CN111988089B - 一种用于光纤通信系统的信号补偿方法及系统 - Google Patents

一种用于光纤通信系统的信号补偿方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于光纤通信系统的信号补偿方法及系统。该方法包括：将光纤通信系统的接收信号进行模数转换，得到数字信号；基于带动量的自适应梯度下降法，获取当前迭代的非线性补偿过程中的参量；采用数字反向传播算法，对数字信号进行非线性补偿，得到非线性补偿信号；采用盲相位搜索算法，进行载波相位恢复处理，得到相位恢复信号；根据相位恢复信号，计算当前迭代的盲估计的均方误差值；判断盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值是否大于设定阈值；如果是，迭代次数加一，进入下一次迭代；如果否，将非线性补偿信号确定为接收信号补偿后的信号。本发明可以降低信号补偿过程的运算量，提高信号补偿的效率。

Description

一种用于光纤通信系统的信号补偿方法及系统
技术领域
本发明涉及光纤通信领域，特别是涉及一种用于光纤通信系统的信号补偿方法及系统。
背景技术
光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。在光通信系统中，克尔效应引起的非线性失真会导致信号在传输过程中发生相位畸变，接收信号必须进行非线性损伤补偿，才能确保接收信号的正确性。在光纤通信系统中，随着日益增长的带宽需求，人们对通信速率、通信容量的需求增大，为了应对越来越严重的光纤非线性效应，对非线性补偿技术进行了认真的分析和研究。
传统的非线性补偿方法广泛采用数字反向传播(DBP)算法，该算法可以有效地补偿光纤信道内的色散损伤以及克尔效应引起的非线性失真。然而DBP算法需要通过充分了解光纤链接参数来求解非线性薛定谔方程进行实现，灵活性较低。此外，掺饵光纤放大器等组件对环境变化敏感，可能导致某些链路参数随时间变化。因此，用于获取最佳参数的自适应DBP(ADBP)算法应运而生。在以往的研究中，通常采用梯度下降算法(GDA)或者是优化的GDA作为ADBP算法的搜索函数，GDA是一种最常用的更新参数的算法，它会选择一个方向，然后沿着该方向通过迭代找到目标函数的最小值。然而，该方法依旧需要花费大量的时间对参数进行收敛优化，进而增加整个数字信号处理模块的运算量，导致信号补偿过程效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于光纤通信系统的信号补偿方法及系统，以降低信号补偿过程的运算量，提高信号补偿的效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于光纤通信系统的信号补偿方法，包括：
将光纤通信系统的接收信号进行模数转换，得到数字信号；
基于带动量的自适应梯度下降法，获取当前迭代的非线性补偿过程中的参量；所述参量为非线性系数与补偿系数的乘积；
基于所述参量，采用数字反向传播算法，对所述数字信号进行非线性补偿，得到当前迭代的非线性补偿信号；
采用盲相位搜索算法，对所述非线性补偿信号进行载波相位恢复处理，得到相位恢复信号；
根据所述相位恢复信号，计算当前迭代的盲估计的均方误差值；
判断当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值是否大于设定阈值；
当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值大于设定阈值时，迭代次数加一，返回基于带动量的自适应梯度下降法，获取当前迭代的非线性补偿过程中的参量的步骤；
当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值不大于设定阈值时，将当前迭代的非线性补偿信号确定为所述接收信号补偿后的信号。
可选的，所述基于所述参量，采用数字反向传播算法，对所述数字信号进行非线性补偿，得到当前迭代的非线性补偿信号，具体包括：
对所述数字信号进行傅里叶变换，得到频域信号；
对所述频域信号进行线性补偿，得到线性补偿信号；
对所述线性补偿信号进行傅里叶反变换，得到时域信号；
基于所述参量，对所述时域信号进行非线性相位补偿，得到当前循环的输出信号；
判断当前循环的次数是否等于光纤链路的分段数量；
当当前循环的次数不等于光纤链路的分段数量时，将当前循环的输出信号作为下一次循环的数字信号，循环次数加一，返回对所述数字信号进行傅里叶变换，得到频域信号的步骤；
当当前循环的次数等于光纤链路的分段数量时，将当前循环的输出信号确定为当前迭代的非线性补偿信号。
可选的，所述根据所述相位恢复信号，计算当前迭代的盲估计的均方误差值，具体包括：
将所述相位恢复信号转换为与标准调制格式信号具有相同平均功率的信号，得到转换信号；
根据标准调制格式信号对所述转换信号进行判决，得到判决信号；
利用公式
Figure BDA0002598180950000031
计算当前迭代的盲估计的均方误差值；其中，MSE为当前迭代的盲估计的均方误差值，z″(i)为判决信号的第i个点的值，z′(i)为转换信号的第i个点的值，n为判决信号中点的数量。
可选的，所述基于带动量的自适应梯度下降法，获取当前迭代的非线性补偿过程中的参量，具体包括：
利用公式
Figure BDA0002598180950000032
确定前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值；当前迭代次数为i；μ0(i-1)为第i-1次迭代的所述参量的自适应步长的初值；μ(i-2)为第i-2次迭代的所述参量的自适应步长的终值；p为控制自适应速率的参数；
Figure BDA0002598180950000033
为第i-2次迭代的关于自适应步长的MSE梯度值；
Figure BDA0002598180950000034
MSE(i-2)为第i-2次迭代的盲估计的均方误差值，MSE(i-3)为第i-3次迭代的盲估计的均方误差值，μ(i-3)为第i-3次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
确定前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；当前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值大于0时，将前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值确定为前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；当所述前一次迭代的所述参量的自适应步长不大于0时，将迭代前所述参量的自适应步长的初值确定为前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
利用公式
Figure BDA0002598180950000035
确定当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值；其中，k0(i)为当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值；k(i-1)为第i-1次迭代的非线性补偿过程中的参量终值；μ(i-1)为第i-1次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
Figure BDA0002598180950000041
为第i-1次迭代的关于参量的MSE梯度值，
Figure BDA0002598180950000042
MSE(i-1)为第i-1次迭代的盲估计的均方误差值，k(i-2)为第i-2次迭代的非线性补偿过程中的参量终值；m为动量参量；Δk(i-2)为第i-2次迭代与第i-1次迭代的非线性补偿过程中的参量终值的差值，Δk(i-2)＝k(i-1)-k(i-2)；
判断当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值是否大于0；
当当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值大于0时，将当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值确定为当前迭代的非线性补偿过程中的参量终值；
当当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值不大于0时，将当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值减小一半，更新当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值，返回利用公式
Figure BDA0002598180950000043
确定当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值的步骤。
可选的，所述当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值不大于设定阈值时，将当前迭代的非线性补偿信号确定为所述接收信号补偿后的信号，之后还包括：
将所述接收信号补偿后的信号依次经过定时恢复处理、自适应均衡处理、载波相位恢复处理和解调判决处理，得到原始信号。
本发明还提供一种用于光纤通信系统的信号补偿系统，包括：
模数转换模块，用于将光纤通信系统的接收信号进行模数转换，得到数字信号；
非线性补偿过程中的参量获取模块，用于基于带动量的自适应梯度下降法，获取当前迭代的非线性补偿过程中的参量；所述参量为非线性系数与补偿系数的乘积；
非线性补偿模块，用于基于所述参量，采用数字反向传播算法，对所述数字信号进行非线性补偿，得到当前迭代的非线性补偿信号；
载波相位恢复处理模块，用于采用盲相位搜索算法，对所述非线性补偿信号进行载波相位恢复处理，得到相位恢复信号；
盲估计的均方误差值计算模块，用于根据所述相位恢复信号，计算当前迭代的盲估计的均方误差值；
均方误差值的差值判断模块，用于判断当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值是否大于设定阈值；
迭代模块，用于当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值大于设定阈值时，迭代次数加一，返回所述非线性补偿过程中的参量获取模块；
接收信号补偿后的信号确定模块，用于当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值不大于设定阈值时，将当前迭代的非线性补偿信号确定为所述接收信号补偿后的信号。
可选的，所述非线性补偿模块，具体包括：
傅里叶变换单元，用于对所述数字信号进行傅里叶变换，得到频域信号；
线性补偿单元，用于对所述频域信号进行线性补偿，得到线性补偿信号；
傅里叶反变换单元，用于对所述线性补偿信号进行傅里叶反变换，得到时域信号；
非线性相位补偿单元，用于基于所述参量，对所述时域信号进行非线性相位补偿，得到当前循环的输出信号；
循环次数判断单元，用于判断当前循环的次数是否等于光纤链路的分段数量；
循环单元，用于当当前循环的次数不等于光纤链路的分段数量时，将当前循环的输出信号作为下一次循环的数字信号，循环次数加一，返回傅里叶变换单元；
非线性补偿信号确定单元，用于当当前循环的次数等于光纤链路的分段数量时，将当前循环的输出信号确定为当前迭代的非线性补偿信号。
可选的，所述盲估计的均方误差值计算模块，具体包括：
信号转换单元，用于将所述相位恢复信号转换为与标准调制格式信号具有相同平均功率的信号，得到转换信号；
信号判决单元，用于根据标准调制格式信号对所述转换信号进行判决，得到判决信号；
均方误差值计算单元，用于利用公式
Figure BDA0002598180950000061
计算当前迭代的盲估计的均方误差值；其中，MSE为当前迭代的盲估计的均方误差值，z″(i)为判决信号的第i个点的值，z′(i)为转换信号的第i个点的值，n为判决信号中点的数量。
可选的，所述非线性补偿过程中的参量获取模块，具体包括：
参量自适应步长初值确定单元，用于利用公式
Figure BDA0002598180950000062
确定前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值；当前迭代次数为i；μ0(i-1)为第i-1次迭代的所述参量的自适应步长的初值；μ(i-2)为第i-2次迭代的所述参量的自适应步长的终值；p为控制自适应速率的参数；
Figure BDA0002598180950000063
为第i-2次迭代的关于自适应步长的MSE梯度值；
Figure BDA0002598180950000064
MSE(i-2)为第i-2次迭代的盲估计的均方误差值，MSE(i-3)为第i-3次迭代的盲估计的均方误差值，μ(i-3)为第i-3次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
参量自适应步长终值确定单元，用于确定前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；当前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值大于0时，将前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值确定为前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；当所述前一次迭代的所述参量的自适应步长不大于0时，将迭代前所述参量的自适应步长的初值确定为前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
非线性补偿过程中参量初值确定单元，用于利用公式k0(i)＝k(i-1)+μ(i-1)▽MSEk(i-1)+mΔk(i-2)确定当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值；其中，k0(i)为当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值；k(i-1)为第i-1次迭代的非线性补偿过程中的参量终值；μ(i-1)为第i-1次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
Figure BDA0002598180950000071
为第i-1次迭代的关于参量的MSE梯度值，
Figure BDA0002598180950000072
MSE(i-1)为第i-1次迭代的盲估计的均方误差值，k(i-2)为第i-2次迭代的非线性补偿过程中的参量终值；m为动量参量；Δk(i-2)为第i-2次迭代与第i-1次迭代的非线性补偿过程中的参量终值的差值，Δk(i-2)＝k(i-1)-k(i-2)；
参量初值判断单元，用于判断当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值是否大于0；
非线性补偿过程中的参量终值终值确定单元，用于当当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值大于0时，将当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值确定为当前迭代的非线性补偿过程中的参量终值；
参量初值更新单元，用于当当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值不大于0时，将当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值减小一半，更新当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值，返回非线性补偿过程中参量初值确定单元。
可选的，还包括：
原始信号恢复模块，用于当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值不大于设定阈值时，将当前迭代的非线性补偿信号确定为所述接收信号补偿后的信号之后，将所述接收信号补偿后的信号依次经过定时恢复处理、自适应均衡处理、载波相位恢复处理和解调判决处理，得到原始信号。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明采用基于带动量的自适应梯度下降法更新当前迭代的非线性补偿过程中的参量，并基于该参量采用数字反向传播算法对数字信号进行非线性补偿，加快了非线性补偿过程的收敛速度和复杂度，降低了信号补偿过程的运算量，从而提高信号补偿的效率，降低系统硬件需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明用于光纤通信系统的信号补偿方法的流程示意图；
图2为本发明用于光纤通信系统的信号补偿系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明用于光纤通信系统的信号补偿方法的流程示意图。如图1所示，本发明用于光纤通信系统的信号补偿方法包括以下步骤：
步骤100：将光纤通信系统的接收信号进行模数转换，得到数字信号。本步骤将光纤通信系统的电信号转换为数字信号x(n)，信号长度为n。
步骤200：基于带动量的自适应梯度下降法，获取当前迭代的非线性补偿过程中的参量。本发明的参量为非线性系数γ与补偿系数ζ乘积的值。考虑到非线性系数为较小正常数，0<ζ<1，因此在第一次迭代时非线性补偿过程中的参量也为较小正常数，可以为0.1<k(1)<1，k(1)为第一次迭代时的非线性补偿过程中的参量。在后续迭代中，当前迭代的非线性补偿过程中的参量是根据之前迭代的参数，采用带动量的自适应梯度下降法计算得到。以第i次迭代为例，计算第i次迭代的非线性补偿过程中的参量过程如下：
Step1：利用公式
Figure BDA0002598180950000081
确定前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值。当前迭代次数为i；μ0(i-1)为第i-1次迭代的所述参量的自适应步长的初值；μ(i-2)为第i-2次迭代的所述参量的自适应步长的终值；p为控制自适应速率的参数；
Figure BDA0002598180950000091
为第i-2次迭代的关于自适应步长的MSE梯度值；
Figure BDA0002598180950000092
MSE(i-2)为第i-2次迭代的盲估计的均方误差值，MSE(i-3)为第i-3次迭代的盲估计的均方误差值，μ(i-3)为第i-3次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
Step2：确定前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值。当前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值大于0时，将前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值确定为前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；当所述前一次迭代的所述参量的自适应步长不大于0时，将迭代前所述参量的自适应步长的初值确定为前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
Step3：利用公式
Figure BDA0002598180950000093
确定当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值。其中，k0(i)为当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值；k(i-1)为第i-1次迭代的非线性补偿过程中的参量终值；μ(i-1)为第i-1次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
Figure BDA0002598180950000094
为第i-1次迭代的关于参量的MSE梯度值，
Figure BDA0002598180950000095
MSE(i-1)为第i-1次迭代的盲估计的均方误差值，k(i-2)为第i-2次迭代的非线性补偿过程中的参量终值；m为动量参量；Δk(i-2)为第i-2次迭代与第i-1次迭代的非线性补偿过程中的参量终值的差值，Δk(i-2)＝k(i-1)-k(i-2)。
Step4：判断当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值是否大于0。如果是，执行Step5；如果否，执行Step6。
Step5：将当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值确定为当前迭代的非线性补偿过程中的参量终值。
Step6：将当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值减小一半，更新当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值，即令μ0(i-1)＝μ0(i-1)/2，返回Step3。
步骤300：基于所述参量，采用数字反向传播算法，对数字信号进行非线性补偿，得到当前迭代的非线性补偿信号。数字信号经色散及非线性补偿后，得到非线性补偿信号。本发明采用数字反向传播算法进行非线性补偿，具体过程如下：
对所述数字信号x(n)进行傅里叶变换，得到频域信号x(f)。
利用公式
Figure BDA0002598180950000101
对所述频域信号x(f)进行线性补偿，得到线性补偿信号x′(f)。式中，α为光纤损耗系数，β2为二阶色散常数，均为已知参量；L为每小段光纤链路的长度，光纤链路分为M个小段光纤链路；j为虚部。
对所述线性补偿信号x′(f)进行傅里叶反变换，得到时域信号x′(n)。
基于所述参量，利用公式yi(n)＝x′(n)*exp(-jkLeff|x′(n)|2)对所述时域信号x′(n)进行非线性相位补偿，得到当前循环的输出信号yi(n)。式中，Leff为有效长度，Leff＝(1-exp(-a*L)/a。
判断当前循环的次数是否等于光纤链路的分段数量M。
当当前循环的次数不等于光纤链路的分段数量时，将当前循环的输出信号作为下一次循环的数字信号，循环次数加一，返回对所述数字信号进行傅里叶变换，得到频域信号的步骤，依次计算yi+1(n)yi+2(n)……yM(n)。
当当前循环的次数等于光纤链路的分段数量时，将当前循环的输出信号yM(n)确定为当前迭代的非线性补偿信号y(n)。
步骤400：采用盲相位搜索算法，对非线性补偿信号进行载波相位恢复处理，得到相位恢复信号。本发明采用盲相位搜索算法进行载波相位恢复，针对非线性补偿信号采用多个测试相位进行补偿恢复，选择最优的测试相位作为载波估计相位，从而得到相位恢复后的信号z(n)。
步骤500：根据相位恢复信号，计算当前迭代的盲估计的均方误差值。具体过程如下：
将所述相位恢复信号转换为与标准调制格式信号具有相同平均功率的信号，得到转换信号z′(n)。假定标准调制格式信号的平均功率为P，则转换信号为
Figure BDA0002598180950000111
根据标准调制格式信号对所述转换信号进行判决，即将z′(n)与标准调制格式信号各点进行比较，选取欧式距离最小的点即为判决得到的点，最终得到判决信号。
利用公式
Figure BDA0002598180950000112
计算当前迭代的盲估计的均方误差值。其中，MSE为当前迭代的盲估计的均方误差值，z″(i)为判决信号的第i个点的值，z′(i)为转换信号的第i个点的值，n为判决信号中点的数量。
步骤600：判断当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值是否大于设定阈值。如果是，执行步骤700；如果否，执行步骤800。设定阈值越小，对信号进行非线性补偿的精度越高，通常，设定阈值的范围为(0,0.02)。
步骤700：迭代次数加一。返回步骤200，进入下一次迭代，对非线性补偿过程中的参量，继续进行非线性补偿。
步骤800：将当前迭代的非线性补偿信号确定为接收信号补偿后的信号。
得到接收信号补偿后的信号之后，将补偿后的信号依次经过定时恢复处理、自适应均衡处理、载波相位恢复处理和解调判决处理，得到原始信号。
图2为本发明用于光纤通信系统的信号补偿系统的结构示意图。如图2所示，本发明用于光纤通信系统的信号补偿系统包括以下结构：
模数转换模块201，用于将光纤通信系统的接收信号进行模数转换，得到数字信号。
非线性补偿过程中的参量获取模块202，用于基于带动量的自适应梯度下降法，获取当前迭代的非线性补偿过程中的参量；所述参量为非线性系数与补偿系数的乘积。
非线性补偿模块203，用于基于所述参量，采用数字反向传播算法，对所述数字信号进行非线性补偿，得到当前迭代的非线性补偿信号。
载波相位恢复处理模块204，用于采用盲相位搜索算法，对所述非线性补偿信号进行载波相位恢复处理，得到相位恢复信号。
盲估计的均方误差值计算模块205，用于根据所述相位恢复信号，计算当前迭代的盲估计的均方误差值。
均方误差值的差值判断模块206，用于判断当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值是否大于设定阈值。
迭代模块207，用于当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值大于设定阈值时，迭代次数加一，返回所述非线性补偿过程中的参量获取模块。
接收信号补偿后的信号确定模块208，用于当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值不大于设定阈值时，将当前迭代的非线性补偿信号确定为所述接收信号补偿后的信号。
作为另一实施例，本发明用于光纤通信系统的信号补偿系统中，所述非线性补偿模块203，具体包括：
傅里叶变换单元，用于对所述数字信号进行傅里叶变换，得到频域信号。
线性补偿单元，用于对所述频域信号进行线性补偿，得到线性补偿信号。
傅里叶反变换单元，用于对所述线性补偿信号进行傅里叶反变换，得到时域信号。
非线性相位补偿单元，用于基于所述参量，对所述时域信号进行非线性相位补偿，得到当前循环的输出信号。
循环次数判断单元，用于判断当前循环的次数是否等于光纤链路的分段数量。
循环单元，用于当当前循环的次数不等于光纤链路的分段数量时，将当前循环的输出信号作为下一次循环的数字信号，循环次数加一，返回傅里叶变换单元。
非线性补偿信号确定单元，用于当当前循环的次数等于光纤链路的分段数量时，将当前循环的输出信号确定为当前迭代的非线性补偿信号。
作为另一实施例，本发明用于光纤通信系统的信号补偿系统中，所述盲估计的均方误差值计算模块205，具体包括：
信号转换单元，用于将所述相位恢复信号转换为与标准调制格式信号具有相同平均功率的信号，得到转换信号。
信号判决单元，用于根据标准调制格式信号对所述转换信号进行判决，得到判决信号。
均方误差值计算单元，用于利用公式
Figure BDA0002598180950000131
计算当前迭代的盲估计的均方误差值；其中，MSE为当前迭代的盲估计的均方误差值，z″(i)为判决信号的第i个点的值，z′(i)为转换信号的第i个点的值，n为判决信号中点的数量。
作为另一实施例，本发明用于光纤通信系统的信号补偿系统中，所述非线性补偿过程中的参量获取模块202，具体包括：
参量自适应步长初值确定单元，用于利用公式
Figure BDA0002598180950000132
确定前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值；当前迭代次数为i；μ0(i-1)为第i-1次迭代的所述参量的自适应步长的初值；μ(i-2)为第i-2次迭代的所述参量的自适应步长的终值；p为控制自适应速率的参数；
Figure BDA0002598180950000133
为第i-2次迭代的关于自适应步长的MSE梯度值；
Figure BDA0002598180950000134
MSE(i-2)为第i-2次迭代的盲估计的均方误差值，MSE(i-3)为第i-3次迭代的盲估计的均方误差值，μ(i-3)为第i-3次迭代的所述参量的自适应步长的终值。
参量自适应步长终值确定单元，用于确定前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；当前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值大于0时，将前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值确定为前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；当所述前一次迭代的所述参量的自适应步长不大于0时，将迭代前所述参量的自适应步长的初值确定为前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值。
非线性补偿过程中参量初值确定单元，用于利用公式k0(i)＝k(i-1)+μ(i-1)▽MSEk(i-1)+mΔk(i-2)确定当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值；其中，k0(i)为当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值；k(i-1)为第i-1次迭代的非线性补偿过程中的参量终值；μ(i-1)为第i-1次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
Figure BDA0002598180950000141
为第i-1次迭代的关于参量的MSE梯度值，
Figure BDA0002598180950000142
MSE(i-1)为第i-1次迭代的盲估计的均方误差值，k(i-2)为第i-2次迭代的非线性补偿过程中的参量终值；m为动量参量；Δk(i-2)为第i-2次迭代与第i-1次迭代的非线性补偿过程中的参量终值的差值，Δk(i-2)＝k(i-1)-k(i-2)。
参量初值判断单元，用于判断当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值是否大于0。
非线性补偿过程中的参量终值终值确定单元，用于当当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值大于0时，将当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值确定为当前迭代的非线性补偿过程中的参量终值。
参量初值更新单元，用于当当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值不大于0时，将当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值减小一半，更新当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值，返回非线性补偿过程中参量初值确定单元。
作为另一实施例，本发明用于光纤通信系统的信号补偿系统中还包括：
原始信号恢复模块，用于当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值不大于设定阈值时，将当前迭代的非线性补偿信号确定为所述接收信号补偿后的信号之后，将所述接收信号补偿后的信号依次经过定时恢复处理、自适应均衡处理、载波相位恢复处理和解调判决处理，得到原始信号。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于光纤通信系统的信号补偿方法，其特征在于，包括：
将光纤通信系统的接收信号进行模数转换，得到数字信号；
基于带动量的自适应梯度下降法，获取当前迭代的非线性补偿过程中的参量；所述参量为非线性系数与补偿系数的乘积；
基于所述参量，采用数字反向传播算法，对所述数字信号进行非线性补偿，得到当前迭代的非线性补偿信号；
采用盲相位搜索算法，对所述非线性补偿信号进行载波相位恢复处理，得到相位恢复信号；
根据所述相位恢复信号，计算当前迭代的盲估计的均方误差值；
判断当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值是否大于设定阈值；
当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值大于设定阈值时，迭代次数加一，返回基于带动量的自适应梯度下降法，获取当前迭代的非线性补偿过程中的参量的步骤；
当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值不大于设定阈值时，将当前迭代的非线性补偿信号确定为所述接收信号补偿后的信号。
2.根据权利要求1所述的用于光纤通信系统的信号补偿方法，其特征在于，所述基于所述参量，采用数字反向传播算法，对所述数字信号进行非线性补偿，得到当前迭代的非线性补偿信号，具体包括：
对所述数字信号进行傅里叶变换，得到频域信号；
对所述频域信号进行线性补偿，得到线性补偿信号；
对所述线性补偿信号进行傅里叶反变换，得到时域信号；
基于所述参量，对所述时域信号进行非线性相位补偿，得到当前循环的输出信号；
判断当前循环的次数是否等于光纤链路的分段数量；
当当前循环的次数不等于光纤链路的分段数量时，将当前循环的输出信号作为下一次循环的数字信号，循环次数加一，返回对所述数字信号进行傅里叶变换，得到频域信号的步骤；
当当前循环的次数等于光纤链路的分段数量时，将当前循环的输出信号确定为当前迭代的非线性补偿信号。
3.根据权利要求1所述的用于光纤通信系统的信号补偿方法，其特征在于，所述根据所述相位恢复信号，计算当前迭代的盲估计的均方误差值，具体包括：
将所述相位恢复信号转换为与标准调制格式信号具有相同平均功率的信号，得到转换信号；
根据标准调制格式信号对所述转换信号进行判决，得到判决信号；
利用公式
Figure FDA0002598180940000021
计算当前迭代的盲估计的均方误差值；其中，MSE为当前迭代的盲估计的均方误差值，z″(i)为判决信号的第i个点的值，z′(i)为转换信号的第i个点的值，n为判决信号中点的数量。
4.根据权利要求1所述的用于光纤通信系统的信号补偿方法，其特征在于，所述基于带动量的自适应梯度下降法，获取当前迭代的非线性补偿过程中的参量，具体包括：
利用公式
Figure FDA0002598180940000022
确定前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值；当前迭代次数为i；μ0(i-1)为第i-1次迭代的所述参量的自适应步长的初值；μ(i-2)为第i-2次迭代的所述参量的自适应步长的终值；p为控制自适应速率的参数；
Figure FDA0002598180940000023
为第i-2次迭代的关于自适应步长的MSE梯度值；
Figure FDA0002598180940000024
MSE(i-2)为第i-2次迭代的盲估计的均方误差值，MSE(i-3)为第i-3次迭代的盲估计的均方误差值，μ(i-3)为第i-3次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
确定前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；当前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值大于0时，将前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值确定为前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；当所述前一次迭代的所述参量的自适应步长不大于0时，将迭代前所述参量的自适应步长的初值确定为前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
利用公式
Figure FDA0002598180940000031
确定当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值；其中，k0(i)为当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值；k(i-1)为第i-1次迭代的非线性补偿过程中的参量终值；μ(i-1)为第i-1次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
Figure FDA0002598180940000032
为第i-1次迭代的关于参量的MSE梯度值，
Figure FDA0002598180940000033
MSE(i-1)为第i-1次迭代的盲估计的均方误差值，k(i-2)为第i-2次迭代的非线性补偿过程中的参量终值；m为动量参量；Δk(i-2)为第i-2次迭代与第i-1次迭代的非线性补偿过程中的参量终值的差值，Δk(i-2)＝k(i-1)-k(i-2)；
判断当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值是否大于0；
当当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值大于0时，将当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值确定为当前迭代的非线性补偿过程中的参量终值；
当当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值不大于0时，将当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值减小一半，更新当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值，返回利用公式
Figure FDA0002598180940000034
确定当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值的步骤。
5.根据权利要求1所述的用于光纤通信系统的信号补偿方法，其特征在于，所述当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值不大于设定阈值时，将当前迭代的非线性补偿信号确定为所述接收信号补偿后的信号，之后还包括：
将所述接收信号补偿后的信号依次经过定时恢复处理、自适应均衡处理、载波相位恢复处理和解调判决处理，得到原始信号。
6.一种用于光纤通信系统的信号补偿系统，其特征在于，包括：
模数转换模块，用于将光纤通信系统的接收信号进行模数转换，得到数字信号；
非线性补偿过程中的参量获取模块，用于基于带动量的自适应梯度下降法，获取当前迭代的非线性补偿过程中的参量；所述参量为非线性系数与补偿系数的乘积；
非线性补偿模块，用于基于所述参量，采用数字反向传播算法，对所述数字信号进行非线性补偿，得到当前迭代的非线性补偿信号；
载波相位恢复处理模块，用于采用盲相位搜索算法，对所述非线性补偿信号进行载波相位恢复处理，得到相位恢复信号；
盲估计的均方误差值计算模块，用于根据所述相位恢复信号，计算当前迭代的盲估计的均方误差值；
均方误差值的差值判断模块，用于判断当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值是否大于设定阈值；
迭代模块，用于当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值大于设定阈值时，迭代次数加一，返回所述非线性补偿过程中的参量获取模块；
接收信号补偿后的信号确定模块，用于当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值不大于设定阈值时，将当前迭代的非线性补偿信号确定为所述接收信号补偿后的信号。
7.根据权利要求6所述的用于光纤通信系统的信号补偿系统，其特征在于，所述非线性补偿模块，具体包括：
傅里叶变换单元，用于对所述数字信号进行傅里叶变换，得到频域信号；
线性补偿单元，用于对所述频域信号进行线性补偿，得到线性补偿信号；
傅里叶反变换单元，用于对所述线性补偿信号进行傅里叶反变换，得到时域信号；
非线性相位补偿单元，用于基于所述参量，对所述时域信号进行非线性相位补偿，得到当前循环的输出信号；
循环次数判断单元，用于判断当前循环的次数是否等于光纤链路的分段数量；
循环单元，用于当当前循环的次数不等于光纤链路的分段数量时，将当前循环的输出信号作为下一次循环的数字信号，循环次数加一，返回傅里叶变换单元；
非线性补偿信号确定单元，用于当当前循环的次数等于光纤链路的分段数量时，将当前循环的输出信号确定为当前迭代的非线性补偿信号。
8.根据权利要求6所述的用于光纤通信系统的信号补偿系统，其特征在于，所述盲估计的均方误差值计算模块，具体包括：
信号转换单元，用于将所述相位恢复信号转换为与标准调制格式信号具有相同平均功率的信号，得到转换信号；
信号判决单元，用于根据标准调制格式信号对所述转换信号进行判决，得到判决信号；
均方误差值计算单元，用于利用公式
Figure FDA0002598180940000051
计算当前迭代的盲估计的均方误差值；其中，MSE为当前迭代的盲估计的均方误差值，z″(i)为判决信号的第i个点的值，z′(i)为转换信号的第i个点的值，n为判决信号中点的数量。
9.根据权利要求6所述的用于光纤通信系统的信号补偿系统，其特征在于，所述非线性补偿过程中的参量获取模块，具体包括：
参量自适应步长初值确定单元，用于利用公式
Figure FDA0002598180940000052
确定前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值；当前迭代次数为i；μ0(i-1)为第i-1次迭代的所述参量的自适应步长的初值；μ(i-2)为第i-2次迭代的所述参量的自适应步长的终值；p为控制自适应速率的参数；
Figure FDA0002598180940000053
为第i-2次迭代的关于自适应步长的MSE梯度值；
Figure FDA0002598180940000054
MSE(i-2)为第i-2次迭代的盲估计的均方误差值，MSE(i-3)为第i-3次迭代的盲估计的均方误差值，μ(i-3)为第i-3次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
参量自适应步长终值确定单元，用于确定前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；当前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值大于0时，将前一次迭代的所述参量的自适应步长的初值确定为前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；当所述前一次迭代的所述参量的自适应步长不大于0时，将迭代前所述参量的自适应步长的初值确定为前一次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
非线性补偿过程中参量初值确定单元，用于利用公式
Figure FDA0002598180940000061
确定当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值；其中，k0(i)为当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值；k(i-1)为第i-1次迭代的非线性补偿过程中的参量终值；μ(i-1)为第i-1次迭代的所述参量的自适应步长的终值；
Figure FDA0002598180940000062
为第i-1次迭代的关于参量的MSE梯度值，
Figure FDA0002598180940000063
MSE(i-1)为第i-1次迭代的盲估计的均方误差值，k(i-2)为第i-2次迭代的非线性补偿过程中的参量终值；m为动量参量；Δk(i-2)为第i-2次迭代与第i-1次迭代的非线性补偿过程中的参量终值的差值，Δk(i-2)＝k(i-1)-k(i-2)；
参量初值判断单元，用于判断当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值是否大于0；
非线性补偿过程中的参量终值终值确定单元，用于当当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值大于0时，将当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值确定为当前迭代的非线性补偿过程中的参量终值；
参量初值更新单元，用于当当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值不大于0时，将当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值减小一半，更新当前迭代的非线性补偿过程中的参量初值，返回非线性补偿过程中参量初值确定单元。
10.根据权利要求6所述的用于光纤通信系统的信号补偿系统，其特征在于，还包括：
原始信号恢复模块，用于当当前迭代的盲估计的均方误差值与前一次迭代的盲估计的均方误差值之间的差值不大于设定阈值时，将当前迭代的非线性补偿信号确定为所述接收信号补偿后的信号之后，将所述接收信号补偿后的信号依次经过定时恢复处理、自适应均衡处理、载波相位恢复处理和解调判决处理，得到原始信号。
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