步接收信号，并对同步接收信号进行信道均衡与偏振时间解码，以恢复出的双极性PAM信号，再对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号。
7.如权利要求6所述的一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收系统，其特征在于：所述发送端数字信号处理模块对脉冲幅度调制PAM信号进行双极性预编码，得到双极性PAM信号，再对双极性PAM信号进行偏振时间编码，得到两个正交偏振的信号，具体过程包括：
通过公式sn＝2dn-(M-1)将PAM信号d＝[d1,d2,...,dn-1,dn]变为双极性PAM信号s＝[s1,s2,...,sn-1,sn]，其中dn∈{0,1,2,...,M-1}，M为PAM信号的调制阶数；
令n＝2k，将双极性PAM信号s表示为s＝[s1,s2,...,s2k-1,s2k]，其中k为正整数，基于s＝[s1,s2,...,s2k-1,s2k]构造两个数据在时间上相互正交的偏振信号：X偏振和Y偏振，其中，
X偏振：sX＝[s1,-s2,...,s2k-1,-s2k]；
Y偏振：sY＝[s2,s1,...,s2k,s2k-1]。
8.如权利要求7所述的一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收系统，其特征在于，所述信号转换模块包括：
训练模块，其用于将两个正交偏振的信号分别插入训练序列，以形成两个数字帧信号；
数模转换器DAC，其用于将两个数字帧信号转换成两个模拟电信号；
两个马赫増德调制器MZM，其分别用于接收两个所述模拟电信号，并分别接收发送端激光器经过偏振分束器PBS后发出的两路本振光，以产生两个偏振的光信号；
偏振合束器PBC，其用于将两个偏振的光信号进行耦合得到一路耦合光信号。
9.如权利要求8所述的一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收系统，其特征在于：所述接收端数字信号处理模块对同步接收信号进行信道均衡，具体过程包括：
根据双偏振信号的信道矩阵以及接收端的本振激光器所选择的偏振，建立同步接收信号r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]与X偏振和Y偏振的关系，其中[hxx hxy]和[hyxhyy]分别为本振激光器处于X偏振和Y偏振时的信道响应。
10.如权利要求9所述的一种偏振无关的脉冲幅度调制信号相干接收系统，其特征在于：所述接收端数字信号处理模块对同步接收信号进行信道均衡与偏振时间解码，以恢复出双极性PAM信号，再对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号，具体过程包括：
当本振激光器所选择的偏振是X偏振时，根据双偏振信号的信道矩阵建立同步接收信号r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]与X偏振和Y偏振的关系：
r＝[hxx hxy]·[sX sY]T； (1)
将s＝[s1,s2,...,sn-1,sn]和r＝[r1,r2,...,r2k-1,r2k]分别分为时间序号为奇数的部分：so＝[s1,s3,...,s2k-3,s2k-1]、ro＝[r1,r3,...,r2k-3,r2k-1]，以及时间序号为偶数的部分：se＝[s2,s4,...,s2k-2,s2k]、re＝[r2,r4,...,r2k-2,r2k]；
将式(1)转换为
对re和se取共轭，将式(2)转换为
设则P满足
将式(4)代入式(3)可得：
采用基于最小均方误差判决引导的自适应均衡算法确定矩阵以恢复出双极性PAM信号的时间序号为奇数和偶数的部分，进而恢复出的双极性PAM信号；
根据公式对恢复出的双极性PAM信号进行双极性解码，以恢复出发送端的PAM信号。
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