CN116131936A - 基于单步插值的软件同步处理的线性光采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及线性光采样技术领域，具体涉及一种基于单步插值的软件同步处理的线性光采样方法，本方法包括如下步骤：获得用于软件同步处理的若干离散采样数据信号x_k；对离散采样数据信号进行快速傅里叶变换后，获得待测信号的频谱信息；通过频谱信息得到采样点数据的粗周期值n₀；在粗周期值的给定位置通过单步插值计算得到补偿误差值δ，对粗周期值进行补偿后得到精确周期n₁，用于进行眼图重构，本发明可以实现待测信号在接收端的精确眼图监测以及星座图的分析，获取待测信号的时域信息，能够在低复杂度的情况下获取待测信号的准确周期信息，缩短了时延，提高了整个线性光采样系统的效率。

Description

基于单步插值的软件同步处理的线性光采样方法

技术领域

本发明涉及线性光采样技术领域，具体涉及一种基于单步插值的软件同步处理的线性光采样方法。

背景技术

随着光纤通信系统的发展以及互联网的快速普及，人们对通信系统的传输容量和传输速率的要求越来越高，而在光信号传输日益高速的情况下，全光采样技术发挥了其重要的作用。不同于传统的电采样，全光采样技术直接在光域上实现光采样过程，脱离了电子器件的限制，为信号速率的提升提供了基础。全光采样又分为非线性光采样和线性光采样。非线性光采样是一种对强度调制信号进行监测的方法，同时需要高非线性材料以及高功率脉冲，具有一定的局限性。而对于线性光采样，利用低重复频率的脉冲信号和待测信号相干混频后，通过低带宽的平衡探测器就可以对其进行接收，这极大的降低了对硬件的要求以及节约了成本。用于混频的脉冲具有脉宽窄的特性，脉冲宽度能到到几皮秒甚至几百飞秒，这种低频又高时间分辨率的脉冲在间隔几个周期对待测信号采样后携带了信号的基本信息。这样，通过后续的接收和数字信号处理后能有效的监控信号的时域信息。

然而，在得到所需的含有待测信号信息的离散采样数据后，还需要找到这些离散数据的精确周期才能恢复信号的清晰眼图，这就需要保证采样频率在采样过程中始终保持一致。用于解决问题的三种常见时钟同步方法有同步采样、异步采样以及软件同步采样，而软件同步采样无需时钟提取电路，通过采样点频谱信息提取出周期信息，但目前想要计算得到精确的周期数，其所采用的算法的计算复杂度较高，使得线性光采样系统的实时采样的时延较长。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单步插值的软件同步处理的线性光采样方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于单步插值的软件同步处理的线性光采样方法，包括如下步骤：

S1、获得用于软件同步处理的若干离散采样数据信号x_k；

S2、对离散采样数据信号进行快速傅里叶变换后，获得待测信号的频谱信息；

S3、通过频谱信息得到采样点数据的粗周期值n₀；

S4、在粗周期值的给定位置通过单步插值计算得到补偿误差值δ，对粗周期值进行补偿后得到精确周期n₁，用于进行眼图重构。

进一步的，步骤S1中离散采样数据信号的获取过程为：首先，待测信号和脉冲光经过偏振分束器分别分为两路偏振信号；其次，待测信号和脉冲光通过90°混频器进行混频后，得到了携带待测信号信息的同向正交信号，该同向正交信号经低带宽的平衡探测器转换为电信号，并通过模数转换得到待处理的图像数字信号；最后，对待处理的图像数字信号进行峰值提取、正交归一化、偏振解复用以及频偏和相位估计处理后，得到若干离散采样数据信号x_k。

进一步的，步骤S2中快速傅里叶变换的表达式表示为：

其中n＝0,1,2…N-1，x_k为离散采样数据信号，N为采样点数。

进一步的，步骤S3中的粗周期值n₀为步骤S2得到的频谱信息中的基波分量对应的横坐标值。

进一步的，步骤S4中的所述给定位置为n₀+0.5、n₀-0.5处进行插值，计算得到补偿误差值δ表示为：

进一步的，步骤S4通过将补偿误差值δ对粗周期值n₀进行补偿修正得到精确周期n₁。

本发明的有益效果是，本发明通过对离散采样数据信号进行快速傅里叶变换获取频谱信息得到粗周期值，并在n₀±0.5处进行单步插值计算得到的补偿误差值对粗周期值进行补偿修正后，得到线性光采样所得的离散数据采样点的精确周期，以实现待测信号在接收端的精确眼图监测以及星座图的分析，获取待测信号的时域信息，能够在低复杂度的情况下获取待测信号的准确周期信息，缩短了时延，提高了整个线性光采样系统的效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的线性光采样系统的基本框图；

图2是本发明实施例提供的单步插值软件同步方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的采样点数据频谱图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

实施例

如图1和图2所示，本实施例提供了一种基于单步插值的软件同步处理的线性光采样方法，包括如下步骤：

S1、获得用于软件同步处理的若干离散采样数据信号x_k；

在本实施方式中，需要先搭建出线性全光采样系统，将所需检测的信号以及低重复频率的脉冲光经过偏振分束器(Polarizing Beam Splitter，PBS)分别分为两路偏振信号，两路偏振信号分别通过90°混频器进行相干混频后，在光域上得到了携带待测信号信息的采样信号(即同向正交信号)。用低重复频率的脉冲光得到的采样信号可以通过低带宽的平衡探测器(Balanced Amplified Photo Detectors，BPD)转换为电信号，再通过模数转换(Analog-to-digital converter，ADC)接收到用于处理的图像数字信号；该信号在经过调制、传输以及接收的过程中会受到不同程度失真和损伤，因此经过BPD光电转换以及ADC采样后的数据需要数字信号处理方法进行补偿；该图像数字信号经过峰值提取、正交归一化、偏振解复用以及频偏和相位估计处理后得到可用于软件同步处理的若干离散采样数据信号的复数信号形式x_k。

所述x_n为离散采样数据的复数信号形式，其表示为：

其中k∈{0,1,2…N-1}；A(k)为采样信号第k个离散点的幅值；f为采样频率；T_c为采样周期时间。

S2、对离散采样数据信号进行快速傅里叶变换后，获得待测信号的频谱信息；

对公式(1)进行快速傅里叶变换，表示为：

其中，N为采样点数。

对公式(2)进行初步化简可得：

其中D为初步化简后的常数部分；

令fNT_c-n＝δ，继续对公式(3)进行化简可得：

根据公式(4)绘制得到离散采样数据信号经快速傅里叶变换后的频谱图，如图3所示。

S3、通过频谱信息得到采样点数据的粗周期值n₀；

通过频谱图可以看到信号的基波以及高次谐波成分，读取基波对应的横坐标值即是当前频谱分辨率下找到的离散数据的周期值n₀，其表达式为

其中f₀为当前分辨率下的基波频率。

但是，由于频谱栅栏效应的影响，此时所得周期值并不准确。利用该周期值进行采样点的周期性叠加会造成误差累积从而使得最终在接收端只能得到信号的模糊眼图。

S4、在粗周期值的给定位置通过单步插值计算得到补偿误差值δ，对粗周期值进行补偿后得到精确周期n₁，用于进行眼图重构。

通过对化简后的公式(4)的给定位置n＝n₀+0.5、n＝n₀-0.5处进行插值，得到：

计算得到补偿误差值表示为：

根据计算得到的补偿误差值，对粗周期值进行补偿修正后得到最终的精确周期，表示为：n₁＝n₀+δ。

最后，将软件同步处理后得到的精确周期用于待测信号眼图的恢复，在接收端实现传输待测信号的眼图重构和星座图分析，得到待测信号的时域信息。

在本实施方式中，首先，需要计算较少符号数(通常为离散数据点数，大概需要几百至几千个点)的快速傅里叶(FFT)变换，得到当前频率分辨率下的粗周期值，对于N个点的离散采样数据点，可以做N个点的FFT变换，复杂度为N*logN。然后，由于得到的粗周期值使得当前分辨率下准确度不够的问题，目前的方法是对根据FFT变换得到的相应频谱图进行进一步细化，从而找到精确周期值，其总的复杂度为NM*log(NM)，其中M为后续频谱细化的点数，通常情况下，一般M要到几千个点数才能比较精确的找到周期值，而本发明的软件同步处理是在当前粗周期值的±0.5处进行插值，最后计算误差值，复杂度为2N+1，其总的复杂度为N*logN+2N+1。相较于目前的软件同步处理，本发明的软件同步处理在达到所需精度的计算下极大的降低了算法的计算复杂度，缩短了时延，提高了整个线性光采样系统的效率。

综上所述，基于单步插值的软件同步处理的线性光采样方法通过对离散采样数据信号进行快速傅里叶变换获取频谱信息得到粗周期值，并在n₀±0.5处进行单步插值计算得到的补偿误差值对粗周期值进行补偿修正后，得到线性光采样所得的离散数据采样点的精确周期，以实现待测信号在接收端的精确眼图监测以及星座图的分析，获取待测信号的时域信息，能够在低复杂度的情况下获取待测信号的准确周期信息，缩短了时延，提高了整个线性光采样系统的效率。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种基于单步插值的软件同步处理的线性光采样方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、获得用于软件同步处理的若干离散采样数据信号x_k；

S2、对离散采样数据信号进行快速傅里叶变换后，获得待测信号的频谱信息；

S3、通过频谱信息得到采样点数据的粗周期值n₀；

S4、在粗周期值的给定位置通过单步插值计算得到补偿误差值δ，对粗周期值进行补偿后得到精确周期n₁，用于进行眼图重构。

2.根据权利要求1所述的基于单步插值的软件同步处理的线性光采样方法，其特征在于，

步骤S1中离散采样数据信号的获取过程为：

首先，待测信号和脉冲光经过偏振分束器分别分为两路偏振信号；

其次，待测信号和脉冲光通过90°混频器进行混频后，得到了携带待测信号信息的同向正交信号，该同向正交信号经低带宽的平衡探测器转换为电信号，并通过模数转换得到待处理的图像数字信号；

最后，对待处理的图像数字信号进行峰值提取、正交归一化、偏振解复用以及频偏和相位估计处理后，得到若干离散采样数据信号x_k。

3.根据权利要求2所述的基于单步插值的软件同步处理的线性光采样方法，其特征在于，

步骤S2中快速傅里叶变换的表达式表示为：

其中n＝0,1,2…N-1，x_k为离散采样数据信号，N为采样点数。

4.根据权利要求3所述的基于单步插值的软件同步处理的线性光采样方法，其特征在于，

步骤S3中的粗周期值n₀为步骤S2得到的频谱信息中的基波分量对应的横坐标值。

5.根据权利要求4所述的基于单步插值的软件同步处理的线性光采样方法，其特征在于，

步骤S4中的所述给定位置为n₀+0.5、n₀-0.5处进行插值，计算得到补偿误差值δ表示为：

6.根据权利要求5所述的基于单步插值的软件同步处理的线性光采样方法，其特征在于，

步骤S4通过将补偿误差值δ对粗周期值n₀进行补偿修正得到精确周期n₁。

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