CN115314116B - 基于导频辅助的相干光通信系统发射端i/q时延监测方法 - Google Patents

基于导频辅助的相干光通信系统发射端i/q时延监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，包括以下步骤：S1：将发射信号分成若干个数据块，并加入导频序列；S2：对接收到的带损伤的信号与导频序列进行同步，并进行自适应均衡和载波相位恢复，而后进行定时恢复；S3：对接收信号进行分离，得到I路信号和Q路信号；S4：分别计算I路信号和Q路信号的定时误差值；S5：分别计算I路信号和Q路信号的平均定时误差值；S6：得到发射端I/Q时延值。本发明提供一种基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，解决了目前用于相干光通信系统发射端I/Q时延估计的方法存在较大的估计误差的问题。

Description

基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法
技术领域
本发明涉及光纤通信的技术领域，更具体的，涉及一种基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法。
背景技术
数字信号处理(DSP)已经广泛应用于相干光传输系统，并且能对许多类型的信道损伤进行有效的补偿，例如色散(CD)、非线性(Nonlinear)、频偏(FO)等，随着相干光传输系统波特率和调制码型阶数的不断提高，相干光收发机本身的I/Q失衡对光纤通信系统性能的影响越来越不容忽视。
I/Q失衡主要包括以下三个部分：幅度失衡、相位失衡、I/Q时延，幅度失衡和相位失衡都可以通过格雷厄姆施密特正交化(GSOP)较好地补偿，目前I/Q时延的估计与补偿成为了主要的关注点。
相干光通信系统主要包括相干发射机(Tx)和相干接收机(Rx)，由于相干发射机的激光器和相干接收机的本振激光器未锁定频率，导致接收信号存在频偏，而目前用于相干光通信系统发射端I/Q时延估计的方法存在较大的估计误差，难以满足超高速光传输系统对发射端I/Q时延估计的高精度要求。
发明内容
本发明为克服目前用于相干光通信系统发射端I/Q时延估计的方法存在较大的估计误差的技术缺陷，提供一种基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，包括以下步骤：
S1：在发射端，将发射信号分成若干个数据块，并在每个数据块中加入导频序列；
S2：经过信号传输，对接收端接收到的带损伤的信号与步骤S1加入的相应导频序列进行同步，并进行数据辅助的自适应均衡和载波相位恢复，得到仅存在发射端I/Q时延的接收信号，而后进行定时恢复；
S3：在每个数据块内对接收信号进行分离，得到I路信号和Q路信号；
S4：结合导频序列分别计算I路信号和Q路信号的定时误差值；
S5：根据导频序列的长度分别计算I路信号和Q路信号的平均定时误差值；
S6：根据I路信号和Q路信号的平均定时误差值得到发射端I/Q时延值。
上述方案中，通过对发射信号分块，在数据块内插入导频序列，然后结合导频序列排除码元干扰，计算出接收信号的I路信号和Q路信号的定时误差值以及平均定时误差值，从而实现对发射端I/Q时延的高精度监测。
优选的，每个数据块的大小为N，N为1000～10000。
优选的，导频序列包括k个连续的导频符号，k为50～100。
优选的，在步骤S3中，将接收信号进行分离的计算公式为：
其中，x(mTS)表示第m个导频符号对应的接收信号，xI(·)表示接收信号的I路信号，xQ(·)表示接收信号的Q路信号，TS表示采样符号周期，即符号间隔， 表示发射端I/Q时延量。
优选的，在步骤S4中，
通过接收端的导频序列和发射端的导频序列错位相乘，得到I/Q两路信号的定时误差值：
eD,I(mTS)＝aI((m-1)TS)xI(mTS)-aI(mTS)xI((m-1)TS)
其中，eD,I(mTS)表示第m个导频符号对应的I路信号的定时误差值，eD,Q(mTS)表示第m个导频符号对应的Q两路信号的定时误差值，aI(·)表示发射信号与导频符号相对应的实部，aQ(·)表示发射信号与导频符号相对应的虚部。
上述方案中，通过接收信号与导频符错位相乘以排除码元干扰。
优选的，在步骤S5中，
I路信号的平均定时误差值为：
Q路信号的平均定时误差值为
其中，eD,I(iTS)表示第i个导频符号对应的I路信号的定时误差值，eD,Q(iTS)表示第i个导频符号对应的Q路信号的定时误差值。
优选的，在步骤S6中，发射端I/Q时延值为：
优选的，还包括以下步骤：利用离散傅里叶变换时移特性对I/Q两路信号分别进行定时误差补偿操作，合并定时误差补偿后的I/Q两路信号即得到发射端I/Q时延补偿后的信号。
优选的，
I路信号通过定时误差补偿后调整为：
Q路信号通过定时误差补偿后调整为：
其中，fft(·)表示快速傅里叶变换函数，ifft(·)表示逆傅里叶变换函数。
优选的，通过以下公式得到补偿发射端I/Q时延后的信号：
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提供了一种基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，通过对发射信号分块，在数据块内插入导频序列，然后结合导频序列排除码元干扰，计算出接收信号的I路信号和Q路信号的定时误差值以及平均定时误差值，从而实现对发射端I/Q时延的高精度监测。
附图说明
图1为本发明的技术方案实施步骤流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，包括以下步骤：
S1：在发射端，将发射信号分成若干个数据块，并在每个数据块中加入导频序列；
S2：经过信号传输，对接收端接收到的带损伤的信号与步骤S1加入的相应导频序列进行同步，并进行数据辅助的自适应均衡和载波相位恢复，得到仅存在发射端I/Q时延的接收信号，而后进行定时恢复；
S3：在每个数据块内对接收信号进行分离，得到I路信号和Q路信号；
S4：结合导频序列分别计算I路信号和Q路信号的定时误差值；
S5：根据导频序列的长度分别计算I路信号和Q路信号的平均定时误差值；
S6：根据I路信号和Q路信号的平均定时误差值得到发射端I/Q时延值。
在具体实施过程中，通过对发射信号分块，在数据块内插入导频序列，然后结合导频序列排除码元干扰，计算出接收信号的I路信号和Q路信号的定时误差值以及平均定时误差值，从而实现对发射端I/Q时延的高精度监测。
实施例2
一种基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，包括以下步骤：
S1：在发射端，将发射信号分成若干个数据块，并在每个数据块中加入导频序列；
更具体的，每个数据块的大小为N，N为1000～10000。
更具体的，导频序列包括k个连续的导频符号，k为50～100。
S2：经过信号传输，对接收端接收到的带损伤的信号与步骤S1加入的相应导频序列进行同步，并进行数据辅助的自适应均衡和载波相位恢复，得到仅存在发射端I/Q时延的接收信号，而后进行定时恢复；
S3：在每个数据块内对接收信号进行分离，得到I路信号和Q路信号；
更具体的，在步骤S3中，将接收信号进行分离的计算公式为：
其中，x(mTS)表示第m个导频符号对应的接收信号，xI(·)表示接收信号的I路信号，即x(·)的实部，xQ(·)表示接收信号的Q路信号，即x(·)的虚部，TS表示采样符号周期，即符号间隔， 表示发射端I/Q时延量。
S4：结合导频序列分别计算I路信号和Q路信号的定时误差值；
更具体的，在步骤S4中，
通过接收端的导频序列和发射端的导频序列错位相乘，得到I/Q两路信号的定时误差值：
eD,I(mTS)＝aI((m-1)TS)xI(mTS)-aI(mTS)xI((m-1)TS)
其中，eD,I(mTS)表示第m个导频符号对应的I路信号的定时误差值，eD,Q(mTS)表示第m个导频符号对应的Q两路信号的定时误差值，aI(·)表示发射信号与导频符号相对应的实部，aQ(·)表示发射信号与导频符号相对应的虚部。
S5：根据导频序列的长度分别计算I路信号和Q路信号的平均定时误差值；
更具体的，在步骤S5中，
I路信号的平均定时误差值为：
Q路信号的平均定时误差值为
其中，eD,I(iTS)表示第i个导频符号对应的I路信号的定时误差值，eD,Q(iTS)表示第i个导频符号对应的Q路信号的定时误差值。
S6：根据I路信号和Q路信号的平均定时误差值得到发射端I/Q时延值。
更具体的，在步骤S6中，发射端I/Q时延值为：
实施例3
一种基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，包括以下步骤：
S1：在发射端，将发射信号分成若干个数据块，并在每个数据块中加入导频序列；
更具体的，每个数据块的大小为N，N为1000～10000。
更具体的，导频序列包括k个连续的导频符号，k为50～100。
S2：经过信号传输，对接收端接收到的带损伤的信号与步骤S1加入的相应导频序列进行同步，并进行数据辅助的自适应均衡和载波相位恢复，得到仅存在发射端I/Q时延的接收信号，而后进行定时恢复；
S3：在每个数据块内对接收信号进行分离，得到I路信号和Q路信号；
更具体的，在步骤S3中，将接收信号进行分离的计算公式为：
其中，x(mTS)表示第m个导频符号对应的接收信号，xI(·)表示接收信号的I路信号，即x(·)的实部，xQ(·)表示接收信号的Q路信号，即x(·)的虚部，TS表示采样符号周期，即符号间隔， 表示发射端I/Q时延量。
S4：结合导频序列分别计算I路信号和Q路信号的定时误差值；
更具体的，在步骤S4中，
通过接收端的导频序列和发射端的导频序列错位相乘，得到I/Q两路信号的定时误差值：
eD,I(mTS)＝aI((m-1)TS)xI(mTS)-aI(mTS)xI((m-1)TS)
其中，eD,I(mTS)表示第m个导频符号对应的I路信号的定时误差值，eD,Q(mTS)表示第m个导频符号对应的Q两路信号的定时误差值，aI(·)表示发射信号与导频符号相对应的实部，aQ(·)表示发射信号与导频符号相对应的虚部。
S5：根据导频序列的长度分别计算I路信号和Q路信号的平均定时误差值；
更具体的，在步骤S5中，
I路信号的平均定时误差值为：
Q路信号的平均定时误差值为
其中，eD,I(iTS)表示第i个导频符号对应的I路信号的定时误差值，eD,Q(iTS)表示第i个导频符号对应的Q路信号的定时误差值。
S6：根据I路信号和Q路信号的平均定时误差值得到发射端I/Q时延值。
更具体的，在步骤S6中，发射端I/Q时延值为：
更具体的，还包括以下步骤：利用离散傅里叶变换时移特性对I/Q两路信号分别进行定时误差补偿操作，合并定时误差补偿后的I/Q两路信号即得到发射端I/Q时延补偿后的信号。
更具体的，
I路信号通过定时误差补偿后调整为：
Q路信号通过定时误差补偿后调整为：
其中，fft(·)表示快速傅里叶变换函数，ifft(·)表示逆傅里叶变换函数。
更具体的，通过以下公式得到补偿发射端I/Q时延后的信号：
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在发射端，将发射信号分成若干个数据块，并在每个数据块中加入导频序列；所述导频序列包括k个连续的导频符号，k为50～100；
S2：经过信号传输，对接收端接收到的带损伤的信号与步骤S1加入的相应导频序列进行同步，并进行数据辅助的自适应均衡和载波相位恢复，得到仅存在发射端I/Q时延的接收信号，而后进行定时恢复；
S3：在每个数据块内对接收信号进行分离，得到I路信号和Q路信号；
S4：结合导频序列分别计算I路信号和Q路信号的定时误差值，具体为通过接收端的导频序列和发射端的导频序列错位相乘，得到I/Q两路信号的定时误差值：
eD，I(mTS)＝aI((m-1)TS)xI(mTS)-aI(mTS)xI((m-1)TS)
其中，eD,I(mTS)表示第m个导频符号对应的I路信号的定时误差值，eD,Q(mTS)表示第m个导频符号对应的Q两路信号的定时误差值，aI(·)表示接收信号与导频符号相对应的实部，aQ(·)表示接收信号与导频符号相对应的虚部，xI(·)表示接收信号的I路信号，xQ(·)表示接收信号的Q路信号，TS表示采样符号周期，即符号间隔，表示发射端I/Q时延量；
S5：根据导频序列的长度分别计算I路信号和Q路信号的平均定时误差值；
S6：根据I路信号和Q路信号的平均定时误差值得到发射端I/Q时延值。
2.根据权利要求1所述的基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，其特征在于，每个数据块的大小为N，N为1000～10000。
3.根据权利要求1所述的基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，其特征在于，在步骤S3中，将接收信号进行分离的计算公式为：
其中，x(mTS)表示第m个导频符号对应的接收信号，xI(·)表示接收信号的I路信号，xQ(·)表示接收信号的Q路信号，TS表示采样符号周期，即符号间隔， 表示发射端I/Q时延量。
4.根据权利要求1所述的基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，其特征在于，在步骤S5中，
I路信号的平均定时误差值为：
Q路信号的平均定时误差值为
其中，eD,I(iTS)表示第i个导频符号对应的I路信号的定时误差值，eD,Q(iTS)表示第i个导频符号对应的Q路信号的定时误差值。
5.根据权利要求4所述的基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，其特征在于，在步骤S6中，发射端I/Q时延值为：
6.根据权利要求5所述的基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，其特征在于，还包括以下步骤：利用离散傅里叶变换时移特性对I/Q两路信号分别进行定时误差补偿操作，合并定时误差补偿后的I/Q两路信号即得到发射端I/Q时延补偿后的信号。
7.根据权利要求6所述的基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，其特征在于，
I路信号通过定时误差补偿后调整为：
Q路信号通过定时误差补偿后调整为：
其中，fft(·)表示快速傅里叶变换函数，ifft(·)表示逆傅里叶变换函数，N表示每个数据块的大小。
8.根据权利要求7所述的基于导频辅助的相干光通信系统发射端I/Q时延监测方法，其特征在于，通过以下公式得到补偿发射端I/Q时延后的信号：
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