CN111181655A - 一种基于bp算法和非线性dfe算法的光接收机 - Google Patents

一种基于bp算法和非线性dfe算法的光接收机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机，包括：相干检测装置，用于将接收到的光信号转化为电信号；数字反向传输装置，通过计算光波在光纤中的反向传输，对信号进行色散补偿和非线性补偿；线性补偿装置，通过用于信号线性补偿的算法对信号进行线性补偿；载波相位频率补偿装置，用于对光信号进行载波相位和频率补偿；非线性判决反馈均衡器装置，用于对信号进行进一步的非线性补偿；数字解调装置，用于对已经做完补偿的信号进行数字解调。与现有技术相比，本发明将数字反向传输算法和判决反馈均衡器算法结合，有利于提高非线性补偿性能，解决了非线性DFE算法在高误码率下的收敛问题。

Description

一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机
技术领域
本发明涉及光通信系统领域，尤其是涉及一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机。
背景技术
光信号在光纤系统传输过程中，由于色散效应、偏振模色散、光纤非线性等原因会造成信号损伤。数字信号处理技术在光通信系统是一种常用的处理技术，能有效的减少色散和偏振相关效应造成的线性损伤，但与克尔效应相关的非线性效应仍然是高速光通信系统中进一步提高性能的障碍。数字反向传输算法利用反向非线性薛定谔方程，补偿相干光传输过程中的损伤。可采用分步傅里叶方法(split-step Fourier method,SSFM)，交替在时域和频域分别进行非线性和线性步骤求解反向非线性薛定谔方程，结果精确；由于大量的时频变换，计算速度较慢；采用较大的步长可加快计算，但是会影响补偿精度和效果。
使用Volterra级数来解非线性薛定谔方程，并采用一种并行结构来简化计算，是补偿非线性的另一种方案。Volterra级数可以用来描述非线性系统，含有频域和时域两种解法。其中频域中计算精度高，但同样计算较为复杂。而时域算法计算快捷，精度损失也不大。在时域Volterra算法中采用并行结构，对信号同时进行色散补偿和非线性补偿，最后两者相加得到补偿结果。文献1“Time-Domain Volterra-Based Digital Backpropagationfor Coherent Optical Systems”(F.P.Guiomar,S.B.Amado,C.S.Martins andA.N.Pinto,in Journal of Lightwave Technology,vol.33,no.15,pp.3170-3181,1Aug.1,2015.)中提出，经过简化的频域方法可以转换到时域中，提出了时域(TD)Volterra级数非线性均衡器(Volterra series nonlinear equalizer,VSNE)，用于减轻偏振复用(polarization-multiplexed，PM)相干光传输系统中与克尔效应相关的失真。并且在TD-VSNE中插入功率加权时间窗口，降低空间分辨率和滤波器大小，而不影响性能。通过数值模拟，证明了计算量和延迟相较于加权分步傅立叶法(weighted SSFM，W-SSFM)分别减少了45％和70％。但是该方法仍需要大量的计算资源，和第一种方法一样，如果采用较大的步长可加快计算，但是会影响补偿精度和效果。
文献2“Modified Nonlinear Decision Feedback Equalizer for Long-HaulFiber-Optic Communications”(D.Maiti and M.Brandt-Pearce,in Journal ofLightwave Technology,vol.33,no.18,pp.3763-3772,15Sept.15,2015.)中提出一种改良的非线性判决反馈均衡器，设计用于具有周期性色散补偿的传统光通信系统，性能与数字反向传播相当，但计算量更简单，即使在非线性显著的高功率情况下也能有效地补偿线性和非线性物理损伤效应。但该方法存在高误码率下的收敛问题，且其补偿性能有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机，包括依次连接的相干检测装置、数字反向传输装置、线性补偿装置、载波相位频率补偿装置、非线性判决反馈均衡器装置、数字解调装置；
所述相干检测装置用于将接收到的光信号转化为电信号；所述数字反向传输装置通过计算光波在光纤中的反向传输，对信号进行色散补偿和非线性补偿；所述线性补偿装置通过用于信号线性补偿的算法对信号进行线性补偿；所述载波相位频率补偿装置用于对光信号进行载波相位和频率补偿；所述非线性判决反馈均衡器装置用于对信号进行进一步的非线性补偿；所述数字解调装置用于对已经做完补偿的信号进行数字解调。
优选的，所述相干检测装置采用相干检测技术获取光信号的幅度和相位信息，从而将光信号转换为电信号。
优选的，所述数字反向传播装置具体采用数字反向传播算法，交替在时域和频域分别进行非线性和线性步骤，对信号进行色散补偿和非线性补偿。
优选的，所述数字反向传播装置中的色散补偿采用频域均衡器，非线性补偿采用基于简化的Volterra级数方法的时域均衡器。
优选的，所述线性补偿装置采用的用于信号线性补偿的算法为恒模算法或基于训练序列的均衡算法。
优选的，所述载波相位频率补偿装置采用Viterbi-Viterbi算法估计载波相位和载波频率偏移，对光信号进行载波相位和频率补偿。
优选的，所述非线性判决反馈均衡器采用自适应判决反馈均衡器算法对信号进行进一步的非线性补偿。
优选的，所述自适应判决反馈均衡器算法对信号进行进一步的非线性补偿的过程包括：
对解调信号进行判决，根据判决结果和接收信号的差别对非线性判决反馈均衡器的抽头系数进行调节，实现对信号进行进一步的非线性补偿。
优选的，所述数字解调装置采用DQPSK调制解调技术。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、将数字反向传输算法和判决反馈均衡器算法两种非线性补偿方法结合，有利于提高非线性补偿性能，解决了非线性DFE算法在高误码率下的收敛问题。
2、在与原BP算法相比，由于非线性判决反馈均衡器装置的引入，在补偿精度一致的前提下，加大了BP算法的步长，即将步长由一段光纤跨度改为多段，减少迭代次数，从而降低计算复杂度。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本申请提出一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机，包括依次连接的相干检测装置、数字反向传输装置、线性补偿装置、载波相位频率补偿装置、非线性判决反馈均衡器装置、数字解调装置。
相干检测装置用于将接收到的光信号转化为电信号，具体采用相干检测技术获取光信号的幅度和相位信息，从而将光信号转换为电信号。
数字反向传输装置利用反向非线性薛定谔方程，计算光波在光纤中的反向传输，对信号进行色散补偿和非线性补偿。数字反向传播装置具体采用基于Volterra级数的数字反向传播算法(BP算法)，采用一种并行结构，交替在时域和频域分别进行非线性和线性步骤，对信号同时进行色散补偿和非线性补偿，最后两者相加得到补偿结果。色散补偿采用的是频域均衡器，在频域中做好补偿后再变换回时域。非线性补偿采用的是基于简化的Volterra级数方法的时域均衡器，对时域信号直接进行补偿。
线性补偿装置采用用于信号线性补偿的算法，如恒模算法、基于训练序列的均衡算法或其他算法，对信号进行线性补偿。
由于光在光纤传输过程中产生了相位旋转和载波频率偏移，载波相位频率补偿装置采用Viterbi-Viterbi算法估计载波相位和载波频率偏移，对光信号进行载波相位和载波频率补偿。
非线性判决反馈均衡器装置使用自适应判决反馈均衡器算法(非线性DFE算法)，对非线性判决反馈均衡器的抽头系数进行调节，通过先对解调信号进行判决，从而根据判决结果和接收信号的差别，对于抽头系数进行调节，达到对信号进行进一步的非线性补偿的目的。非线性判决反馈均衡器的结构包括反馈滤波器(feedback filter)、判决装置，反馈滤波器只保留了最大的三阶非线性项，判决装置的输入为反馈滤波器的输出和输入信号的叠加。抽头系数通过判决装置的输入和判决装置的输出之差调节，反馈滤波器的输出叠加在输入信号上构成输出。
由于非线性判决反馈均衡器装置的引入，将数字反向传输装置中的BP算法的步长加大，增大一个步长包含的跨度数，可以获得和只有BP算法时一样的非线性补偿效果，从而减少迭代次数，减少计算量。
数字解调装置用于对已经做完补偿的信号进行数字解调，相关的解调信号可以供自适应判决反馈均衡器算法应用。本实施例采用DQPSK调制解调技术。
本实施例使用光纤长度为400km，发射功率为8dBm的光信号，线性补偿装置使用的是恒模算法(CMA)，对比不同补偿算法情况下的误码率的大小，对比结果如表1所示。
表1不同补偿算法对应的误码率
Figure BDA0002356788060000041
Figure BDA0002356788060000051
由表1可知，本申请利用BP算法和非线性DFE算法相结合的非线性补偿方法，有效降低了误码率。

Claims (9)

1.一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机，其特征在于，包括依次连接的相干检测装置、数字反向传输装置、线性补偿装置、载波相位频率补偿装置、非线性判决反馈均衡器装置、数字解调装置；
所述相干检测装置用于将接收到的光信号转化为电信号；所述数字反向传输装置通过计算光波在光纤中的反向传输，对信号进行色散补偿和非线性补偿；所述线性补偿装置通过用于信号线性补偿的算法对信号进行线性补偿；所述载波相位频率补偿装置用于对光信号进行载波相位和频率补偿；所述非线性判决反馈均衡器装置用于对信号进行进一步的非线性补偿；所述数字解调装置用于对已经做完补偿的信号进行数字解调。
2.根据权利要求1所述的一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机，其特征在于，所述相干检测装置采用相干检测技术获取光信号的幅度和相位信息，从而将光信号转换为电信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机，其特征在于，所述数字反向传播装置具体采用数字反向传播算法，交替在时域和频域分别进行非线性和线性步骤，对信号进行色散补偿和非线性补偿。
4.根据权利要求3所述的一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机，其特征在于，所述数字反向传播装置中的色散补偿采用频域均衡器，非线性补偿采用基于简化的Volterra级数方法的时域均衡器。
5.根据权利要求1所述的一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机，其特征在于，所述线性补偿装置采用的用于信号线性补偿的算法为恒模算法或基于训练序列的均衡算法。
6.根据权利要求1所述的一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机，其特征在于，所述载波相位频率补偿装置采用Viterbi-Viterbi算法估计载波相位和载波频率偏移，对光信号进行载波相位和频率补偿。
7.根据权利要求1所述的一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机，其特征在于，所述非线性判决反馈均衡器采用自适应判决反馈均衡器算法对信号进行进一步的非线性补偿。
8.根据权利要求7所述的一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机，其特征在于，所述自适应判决反馈均衡器算法对信号进行进一步的非线性补偿的过程包括：
对解调信号进行判决，根据判决结果和接收信号的差别对非线性判决反馈均衡器的抽头系数进行调节，实现对信号进行进一步的非线性补偿。
9.根据权利要求1所述的一种基于BP算法和非线性DFE算法的光接收机，其特征在于，所述数字解调装置采用DQPSK调制解调技术。
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