CN116996131A - 一种基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光通信系统技术领域，更具体地，涉及一种基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干系统。通过采用偏振间的Alamouti编码，实现架构层面的简化。经过Alamouti编码后的信号可以实现接收端偏振不敏感接收，因此接收端可以节省一半数量的90°混频器和BPD，并且不需要偏振分束器来将载波和信号分别分成两个正交的偏振态。另外，相比于已有的同源自相干方案，本发明不需要对载波传输支路进行自动偏振追踪和控制，节省了额外的控制模块开销。此外，本发明通过采用DSCM技术来降低接收端色散补偿的复杂度，在节省频偏和相位补偿开销外，进一步降低色散补偿的算法开销。
Description
技术领域
本发明涉及光通信系统技术领域，更具体地，涉及一种基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干系统。
背景技术
为了满足日益增长的数据流量需求，短距离数据中心光互连对大容量传输系统的需求越来越迫切。传统的强度调制直接检测(IM/DD)系统虽然在成本、功耗和系统复杂度上存在优势，但是其只能实现一维调制，并且会受到由色散导致的频率选择性衰落影响，限制了系统的大容量长距离传输。而相干接收技术可以提供更好的接收灵敏度和线性度，并且可调制的维度更多。然而，传统的相干系统的系统复杂度和DSP复杂度高，无法直接应用在短距离光传输场景中。为了简化相干系统的复杂度，基于同源相干的自相干系统被提出，以避免接收端数字信号处理(DSP)中对频偏和相噪的补偿，从而实现接收端DSP的简化。
在同源自相干系统中，接收端的本振光源(LO)来自于发射端用于调制信号的同一个激光器，通过额外增加一路光纤链路来进行传输。然而由发射端传输到接收端的载波在经过传输后，其偏振状态会发生改变，导致接收端某个偏振会出现功率衰落的现象，影响信号的正常接收。为了解决这个问题，需要在载波传输支路中采用自动偏振控制器来实时追踪并控制载波的偏振状态。然而该方案额外增加了一个自动偏振控制模块，通过反馈载波的状态来对载波进行调控，在一定程度上增加了系统的复杂度。
为了避免自动偏振控制器的使用，一种互补偏振分集相干接收机被提出。该方案中，除了传统相干接收机中所包含的两个接收单元外，即两个90°光混频器和四个平衡探测器(BPD)，还引入了第三个用于LO和信号混频的接收单元，以提供互补偏振分集，从而解决传输的LO的偏振衰落问题。为了应对LO的偏振快速变化问题，在接收端DSP中还需采用偏振追踪算法。该方案虽然避免了自动偏振控制器的使用，但是额外增加了一个接收单元，并且增加了接收端DSP的复杂度。在基于互补偏振分集相干接收机的同源自相干方案中，相比于传统的相干接收机，其额外引入了第三个用于LO和信号混频的接收单元来避免偏振衰落现象的出现，增加了接收机的复杂度。同时需要在接收端DSP中采用偏振追踪算法，在一定程度上又引入了DSP的复杂度。除此之外，对于光纤传输中由色散引入的损伤补偿也将是接收端DSP中占比很大的一部分功耗开销。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干系统，简化了相干接收机的架构以及接收端DSP的复杂度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干方法，在发射端数字信号处理DSP中，首先将伪随机比特序列映射成为QAM符号的集合，分别用于每个偏振的数字子载波信号的生成；然后对两个偏振间的子载波信号进行Alamouti编码，并采用根升余弦滤波器对信号进行奈奎斯特整形；接着，将每个偏振上的子载波进行数字子载波复用，最后，对信号进行重采样；在接收端数字信号处理DSP中，首先对采集到的信号进行重采样并进行正交化，然后将各个子载波解复用并进行匹配滤波；接着，进行同步、Alamouti解码和均衡，最后计算误比特率BER。
根据上述技术手段，本发明提出了一种基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干方法，以实现对相干系统架构的简化，并解决同源自相干系统中的偏振衰落问题，以及对光纤色散补偿过程进行简化，进一步降低接收端DSP的复杂度。本发明通过在发射端对两个正交偏振上的信号进行Alamouti编码，使得接收端接收信号时可以实现偏振不敏感，从而避免了偏振衰落的问题，因此，无需对传输载波的支路进行偏振追踪与控制。同时，由于经过编码后的传输可以实现偏振不敏感的接收，接收端只需要接收任意一个偏振即可恢复发射的信号。因此，相比于传统的相干接收机，其相干接收结构可以简化为只需要一个90°光混频器和两个BPD，即节省了一半数目的接收单元，并且不需要偏振分束器，在架构层面对相干接收实现了很大程度的简化。另一方面，通过采用DSCM技术实现对接收端DSP中色散补偿算法的简化，进一步降低接收端DSP算法的复杂度。
进一步地，发射端将激光器产生的光源分成两路，一路用于光信号的调制，另一路将传输到接收端作为本振光源LO；发射端离线的DSP生成两个分别包含四个子载波SC的DSCM信号，经过任意波形发生器AWG进行采样后，由双偏IQ调制器分别调制到正交的X、Y偏振上，由掺铒光纤放大器EDFA放大，然后传输单模光纤SMF；接收端采用另一个EDFA放大传输后的信号，并通过一个可调光衰减器VOA来控制信号的接收功率；在载波传输支路，载波经过光纤传输后也用EDFA放大，然后由一个耦合器将载波和信号进行耦合并接入到一个90°光混频器中，经过两个平衡探测器BPD探测得到信号的实部和虚部；探测得到的信号由示波器Osc进行采集，然后在离线DSP中进行处理。
进一步地，所述的Alamouti编码包括：在第二时刻将在两个偏振间交错重复第一个时刻的信息，第二个时刻X偏振上的信号是第一个时刻Y偏振上的信号的负共轭，第二个时刻Y偏振上的信号是第一个时刻X偏振上的信号的共轭；信号经过光纤传输后，偏振状态会发生变化；信号在接收端的表现形式包括，原先X偏振上的信号会叠加在Y偏振上，同样地，Y偏振上的信号也会叠加在X偏振上，形成X、Y偏振间的串扰。
进一步地，在接收端，信道传输矩阵表示为：H＝[hxx,hxy；hyx,hxx]，则接收信号表示如下：
s'x1＝hxxs1+hxys2
式中，s'x1和s'x2为接收信号的奇数序列和偶数序列；s1和s2为发射端调制在X偏振和Y偏振上的信号；hxx，hxy，hyx，hyy为X信道响应、XY交叉信道响应、YX交叉信道响应和Y信道响应；*表示共轭操作。
进一步地，由于接收到的信号存在偏振间的串扰，通过均衡来实现解偏振串扰和信道均衡；均衡过程表示为：
式中，s'xo和s'xe分别为接收到的信号的奇数序列和偶数序列，wxx、wxy、wyx、wyy分别为四个有限脉冲响应的FIR滤波器，p为一抽头的相位因子，用于补偿由信号和光载波传输距离不匹配引入的相位噪声；*表示共轭操作；sxo和sxe分别为接收信号的奇数序列和偶数序列的均衡结果，为s'xe的共轭。
进一步地，FIR滤波器的抽头系数更新表示为：
其中，μ为调节抽头收敛速度的步长，为s'xo的共轭，eo和ee为误差信号；由下式得到：
eo＝do-sxo
ee＝de-sxe
其中，do和de为判决得到的标准星座点；
对于相位因子p的更新，其更新规则如下：
p1＝p1+μpeo(wxxs'xo)*
其中，μp为控制相位因子收敛快慢的步长；*表示共轭操作。
进一步地，所述的数字子载波复用是将一个大波特率的信号分割成多个小波特率的信号，同时不存在频谱之间的重叠，并且无需保留每个子载波间的保护间隔。
本发明还提供一种基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干系统，包括发射端数字信号处理DSP模块和收端数字信号处理DSP模块；
所述发射端数字信号处理DSP模块用于将伪随机比特序列映射成为QAM符号的集合，分别用于每个偏振的数字子载波信号的生成；然后对两个偏振间的子载波信号进行Alamouti编码，并采用根升余弦滤波器对信号进行奈奎斯特整形；接着，将每个偏振上的子载波进行数字子载波复用，最后，对信号进行重采样；
所述接收端数字信号处理DSP模块，用于对采集到的信号进行重采样并进行正交化，然后将各个子载波解复用并进行匹配滤波；接着，进行同步、Alamouti解码和均衡，最后计算误比特率BER。
根据上述技术手段，相对于目前已被提出的同源自相干方案，本发明能够进一步简化相干接收机的架构以及接收端DSP的复杂度，促进相干技术在短距离光通信场景中的应用。通过采用偏振间的Alamouti编码，实现架构层面的简化。经过Alamouti编码后的信号可以实现接收端偏振不敏感接收，因此接收端可以节省一半数量的90°混频器和BPD，并且不需要偏振分束器来将载波和信号分别分成两个正交的偏振态。另外，相比于已有的同源自相干方案，本发明不需要对载波传输支路进行自动偏振追踪和控制，节省了额外的控制模块开销。此外，本发明通过采用DSCM技术来降低接收端色散补偿的复杂度，在节省频偏和相位补偿开销外，进一步降低色散补偿的算法开销。
进一步地，发射端数字信号处理DSP模块将激光器产生的光源分成两路，一路用于光信号的调制，另一路将传输到接收端作为本振光源LO；发射端离线的DSP生成两个分别包含四个子载波SC的DSCM信号，经过任意波形发生器AWG进行采样后，由双偏IQ调制器分别调制到正交的X、Y偏振上，由掺铒光纤放大器EDFA放大，然后传输单模光纤SMF；接收端数字信号处理DSP模块采用另一个EDFA放大传输后的信号，并通过一个可调光衰减器VOA来控制信号的接收功率；在载波传输支路，载波经过光纤传输后也用EDFA放大，然后由一个耦合器将载波和信号进行耦合并接入到一个光混频器中，经过两个平衡探测器BPD探测得到信号的实部和虚部；探测得到的信号由示波器Osc进行采集，然后在离线DSP中进行处理。
进一步地，所述的Alamouti编码包括：在第二时刻将在两个偏振间交错重复第一个时刻的信息，第二个时刻X偏振上的信号是第一个时刻Y偏振上的信号的负共轭，第二个时刻Y偏振上的信号是第一个时刻X偏振上的信号的共轭；信号经过光纤传输后，偏振状态会发生变化；信号在接收端的表现形式包括，原先X偏振上的信号会叠加在Y偏振上，同样地，Y偏振上的信号也会叠加在X偏振上，形成X、Y偏振间的串扰。
与现有技术相比，有益效果是：本发明通过结合Alamouti编码和DSCM(数字子载波复用)技术，在架构层面和接收端DSP层面对相干系统进行了简化。在架构层面，通过在发射端对两个正交偏振的信号进行Alamouti编码，实现接收端的偏振不敏感接收，因此接收端不需要采用偏振分束器将信号和载波分别分成两个正交的偏振状态，只需要采用一个90°光混频器和两个BPD对信号接收，相比于传统相干接收机结构节省了一半的器件。另外，由于接收端能够实现偏振不敏感的接收，因此对于载波传输支路也不需要增加额外的自动偏振控制模块，在系统架构方面实现了显著的简化。相比于传统相干系统，在同源自相干系统中，LO和调制信号的载波来自于同一个激光器，因此能够有效避免接收端DSP中对频偏和激光器相位噪声的补偿。除此之外，接收端DSP对光纤色散的补偿也将占据很大一部分开销，并且其复杂度与波特率的平方成正比。本发明采用了DSCM技术，通过将一个大波特率的信号分割成几个小波特率的信号，以实现对色散补偿复杂度的降低，从而进一步降低接收端DSP的复杂度。
附图说明
图1是本发明系统装置图与收发端DSP流程。
图2是本发明发射端Alamouti编码后的双偏振信号示意图。
图3是本发明接收信号示意图。
图4是本发明均衡器结构示意图。
图5是常规单载波信号和DSCM信号的示意图，其中，(a)表示单载波信号示意图，(b)表示DSCM信号示意图。
图6是传输载波偏振旋转对BER性能的影响示意图。
图7是背靠背传输时不同OSNR下的BER性能示意图，
图8是40km光纤传输性能比较，(a)表示50Gbaud 4SC-16QAM(b)表示传统50Gbaud16QAM。
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面结合具体实施方式对本发明作在其中一个实施例中说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。
实施例1：
一种基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干方法，在发射端数字信号处理DSP中，首先将伪随机比特序列映射成为QAM符号的集合，分别用于每个偏振的数字子载波信号的生成；然后对两个偏振间的子载波信号进行Alamouti编码，并采用根升余弦滤波器对信号进行奈奎斯特整形；接着，将每个偏振上的子载波进行数字子载波复用，最后，对信号进行重采样；在接收端数字信号处理DSP中，首先对采集到的信号进行重采样并进行正交化，然后将各个子载波解复用并进行匹配滤波；接着，进行同步、Alamouti解码和均衡，最后计算误比特率BER。
其中，发射端将激光器产生的光源分成两路，一路用于光信号的调制，另一路将传输到接收端作为本振光源LO；发射端离线的DSP生成两个分别包含四个子载波SC的DSCM信号，经过任意波形发生器AWG进行采样后，由双偏IQ调制器分别调制到正交的X、Y偏振上，由掺铒光纤放大器EDFA放大，然后传输单模光纤SMF；接收端采用另一个EDFA放大传输后的信号，并通过一个可调光衰减器VOA来控制信号的接收功率；在载波传输支路，载波经过光纤传输后也用EDFA放大，然后由一个耦合器将载波和信号进行耦合并接入到一个90°光混频器中，经过两个平衡探测器BPD探测得到信号的实部和虚部；探测得到的信号由示波器Osc进行采集，然后在离线DSP中进行处理。
如图2和图3所示，给出了Alamouti编码后的信号示意图，其中，第二时刻将在两个偏振间交错重复第一个时刻的信息，如图2所示，第二个时刻X偏振上的信号是第一个时刻Y偏振上的信号的负共轭，图中的*表示共轭操作；第二个时刻Y偏振上的信号是第一个时刻X偏振上的信号的共轭；信号经过光纤传输后，偏振状态会发生变化；信号在接收端的表现形式如图3所示，原先X偏振上的信号会叠加在Y偏振上，同样地，Y偏振上的信号也会叠加在X偏振上，形成X、Y偏振间的串扰。
考虑信道传输矩阵表示为：H＝[hxx,hxy；hyx,hxx]，在接收端，则接收信号表示如下：
式中，s'x1和s'x2为接收信号的奇数序列和偶数序列；s1和s2为发射端调制在X偏振和Y偏振上的信号；hxx，hxy，hyx，hyy为X信道响应、XY交叉信道响应、YX交叉信道响应和Y信道响应；*表示共轭操作。
由公式(1)可知，无论偏振状态如何变化，只需要接收其中任意一个偏振的信号就能恢复出发送的信号，因此，无需对传输载波的偏振状态进行追踪控制，同时能够实现相干接收机的简化，只需要一半数目的器件即可对信号进行接收。
由于接收到的信号存在偏振间的串扰，通过均衡来实现解偏振串扰和信道均衡；其中均衡器的结构如图4所示，均衡过程表示为：
式中，s'xo和s'xe分别为接收到的信号的奇数序列和偶数序列，wxx、wxy、wyx、wyy分别为四个有限脉冲响应的FIR滤波器，p为一抽头的相位因子，用于补偿由信号和光载波传输距离不匹配引入的相位噪声；*表示共轭操作；sxo和sxe分别为接收信号的奇数序列和偶数序列的均衡结果，为s'xe的共轭。
进一步地，FIR滤波器的抽头系数更新表示为：
其中，μ为调节抽头收敛速度的步长，为s'xo的共轭，eo和ee为误差信号；由下式得到：
其中，do和de为判决得到的标准星座点；
对于相位因子p的更新，其更新规则如下：
其中，μp为控制相位因子收敛快慢的步长；*表示共轭操作。
DSCM(数字子载波复用)技术是将一个大波特率的信号分割成多个小波特率的信号，同时不存在频谱之间的重叠，并且无需保留每个子载波间的保护间隔，保证了信号的频谱效率。图5给出了常规单载波信号和DSCM信号的示意图。由于接收端色散补偿的复杂度会与信号波特率呈平方相关，因此，DSCM技术可以实现对接收端DSP中色散补偿复杂度的简化。
实施例2
本实施例提供一种基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干系统，包括发射端数字信号处理DSP模块和收端数字信号处理DSP模块；
所述发射端数字信号处理DSP模块用于将伪随机比特序列映射成为QAM符号的集合，分别用于每个偏振的数字子载波信号的生成；然后对两个偏振间的子载波信号进行Alamouti编码，并采用根升余弦滤波器对信号进行奈奎斯特整形；接着，将每个偏振上的子载波进行数字子载波复用，最后，对信号进行重采样；
所述接收端数字信号处理DSP模块，用于对采集到的信号进行重采样并进行正交化，然后将各个子载波解复用并进行匹配滤波；接着，进行同步、Alamouti解码和均衡，最后计算误比特率BER。
根据上述技术手段，相对于目前已被提出的同源自相干方案，本发明能够进一步简化相干接收机的架构以及接收端DSP的复杂度，促进相干技术在短距离光通信场景中的应用。通过采用偏振间的Alamouti编码，实现架构层面的简化。经过Alamouti编码后的信号可以实现接收端偏振不敏感接收，因此接收端可以节省一半数量的90°混频器和BPD，并且不需要偏振分束器来将载波和信号分别分成两个正交的偏振态。另外，相比于已有的同源自相干方案，本发明不需要对载波传输支路进行自动偏振追踪和控制，节省了额外的控制模块开销。此外，本发明通过采用DSCM技术来降低接收端色散补偿的复杂度，在节省频偏和相位补偿开销外，进一步降低色散补偿的算法开销。
发射端数字信号处理DSP模块将激光器产生的光源分成两路，一路用于光信号的调制，另一路将传输到接收端作为本振光源LO；发射端离线的DSP生成两个分别包含四个子载波SC的DSCM信号，经过任意波形发生器AWG进行采样后，由双偏IQ调制器分别调制到正交的X、Y偏振上，由掺铒光纤放大器EDFA放大，然后传输单模光纤SMF；接收端数字信号处理DSP模块采用另一个EDFA放大传输后的信号，并通过一个可调光衰减器VOA来控制信号的接收功率；在载波传输支路，载波经过光纤传输后也用EDFA放大，然后由一个耦合器将载波和信号进行耦合并接入到一个90°光混频器中，经过两个平衡探测器BPD探测得到信号的实部和虚部；探测得到的信号由示波器Osc进行采集，然后在离线DSP中进行处理。
实施例3
如图1所示，给出了本发明的系统装置图和收发端的DSP流程图。基于上述系统，分别进行了仿真与实验的验证。如图1所示，发射端将激光器产生的光源分成两路，一路用于光信号的调制，另一路将传输到接收端作为LO。发射端，离线的DSP生成两个50Gbaud的四个子载波(SC)的16QAM(4SC-16QAM)信号，经过采样率为64GSa/s的任意波形发生器(AWG)后，由双偏IQ调制器(DP-IQM)分别调制到正交的X、Y偏振上，由掺铒光纤放大器(EDFA)放大，然后传输40km单模光纤(SMF)。接收端采用另一个EDFA放大传输后的信号，并通过一个可调光衰减器(VOA)来控制信号的接收功率。在载波传输支路，载波经过光纤传输后也用EDFA放大至13dBm，然后由一个3dB耦合器将载波和信号进行耦合并接入到一个90°光混频器中，经过两个BPD探测得到信号的实部和虚部。探测得到的信号由采样率为80GSa/s的示波器(Osc)进行采集，然后在离线DSP中进行处理。
(1)发射端DSP
在发射端DSP中，首先将伪随机比特序列映射成为8个16QAM符号的集合，分别用于每个偏振的四个数字子载波信号的生成，每个子载波12.5Gbaud。然后对两个偏振间的子载波信号进行Alamouti编码，并采用滚降因子为0.1的根升余弦滤波器对信号进行奈奎斯特整形。接着将每个偏振上的四个子载波进行复用，合成50Gbaud的4SC-16QAMDSCM信号，然后对信号进行重采样，使其与AWG的采样率匹配。
(2)接收端DSP
在接收端，首先对采集到的信号进行重采样并进行正交化，然后将各个子载波解复用并进行匹配滤波。接着进行同步、Alamouti解码和均衡，最后计算误比特率(BER)。
结果分析
基于图1的系统设置，首先仿真验证了所提出方案的偏振不敏感接收特性。仿真由MATLAB和VPI联合仿真实现。图6给出了在改变载波支路的偏振旋转角度下得到的BER性能，从图中可以看到，无论偏振旋转角度如何变化，50Gbaud 4SC-16QAM信号的BER性能几乎保持不变。
然后研究了50Gbaud 4SC-16QAM信号的实验传输性能，首先在光背靠背传输下测试了不同光信噪比(OSNR)条件下的BER，实验结果如图6所示。图中将50Gbaud 4SC-16QAM信号的传输性能与传统的50Gbaud 16QAM信号进行比较。由图7可知，50Gbaud 4SC-16QAM信号和传统的50Gbaud 16QAM信号的BER曲线基本重合，表现出几乎相同的性能。
接着讨论传输40km光纤的性能。图8分别给出了50Gbaud 4SC-16QAM信号和50Gbaud 16QAM信号传输40km单模光纤后的BER性能。图8(a)比较了50Gbaud 4SC-16QAM信号采用和不采用频域色散补偿算法时的性能，根据实验结果可知，对于50Gbaud 4SC-16QAM信号，在进行频域色散补偿后，大概需要9个抽头的均衡器来达到最优的性能，而在不进行频域色散补偿的情况下，需要11个抽头的均衡器，即只需通过增加两个抽头即可消除色散带来的损伤，大大降低了接收端DSP的复杂度。此外，图8(b)也给出了传统50Gbaud16QAM信号在采用和不采用频域色散补偿时所需要的均衡器抽头长度。从图中可以看到，当采用频域色散补偿时，大概需要35个抽头以达到最优性能，相比于50Gbaud 4SC-16QAM信号，其所需的抽头长度更长。而当不采用频域色散补偿时，所需的抽头长度更长，并且无法达到经过频域色散补偿时的性能。由此可知，采用DSCM技术可以显著降低接收端的DSP的复杂度。
综上所述，通过仿真和实验的验证，所提出的基于Alamouti编码和DSCM技术的简化同源自相干系统可以有效降低相干接收机架构的复杂度和接收端DSP的复杂度，并且能够保证系统性能。
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 (10)
1.一种基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干方法，其特征在于，在发射端数字信号处理DSP中，首先将伪随机比特序列映射成为QAM符号的集合，分别用于每个偏振的数字子载波信号的生成；然后对两个偏振间的子载波信号进行Alamouti编码，并采用根升余弦滤波器对信号进行奈奎斯特整形；接着，将每个偏振上的子载波进行数字子载波复用，最后，对信号进行重采样；在接收端数字信号处理DSP中，首先对采集到的信号进行重采样并进行正交化，然后将各个子载波解复用并进行匹配滤波；接着，进行同步、Alamouti解码和均衡，最后计算误比特率BER。
2.根据权利要求1所述的基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干方法，其特征在于，发射端将激光器产生的光源分成两路，一路用于光信号的调制，另一路将传输到接收端作为本振光源LO；发射端离线的DSP生成两个分别包含四个子载波SC的DSCM信号，经过任意波形发生器AWG进行采样后，由双偏IQ调制器分别调制到正交的X、Y偏振上，由掺铒光纤放大器EDFA放大，然后传输单模光纤SMF；接收端采用另一个EDFA放大传输后的信号，并通过一个可调光衰减器VOA来控制信号的接收功率；在载波传输支路，载波经过光纤传输后也用EDFA放大，然后由一个耦合器将载波和信号进行耦合并接入到一个90°光混频器中，经过两个平衡探测器BPD探测得到信号的实部和虚部；探测得到的信号由示波器Osc进行采集，然后在离线DSP中进行处理。
3.根据权利要求1所述的基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干方法，其特征在于，所述的Alamouti编码包括：在第二时刻将在两个偏振间交错重复第一个时刻的信息，第二个时刻X偏振上的信号是第一个时刻Y偏振上的信号的负共轭，第二个时刻Y偏振上的信号是第一个时刻X偏振上的信号的共轭；信号经过光纤传输后，偏振状态会发生变化；信号在接收端的表现形式包括，原先X偏振上的信号会叠加在Y偏振上，同样地，Y偏振上的信号也会叠加在X偏振上，形成X、Y偏振间的串扰。
4.根据权利要求3所述的基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干方法，其特征在于，信道传输矩阵表示为：H＝[hxx,hxy；hyx,hxx]，在接收端，则接收的信号表示如下：
s'x1＝hxxs1+hxys2
式中，s'x1和s'x2为接收信号的奇数序列和偶数序列；s1和s2为发射端调制在X偏振和Y偏振上的信号；hxx，hxy，hyx，hyy为X信道响应、XY交叉信道响应、YX交叉信道响应和Y信道响应；*表示共轭操作。
5.根据权利要求4所述的基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干方法，其特征在于，由于接收到的信号存在偏振间的串扰，通过均衡来实现解偏振串扰和信道均衡；均衡过程表示为：
式中，s'xo和s'xe分别为接收到的信号的奇数序列和偶数序列，wxx、wxy、wyx、wyy分别为四个有限脉冲响应的FIR滤波器，p为一抽头的相位因子，用于补偿由信号和光载波传输距离不匹配引入的相位噪声；*表示共轭操作；sxo和sxe分别为接收信号的奇数序列和偶数序列的均衡结果，为s'xe的共轭。
6.根据权利要求5所述的基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干方法，其特征在于，FIR滤波器的抽头系数更新表示为：
其中，μ为调节抽头收敛速度的步长，为s'xo的共轭，eo和ee为误差信号；由下式得到：
eo＝do-sxo
ee＝de-sxe
其中，do和de为判决得到的标准星座点；
对于相位因子p的更新，其更新规则如下：
p1＝p1+μpeo(wxxs'xo)*
其中，μp为控制相位因子收敛快慢的步长，*表示共轭操作。
7.根据权利要求1至6任一项所述的基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干方法，其特征在于，所述的数字子载波复用是将一个大波特率的信号分割成多个小波特率的信号，同时不存在频谱之间的重叠，并且无需保留每个子载波间的保护间隔。
8.一种基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干系统，其特征在于，包括发射端数字信号处理DSP模块和收端数字信号处理DSP模块；
所述发射端数字信号处理DSP模块用于将伪随机比特序列映射成为QAM符号的集合，分别用于每个偏振的数字子载波信号的生成；然后对两个偏振间的子载波信号进行Alamouti编码，并采用根升余弦滤波器对信号进行奈奎斯特整形；接着，将每个偏振上的子载波进行数字子载波复用，最后，对信号进行重采样；
所述接收端数字信号处理DSP模块，用于对采集到的信号进行重采样并进行正交化，然后将各个子载波解复用并进行匹配滤波；接着，进行同步、Alamouti解码和均衡，最后计算误比特率BER。
9.根据权利要求8所述的基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干系统，其特征在于，发射端数字信号处理DSP模块将激光器产生的光源分成两路，一路用于光信号的调制，另一路将传输到接收端作为本振光源LO；发射端离线的DSP生成两个分别包含四个子载波SC的DSCM信号，经过任意波形发生器AWG进行采样后，由双偏IQ调制器分别调制到正交的X、Y偏振上，由掺铒光纤放大器EDFA放大，然后传输单模光纤SMF；接收端数字信号处理DSP模块采用另一个EDFA放大传输后的信号，并通过一个可调光衰减器VOA来控制信号的接收功率；在载波传输支路，载波经过光纤传输后也用EDFA放大，然后由一个耦合器将载波和信号进行耦合并接入到一个90°光混频器中，经过两个平衡探测器BPD探测得到信号的实部和虚部；探测得到的信号由示波器Osc进行采集，然后在离线DSP中进行处理。
10.根据权利要求8所述的基于Alamouti编码和数字子载波复用的简化同源自相干系统，其特征在于，所述的Alamouti编码包括：在第二时刻将在两个偏振间交错重复第一个时刻的信息，第二个时刻X偏振上的信号是第一个时刻Y偏振上的信号的负共轭，第二个时刻Y偏振上的信号是第一个时刻X偏振上的信号的共轭；信号经过光纤传输后，偏振状态会发生变化；信号在接收端的表现形式包括，原先X偏振上的信号会叠加在Y偏振上，同样地，Y偏振上的信号也会叠加在X偏振上，形成X、Y偏振间的串扰。
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