CN115967439A - 光信号损伤提取方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及光通信领域，公开了一种光信号损伤提取方法、装置、电子设备及存储介质。本申请中，光信号损伤提取方法，包括以下步骤：获取接收光混频后I路和Q路的采样数据；对I路和Q路的采样数据进行自适应接收端补偿；其中，自适应补偿包括自适应接收端补偿，和/或，自适应发射端补偿；获取自适应接收端补偿得到的收敛后的各接收均衡抽头系数；根据各接收均衡抽头系数获取I路和Q路的接收端损伤；其中，损伤包括与自适应补偿对应的接收端损伤，和/或，发射端损伤。本申请的光信号损伤提取方法，可以实现自适应补偿skew并提取skew值。

Description

光信号损伤提取方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请实施例涉及光通信领域，特别涉及一种光信号损伤提取方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

在光通信系统当中，相干收发机的前端通常存在着诸如振幅不平衡，相位不平衡以及IQ损伤(skew)等。其中振幅不平衡和相位不平衡可以由的补偿算法施密特正交化过程(Gram-Schmidt Orthogonalization Procedure，简称“GSOP”)来补偿和监测。对IQ skew损伤来讲，主要采用插值的方式来补偿，但由于温度变化器件老化等原因，IQ skew的值是缓慢变化的，静态的插值滤波器无法自适应的对IQ skew进行补偿。对此，又出现了一些自适应补偿skew的均衡方法，包括使用广义线性均衡器对skew进行自适应补偿。

然而现实中我们不仅仅需要补偿掉skew，还希望广义线性均衡器能估计和提取出相应的skew值。

发明内容

本申请实施例的主要目的在于提出一种光信号损伤提取方法、装置、电子设备及存储介质，实现自适应补偿skew并提取skew值。

为实现上述目的，本申请实施例提供了一种光信号损伤提取方法，包括以下步骤：获取接收光混频后I路和Q路的采样数据；对I路和Q路的采样数据进行自适应接收端补偿；其中，自适应补偿包括自适应接收端补偿，和/或，自适应发射端补偿；获取自适应接收端补偿得到的收敛后的各接收均衡抽头系数；根据各接收均衡抽头系数获取I路和Q路的接收端损伤；其中，损伤包括与自适应补偿对应的接收端损伤，和/或，发射端损伤。

为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种光信号损伤提取装置，包括：模拟数字转换器，用于获取接收光混频后I路和Q路的采样数据；广义线性均衡器，用于对I路和Q路的采样数据进行自适应补偿；其中，自适应补偿包括自适应接收端补偿，和/或，自适应发射端补偿；损伤提取模块，用于获取自适应补偿得到的收敛后的各均衡抽头系数，根据各均衡抽头系数获取I路和Q路的损伤；其中，损伤包括与自适应补偿对应的接收端损伤，和/或，发射端损伤。

为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；与至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述的光信号损伤提取方法。

为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的光信号损伤提取方法。

本申请提出的光信号损伤提取方法，通过获取光调制后I路和Q路的采样数据，对所述I路和Q路的采样数据进行自适应补偿，获取所述自适应补偿得到的收敛后的各均衡抽头系数，根据各所述均衡抽头系数获取I路和Q路的损伤，可以在自适应补偿skew后，实现提取I路和Q路的损伤，即的I路和Q路skew值，由于自适应补偿包括自适应接收端补偿，和/或，自适应发射端补偿，因此，提取的I路和Q路的损伤是与自适应补偿对应的接收端损伤，和/或，发射端损伤，实现对I路和Q路的接收端损伤，或者发射端损伤，或者，接收端损伤和发射端损伤进行提取。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明一实施例提供的光信号损伤提取方法流程示意图；

图2是根据本发明一实施例提供的广义线性均衡器结构示意图；

图3是根据本发明一实施例提供的光信号损伤提取装置结构示意图；

图4是根据本发明一实施例提供的电子设备结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本发明的实施例涉及一种光信号损伤提取方法，如图1所示，方法具体包括：

步骤101，获取接收光混频后I路和Q路的采样数据；

步骤102，对I路和Q路的采样数据进行自适应补偿；其中，自适应补偿包括自适应接收端补偿，和/或，自适应发射端补偿；

步骤103，获取自适应补偿得到的收敛后的各均衡抽头系数；

步骤104，根据各均衡抽头系数获取I路和Q路的损伤；其中，损伤包括与自适应补偿对应的接收端损伤，和/或，发射端损伤。

本实施例的光信号损伤提取方法，应用于相干光通信系统的光信号损伤提取装置，光信号损伤提取装置例如由模拟数字转换器(Analog to Digital Converter，简称“ADC”)、均衡器和接收端损伤提取模块组成的数字信号处理(Digital SignalProcessing，简称“DSP”)处理装置中，与相干收发机配合使用。对相干收发机的前端存在的IQ损伤进行补偿和提取，以便后续对IQ损伤进行监测。本实施例的光信号损伤提取方法，可以作用在工厂阶段，用软件或者硬件的方式对光收发端模块skew损伤的标定技术去标定光收发端模块的损伤，或者作为现网中的监测模块来监测网络当中由于模块老化，温度漂移等引起的skew损伤，将其上报给网络管理单元，方便故障诊断和定位，还可以将整套DSP集成作为一种用于现场诊断或者工厂阶段的模块的批量化测试仪器。

其中，一个完整的相干光通信系统包括发射端、接收端以及光纤信道。在发射端，调制器将数据调制到光载波上，通过光纤信道的传输，在接收端对其进行相干检测，利用本地光与接收的信号光(即接收光)进行混频，经过ADC的采样，信号成为离散的数字信号，进行数字信号处理，对信号进行恢复得到传输的数据。

在一些DSP处理装置中，尽管工厂阶段的校准可以抑制以及补偿掉大部分的损伤，但通常情况下均会有这些损伤的残留。同时因为温度变化，器件老化等原因，即便校准的很好的器件也有可能在实际应用过程当中出现这些损伤。光通信系统在低速和低阶调制格式传输的情况下，对这些损伤的容忍度还较高。但随着调制阶数的增加以及调制的波特率增加，这些残存的前端损伤将会造成可观的性能代价。如何监测和补偿收发端损伤是一大挑战。自适应补偿接收端skew的均衡方法主要有三种：一种是基于4x4MIMO均衡器的方法；一种是基于4x2MIMO均衡器的方法；另外一种是广义线性均衡器的方案。其中，基于4x4MIMO以及基于4x2MIMO均衡器补偿接收端skew的均衡方法都可以实现提取接收端skew，但基于广义线性均衡器的补偿接收端skew的均衡方法不像4x4MIMO和4x2MIMO那样直观，难以实现利用广义线性均衡器提取接收端skew。此外发射端的不平衡以及skew损伤也是相干光通信系统中的重要损伤，一般采用预校准的方式来做出厂前的补偿，然而如何在线的补偿发端skew的方法仍是一个问题。目前没有利用广义线性均衡器补偿和监测发射端skew的方法。

本实施例中，通过获取光调制后I路和Q路的采样数据，对I路和Q路的采样数据进行自适应补偿，获取自适应补偿得到的收敛后的各均衡抽头系数，根据各均衡抽头系数获取I路和Q路的损伤，可以在自适应补偿skew后，实现提取I路和Q路的损伤，即的I路和Q路skew值，由于自适应补偿包括自适应接收端补偿，和/或，自适应发射端补偿，因此，提取的I路和Q路的损伤是与自适应补偿对应的接收端损伤，和/或，发射端损伤，实现对I路和Q路的接收端损伤，或者发射端损伤，或者，接收端损伤和发射端损伤进行提取。

下面对本实施例的光信号损伤提取方法实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

在步骤101中，DSP处理装置获取接收光混频后I路和Q路的采样数据。具体地，I路和Q路的采样数据是经过模数转换器即ADC输出的二倍采样数据。在接收光输入ADC前，接收光需要经过90度混频器的进行混频得到接收光的I路信号和Q路信号，从而经过ADC采样后得到两路信号的采样数据。

在步骤102中，DSP处理装置对I路和Q路的采样数据进行自适应补偿。其中，自适应补偿包括自适应接收端补偿，和/或，自适应发射端补偿。具体地，使用广义线性均衡器对两路采样数据进行的损伤补偿，广义线性均衡器将两路复信号，求取共轭，然后将复信号以及其共轭项作为4x2MIMO均衡器的输入，从而补偿掉损伤。其中，广义线性均衡器可以由Volterra后向逆均衡器一阶变型得到，可以对信号的线性损伤和IQ不平衡即IQ损伤进行补偿处理。

在步骤103中，DSP处理装置获取自适应补偿得到的收敛后的各均衡抽头系数。

在一个例子中，如图2所示，是一个广义线性均衡器结构，x(k)和y(k)为输入的信号序列，通过共轭操作()^*得到其共轭项x^*(k)和y^*(k)，h_pq为联接输入q和输出p的均衡器系数，其中q∈{x,y,x^*,y^*},p∈{x,y}。其中，如图所示，各均衡抽头系数包括：h_xx、h_xy、h_yx、h_yy、h_xx*、h_xy*、h_yx*和h_yy*，分别根据下式的迭代结果得到：

h_xx(k+1)＝h_xx(k)+μe_x(k)x^*(k)

h_xy(k+1)＝h_xy(k)+μe_x(k)y^*(k)

其中，x(k)和y(k)为输入的信号序列，x^*(k)和y^*(k)分别是x(k)和y(k)的共轭项，0<μ<1是迭代步长，e_x和e_y是误差准则，其计算可以根据不同的调制格式和算法架构来选择，例如对PDM-nPSK这类的横模调制格式我们可以选择CMA算法，其误差函数计算可以写为：

如果对于PDM-8QAM，PDM-16QAM以及PDM-32QAM等调制格式，可以考虑径向判决算法(RDE)：

其中R_x(k)以及R_y(k)是RDE算法的判决半径。此外常见的DD-LMS等等算法亦可以用系数的升级迭代，其主要的区别在于误差准则的选择。

在步骤104中，DSP处理装置根据各均衡抽头系数获取I路和Q路的损伤。

在一个例子中，根据各均衡抽头系数获取I路和Q路的损伤，具体为：对各均衡抽头系数进行傅里叶变换，根据傅里叶变换结果分别计算I路和Q路幅角，对I路和Q路幅角分别进行频率求导得到I路和Q路的损伤。

进一步地，DSP处理装置先将收敛之后的均衡抽头系数进行傅里叶变换，得到：

按以下表达式估计接收端IQ skew：

其中，ω是角频率，通过下式计算得到：

ω＝2πf

f＝linspace(-Ntap/2:1:Ntap/2,Ntap).'

*(R_B*r_os/Ntap)

其中Ntap为抽头数，R_B为信号的波特率，r_os为过采样率，对二倍采样信号取值为2,对一倍采样信号，为1，linspace是均分计算。

在一个例子中，在对I路和Q路的采样数据进行自适应补偿之前，方法还包括：对自适应接收端补偿后的I路和Q路的采样数据进行频偏补偿；对频偏补偿后的I路和Q路的采样数据进行载波相位恢复；对I路和Q路的采样数据进行自适应补偿，包括：对I路和Q路的采样数据进行自适应发射端补偿。

其中，DSP处理装置通过配备频偏补偿器，对自适应接收端补偿后的I路和Q路的采样数据进行频偏补偿，通过发射端补偿器，对载波相位恢复后的I路和Q路的采样数据进行自适应发射端补偿，发射端补偿器是可以采用之前接收端补偿器中类似的广义线性盲均衡结构，也可以采用基于导频的广义线性均衡器。

DSP处理装置通过与发射端补偿器连接的发射端损伤提取模块，对各发射均衡抽头系数进行傅里叶变换，根据傅里叶变换结果分别计算I路和Q路幅角，对I路和Q路幅角分别进行频率求导得到I路和Q路的发射端损伤。

本实施例中，通过进行接收端补偿后的采样数据进行频偏补偿和载波相位恢复，对接收端接收过程中的损失进行补偿恢复，将信号采样数据恢复到接收端接收前的状态，因此可以对发射端进行补偿，获取发射端损伤。

在一个例子中，在在对I路和Q路的采样数据进行自适应补偿后，方法还包括：对自适应补偿后的I路和Q路的采样数据进行解映射和比特出错概率(Bit Error Ratio，简称“BER”)计算。通过对自适应补偿后的I路和Q路的采样数据进行解映射和BER计算，可以恢复得到无损伤的信号，提高信号传输的准确度。

本申请中，提出频域广义线性均衡器。相对于时域广义线性均衡器具有更低的复杂度。相对于传统的2x2 MIMO均衡器，除了继承偏振解复用和偏振模色散的补偿功能外，具备了相干收发机前端损伤(振幅不平衡，相位不平衡以及IQ skew)的补偿能力；第二，针对广义线性均衡器(无论时域还是频域)，提出了一种色散预补偿的架构，在该色散预补偿架构下，可以保证广义线性均衡器在较少均衡抽头数的情况下即可以实现对收发机前端损伤的补偿，保留其将损伤完全补偿掉的能力。

本发明的实施例还涉及一种光信号损伤提取装置，包括：

模拟数字转换器301，用于获取接收光混频后I路和Q路的采样数据；

广义线性均衡器302，用于对I路和Q路的采样数据进行自适应补偿；其中，自适应补偿包括自适应接收端补偿，和/或，自适应发射端补偿；

接收端损伤提取模块303，即，接收端skew提取模块，用于获取自适应补偿得到的收敛后的各均衡抽头系数，根据各均衡抽头系数获取I路和Q路的损伤；其中，损伤包括与自适应补偿对应的接收端损伤，和/或，发射端损伤。

在一个例子中，根据各均衡抽头系数获取I路和Q路的损伤，具体为，对各均衡抽头系数进行傅里叶变换；根据傅里叶变换结果分别计算I路和Q路幅角；对I路和Q路幅角分别进行频率求导得到I路和Q路的损伤。

在一个例子中，各均衡抽头系数包括：h_xx、h_xy、h_yx、h_yy、h_xx*、h_xy*、h_yx*和h_yy*，分别根据下式的迭代结果得到：

h_xx(k+1)＝h_xx(k)+μe_x(k)x^*(k)

h_xy(k+1)＝h_xy(k)+μe_x(k)y^*(k)

其中，x(k)和y(k)为输入的信号序列，x^*(k)和y^*(k)分别是x(k)和y(k)的共轭项，0<μ<1是迭代步长，e_x和e_y是误差准则；

对各均衡抽头系数进行傅里叶变换，包括：

根据下式计算得到各均衡抽头系数的各傅里叶变换结果，

根据傅里叶变换结果分别计算I路和Q路幅角，包括：

其中，conj(z)是复数z的共轭，arg(z)是复数z的幅角；

对I路和Q路幅角分别进行频率求导得到I路和Q路的损伤，包括：

其中，ω是角频率。

在一个例子中，装置还包括：

频偏补偿器304，用于对自适应接收端补偿后的I路和Q路的采样数据进行频偏补偿；

载波相位恢复模块305，用于对频偏补偿后的I路和Q路的采样数据进行载波相位恢复。

发射端补偿器306，用于对载波相位恢复后的I路和Q路的采样数据进行自适应发射端补偿；

发射端损伤提取模块307，即，发射端skew提取模块，用于获取自适应补偿得到的收敛后的各发射均衡抽头系数，根据各发射均衡抽头系数获取I路和Q路的发射端损伤。

在一个例子中，如图3所示，装置还包括：

解映射和BER计算模块308，用于对自适应补偿后的I路和Q路的采样数据进行解映射和比特出错概率计算。

本发明的实施例还涉及一种电子设备，如图4所示，包括：至少一个处理器401；与至少一个处理器通信连接的存储器402；其中，存储器402存储有可被至少一个处理器401执行的指令，指令被至少一个处理器401执行上述的任一方法实施例。

其中，存储器402和处理器401采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器401和存储器402的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器401处理的信息通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收信息并将信息传送给处理器401。

处理器401负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器402可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的信息。

本发明的实施例涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。

即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种光信号损伤提取方法，其特征在于，包括：

获取接收光混频后I路和Q路的采样数据；

对所述I路和Q路的采样数据进行自适应补偿；其中，所述自适应补偿包括自适应接收端补偿，和/或，自适应发射端补偿；

获取所述自适应补偿得到的收敛后的各均衡抽头系数；

根据各所述均衡抽头系数获取I路和Q路的损伤；其中，所述损伤包括与所述自适应补偿对应的接收端损伤，和/或，发射端损伤。

2.根据权利要求1所述的光信号损伤提取方法，其特征在于，所述根据各所述均衡抽头系数获取I路和Q路的损伤，包括：

对各所述均衡抽头系数进行傅里叶变换；

根据所述傅里叶变换结果分别计算I路和Q路幅角；

对所述I路和Q路幅角分别进行频率求导得到所述I路和Q路的损伤。

3.根据权利要求2所述的光信号损伤提取方法，其特征在于，各所述均衡抽头系数包括：h_xx、h_xy、h_yx、h_yy、

和

分别根据下式的迭代结果得到：

h_xx(k+1)＝h_xx(k)+μe_x(k)x^*(k)

h_xy(k+1)＝h_xy(k)+μe_x(k)y^*(k)

其中，x(k)和y(k)为输入的信号序列，x^*(k)和y^*(k)分别是x(k)和y(k)的共轭项，0<μ<1是迭代步长，e_x和e_y是误差准则；

对各所述均衡抽头系数进行傅里叶变换，包括：

根据下式计算得到各所述均衡抽头系数的各傅里叶变换结果，

所述根据所述傅里叶变换结果分别计算I路和Q路幅角，包括：

其中，conj(z)是复数z的共轭，arg(z)是复数z的幅角；

所述对所述I路和Q路幅角分别进行频率求导得到所述I路和Q路的损伤，包括：

其中，ω是所述角频率。

4.根据权利要求1所述的光信号损伤提取方法，其特征在于，在所述对所述I路和Q路的采样数据进行自适应补偿之前，所述方法还包括：

对所述自适应接收端补偿后的I路和Q路的采样数据进行频偏补偿；

对所述频偏补偿后的I路和Q路的采样数据进行载波相位恢复；

所述对所述I路和Q路的采样数据进行自适应补偿，包括：对所述I路和Q路的采样数据进行自适应发射端补偿。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光信号损伤提取方法，其特征在于，在所述对所述I路和Q路的采样数据进行自适应补偿后，所述方法还包括：

对所述自适应补偿后的I路和Q路的采样数据进行解映射和比特出错概率计算。

6.一种光信号损伤提取装置，其特征在于，包括：

模拟数字转换器，用于获取接收光混频后I路和Q路的采样数据；

广义线性均衡器，用于对所述I路和Q路的采样数据进行自适应补偿；其中，所述自适应补偿包括自适应接收端补偿，和/或，自适应发射端补偿；

损伤提取模块，用于获取所述自适应补偿得到的收敛后的各均衡抽头系数，根据各所述均衡抽头系数获取I路和Q路的损伤；其中，所述损伤包括与所述自适应补偿对应的接收端损伤，和/或，发射端损伤。

7.根据权利要求6所述的光信号损伤提取装置，其特征在于，所述装置还包括：

频偏补偿器，用于对所述自适应接收端补偿后的I路和Q路的采样数据进行频偏补偿；

载波相位恢复模块，用于对所述频偏补偿后的I路和Q路的采样数据进行载波相位恢复。

8.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至5中任一项所述的光信号损伤提取方法。

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的光信号损伤提取方法。

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