WO2014183699A1 - 光相干通信中色散估计方法及装置 - Google Patents

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polarization directions
domain data
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姚扬中
李强
李运鹏
顾国华
任薇
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中兴通讯股份有限公司
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    • H04B10/6163Compensation of non-linear effects in the fiber optic link, e.g. self-phase modulation [SPM], cross-phase modulation [XPM], four wave mixing [FWM]

Definitions

  • the present invention relates to the field of chromatic dispersion estimation techniques in optical coherent communication, and in particular, to a scatter estimation method and apparatus in optical coherent communication.
  • digital coherent reception technology Compared with non-coherent technology, digital coherent reception technology has the following advantages: Optical signal-to-noise ratio (OSNR) gain of about 3dB; easy use of electrical equalization technology to cope with channel changes, reduce cost, etc.; Modulation techniques and polarization multiplexing to increase transmission capacity. Therefore, digital coherence technology is considered to be a key technology for high-speed optical communication systems.
  • OSNR Optical signal-to-noise ratio
  • the optical coherent receiver by mixing the signal light and the local oscillator light, the amplitude and phase information of the signal light is moved to the baseband signal, so the optical coherent detection preserves all the information of the optical field, and the digital signal processing technology can be utilized.
  • the advantages of features and performance. ⁇ Power equalization technology can almost completely compensate for linear distortion of optical signals, such as compensated chromatic dispersion (CD), polarization mode dispersion (PMD), and so on.
  • Figure 1 (a) is a block diagram of a typical digital coherent receiver.
  • the received optical signal is split into two polarization states that are orthogonal to each other by a polarization beam splitter (PBS).
  • PBS polarization beam splitter
  • the PBS outputs a polarized light signal through 90.
  • the optical mixer mixes with the local oscillator signal.
  • the mixed optical signal is converted to a baseband electrical signal by a balanced photodetector.
  • the photoelectrically converted electrical signal has two signals for each polarization state, but the four signals do not correspond to the original four signals, because after the transmission channel, there is crosstalk between the two polarization states, and the polarization state also rotates.
  • the photoelectrically converted electrical signal is converted to a digital signal by the ADC.
  • the digital signal processing technology can be used to process the ADC into a digital signal.
  • the digital signal processing part includes IQ Skew compensation, IQ imbalance compensation, dispersion (CD) compensation, dispersion estimation, clock recovery, polarization demultiplexing, carrier recovery, decision detection. Test and so on.
  • the IQ Skew adjusts the delay of the 4-way signal, and solves the four-way signal delay of the photoelectric conversion front end to restore the adjusted phase, and provides the stable polarization phase data for the subsequent polarization demultiplexing module.
  • Polarization demultiplexing compensates for residual dispersion and polarization mode dispersion (PMD).
  • Carrier recovery compensating for the problem that the local oscillator light at the receiving end is inconsistent with the carrier optical frequency at the transmitting end.
  • the value of chromatic dispersion (CD) is generally large, and the dispersion of chromatic dispersion and polarization mode dispersion (PMD) is generally completed in two parts.
  • the equalizer here usually cannot use the standard adaptive algorithm. If the update coefficient is compensated, for example, the chromatic dispersion of 40,000 ps/nm is compensated, the number of filter taps is up to several hundred or even thousands, and the fast Fourier transform technique is usually used for frequency domain fast convolution.
  • the dispersion compensation module provides the dispersion compensation module with the dispersion value to be compensated.
  • Residual chromatic dispersion and polarization mode dispersion compensation is achieved by a FIR butterfly equalizer, which uses an adaptive algorithm to update the coefficients to track the polarization mode dispersion that compensates dynamically over time.
  • the FIR butterfly equalizer is also known as polarization demultiplexing.
  • the FIR butterfly adaptive equalizer has the functions of equalization, matched filtering and sample position adjustment. When the range of the sample position is too large, or the frequency deviation of the sample is present, the phase variation range of the sample exceeds the adjustment range of the FIR butterfly adaptive equalizer, which may cause the FIR butterfly adaptive equalizer to malfunction.
  • a clock recovery module needs to be placed before the FIR butterfly equalizer.
  • the clock is recovered, the sampling time error of the input symbol is estimated, and the sampling time of the symbol is interpolated, or the ADC sampling frequency is adjusted by the VCO to ensure a stable symbol sampling phase.
  • Clock recovery phase detectors need to be able to tolerate certain signal distortions, whereas traditional clock recovery typically only tolerates very small dispersion. In order not to increase the complexity of the clock recovery module, and currently lacking a clock recovery method that tolerates large residual dispersion values, accurate dispersion compensation is required.
  • the method for performing feedback control of a variable dispersion compensator using transmission quality information changes the dispersion compensation filter by a dispersion step of a certain step size.
  • the amount of dispersion compensation until the system converges.
  • the search process is slow and has low precision.
  • the fiber link is affected by changes in ambient temperature, and the link dispersion value also changes slowly.
  • the search-based dispersion estimation method of the related art makes it difficult to judge the slow variation of the dispersion value during the operation. Summary of the invention
  • the technical problem to be solved by the embodiments of the present invention is to propose a scatter estimation method and apparatus for optical coherent communication to improve the accuracy and efficiency of dispersion measurement.
  • a method for estimating dispersion in optical coherent communication comprising:
  • the step of performing fast Fourier transform on the IQ unbalanced data to obtain frequency domain data of two polarization directions includes:
  • Frequency domain data Take the spectrum of two non-orthogonal signals in the polarization direction according to the following formula to obtain two polarization directions.
  • the step of performing fast Fourier transform on the IQ unbalanced data to obtain frequency domain data of two polarization directions includes:
  • the frequency domain data of two polarization directions is obtained by using a frequency domain fast convolution transform or a fast Fourier transform transform.
  • the autocorrelation sequence interval of the frequency domain data of the two polarization directions is a baud rate; and the autocorrelation sequence is respectively obtained for the frequency domain data of the two polarization directions, to obtain frequency domain data of two polarization directions.
  • the respective values of the two step autocorrelation sequence comprises: according to the following equation, the frequency-domain data for the speech frequency in both polarization directions' Yl seeking autocorrelation sequence spectrum requirements autocorrelation sequence 1 ⁇ 2
  • the steps of performing the inverse inverse Fourier transform on the values of the two autocorrelation sequences respectively to obtain two inverse Fourier transform results include:
  • the step of adding the two squared results to obtain a sum of the squared results [ ⁇ ] comprises: obtaining a sum of the squared results according to the following formula:
  • the method further comprising: interpolation formula preclude the use of the index '' corrected Alternatively, preclude the use of interpolation formula '3 ⁇ 4
  • the steps of performing the correction include: correcting the index 3 ⁇ 4 according to the following parabolic interpolation formula, and obtaining the corrected result: r _ — 1 ⁇ —P[? 3 ⁇ 4 + 1]
  • the step of estimating the fiber link dispersion value according to the index of the maximum value comprises: calculating the fiber link dispersion value CD according to the following formula:
  • a dispersion estimating apparatus for optical coherent communication comprising a dispersion compensation unit and a dispersion estimation unit, wherein:
  • the dispersion compensation unit is configured to: perform imbalance compensation on the IQ, and perform fast Fourier transform on the data after the IQ imbalance compensation to obtain frequency domain data of two polarization directions;
  • the chromatic dispersion estimating unit includes a first module, a second module, and a third module, where: the first module is configured to: respectively obtain an autocorrelation sequence for the frequency domain data of two polarization directions, to obtain two polarization directions The frequency domain data corresponding to the values of the two autocorrelation sequences;
  • the second module is configured to: perform fast inverse Fourier transform on the values of the two autocorrelation sequences respectively to obtain two inverse Fourier transform results; separately obtain two fast inverse Fourier transform results The square of the modulus, the two squared results are obtained; the two squared results are added to obtain the squared result
  • the third module is configured to: average the sum of the obtained modular squared results for the data obtained by the plurality of IQ imbalance compensations to obtain a dispersion objective function; and obtain an index of the maximum value of the dispersion target function ⁇ , according to the The index "' estimates the fiber link dispersion value.
  • the dispersion compensation unit is configured to perform fast Fourier transform on the IQ unbalanced data according to the following manner to obtain frequency domain data of two polarization directions:
  • the first module is configured to separately obtain the autocorrelation sequence from the frequency domain data of the two polarization directions according to the following manner, and obtain values of two autocorrelation sequences corresponding to the frequency domain data of the two polarization directions: according to the following equation, the frequency-domain data for the two polarization directions of the autocorrelation sequence required spectral 3 ⁇ 4 l M, spectrum 'i3 ⁇ 4 seeking autocorrelation sequence ⁇ , wherein the frequency-domain data baud interval autocorrelation sequence:
  • the second module is configured to perform fast inverse Fourier transform on the values of the two autocorrelation sequences respectively to obtain two inverse Fourier transform results:
  • the second module is configured to add the two modular squared results as follows to obtain a sum of the modular squared results ⁇ 111 :
  • the dispersion estimating unit further comprises a correction module, wherein: the correction module is configured to: correct the index by using an interpolation formula.
  • the correction module is configured to correct the index ' 3 ⁇ 4 according to a parabolic interpolation formula as follows:
  • the third module is configured to estimate the fiber link dispersion value according to the index by: calculating the fiber link dispersion value according to the following formula:
  • the dispersion compensation unit is configured to compensate the IQ imbalance after the following manner
  • the fast Fourier transform is used to obtain the frequency domain data of two polarization directions:
  • the frequency domain data is obtained by using the frequency domain speed convolution transform for the data after the IQ imbalance compensation.
  • the chromatic dispersion estimating unit further includes: a Fourier transform module, and using the fast Fourier transform on the IQ unbalanced data to obtain frequency domain data of two polarization directions.
  • the above technical solution can directly calculate the excellent dispersion without searching, so that the link dispersion value can be quickly estimated when the system is started. During system operation, it is also possible to continue to estimate the link dispersion value and track its changes to provide a guarantee for the dispersion compensation module to accurately compensate for dispersion. Accurate dispersion compensation can be achieved, thereby reducing the complexity of the subsequent clock recovery module and the like. In summary, the above technical solution can estimate the dispersion value very accurately compared with the related technology, and the estimation speed is fast.
  • Figure 1 (a) is a block diagram of a typical digital coherent receiver in the related art
  • FIG. 1(b) is a schematic diagram of digital signal processing in the digital coherent receiver shown in FIG. 1(a);
  • FIG. 2 is a flowchart of dispersion estimation in optical coherent communication according to an embodiment of the present invention;
  • FIG. 3 is a simulation of an embodiment of the present invention; 13 [n graph;
  • FIG. 4 is a simulation ' ⁇ graph of the embodiment of the present invention, wherein the abscissa is represented by a dispersion value;
  • FIG. 5 is a partial enlarged view of the simulation ' ⁇ curve of the embodiment of the present invention;
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a dispersion estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Embodiments of the present invention provide a scatter estimation method in optical coherent communication, as shown in FIG. 2, including the following steps:
  • Step 200 Perform fast Fourier transform FFT on the IQ unbalanced data to obtain frequency domain data in two polarization directions.
  • the dispersion compensation module uses frequency domain velocity convolution techniques to provide frequency domain data to the CD estimation module.
  • the CD estimation module separately performs FFT frequency domain data on the IQ unbalanced time domain signal.
  • Step 201 Acquire an autocorrelation sequence for the frequency domain signals of the two polarization directions respectively, and obtain values of the autocorrelation sequences corresponding to the frequency domain signals of the two polarization directions, wherein the interval for calculating the autocorrelation sequence may be a baud rate.
  • _ according to the following formula for the frequency phrase [ seeking the autocorrelation sequence to find the autocorrelation sequence [3 ⁇ 4] :
  • Step 202 Perform fast inverse Fourier transform on the two autocorrelation sequence values of step 201 to obtain two inverse Fourier transform results.
  • ' is the Fourier change point.
  • Step 203 Calculate the squares of the two inverse Fourier transforms of step 202 respectively to obtain two modular squared results, and add the two squared results to obtain the sum of the squared results.
  • Step 204 performing multiple steps of IQ imbalance compensation data to perform the above steps 201-203, to obtain the sum of multiple modular squared results, for all
  • the sum of the squared results of the moduli is averaged, and the chromatic dispersion objective function is obtained as shown in Fig. 3.
  • the simulation conditions are polarization-multiplexed DQPSK coherent optical communication coefficient, the system bit rate is 112 Gbit/s, the baud rate is 28 Gbaud, and the ADC digital sample rate of the optical digital coherent receiver is twice the compliance rate.
  • the number of Fourier transform points of step 200 is 4096, and the number of inverse Fourier transform points of step 203 is also 4096.
  • the data source used for offline simulation has a chromatic dispersion value of 48000 ps/nm.
  • Step 205 Find an index ⁇ 3 ⁇ 4 of the maximum value of the dispersion target function ⁇ .
  • step 205 it is also possible to correct the £ by interpolation technique, for example, using the following parabolic interpolation formula to correct 3 :
  • the chromatic dispersion value of the data source used for offline simulation is 48000 ps/nm.
  • the integer index is 605
  • the interpolation index is 605.0695.
  • Step 206 Estimate the fiber link dispersion value according to the index of the maximum value of the dispersion objective function ' ⁇ .
  • the dispersion value CD of the fiber link can be estimated by the following formula:
  • the index 605 corresponds to a dispersion value of 47994 ps/nm
  • the corrected precision index 605.0695 corresponds to a dispersion value of 48000 ps/ ⁇ . Description of this issue The dispersion estimation of the illustrated embodiment is highly accurate.
  • the dispersion estimation error of the above technical solution is several ps/nm.
  • the dispersion estimation method of the related art such as the dispersion search method in which the MSE value converges by the adaptive equalizer is the objective function, has an estimation error of several hundred ps/nm.
  • the dispersion estimation error of the technical solution of the present application is improved by hundreds of times compared with the accuracy of the dispersion estimation method of the related art.
  • the excellent dispersion can be directly calculated without searching, so the link dispersion value can be quickly estimated when the system is started.
  • Accurate dispersion compensation can reduce the complexity of the rear clock recovery module.
  • the embodiment of the present invention further provides a chromatic dispersion estimating apparatus for optical coherent communication, as shown in FIG. 6, including at least one processor for performing the chromatic dispersion compensating unit 601 and the chromatic dispersion estimating unit 602, wherein
  • the dispersion compensation unit 601 is configured to: frequency domain data of two polarization directions obtained by fast Fourier transform after IQ imbalance compensation;
  • the dispersion estimating unit 602 is further divided into a first module 6021, a second module 6022, and a third module 6023, where:
  • the first module 6021 is configured to: obtain an autocorrelation sequence for frequency domain data of two polarization directions obtained by fast Fourier transform after IQ imbalance compensation;
  • the first module 6021 described above has a frequency spectrum in the frequency domain data of two polarization directions according to the following formula
  • a ' is an integer not greater than ' 3 ⁇ 4 —, corresponding to the baud rate Frequency index interval.
  • the second module 6022 is configured to: perform fast inverse Fourier transform on the values of the autocorrelation sequence
  • the second module 6022 can separately perform the values of the autocorrelation sequence according to the following formula: Inverse Fourier Transform:
  • the third module 6023 is set to: determine the index ⁇ of the maximum value of the average of the sets of data ⁇ to estimate the fiber chain according to the index '' of the maximum value Road dispersion value.
  • the third module 6023 described above can calculate the fiber link dispersion value according to the following formula:
  • c is the speed of light in the vacuum
  • the wavelength of the optical carrier in vacuum is a5ia is the baud rate.
  • the index n has a correspondence with the dispersion
  • the abscissa in Fig. 3 is represented by dispersion, as shown in Fig. 4.
  • the astigmatism values that can be estimated range from -162 ns/nm to 162 ns/nm. Partially enlarged Fig. 4, Fig. 5 is obtained.
  • the index 605 corresponds to a dispersion value of 47994 ps/nm
  • the corrected precision index 605.0695 corresponds to a dispersion value of 48000 ps/ ⁇ . It is explained that the dispersion estimation accuracy of the embodiment of the present invention is high.
  • the chromatic dispersion estimating unit may further include a correction module 6024 configured to: after the index of the obtained maximum value, correct the interpolation formula pair.
  • a correction module 6024 configured to: after the index of the obtained maximum value, correct the interpolation formula pair.
  • the 3 ⁇ 4> can be modified according to the following parabolic interpolation formula:
  • the first module 6021 in the dispersion estimation unit 602 compensates for IQ imbalance.
  • the frequency domain data of the two polarization directions obtained by the fast Fourier transform may be a dispersion compensation unit, and the IQ imbalance is The compensated data is obtained using frequency domain fast convolution transform. It may also be obtained by the chromatic dispersion estimating unit using an FFT transform.
  • a Fourier transform module may be added to the scatter estimation unit to obtain frequency domain data of two polarization directions by using FFT transform.
  • the above technical solution can directly calculate excellent dispersion without searching, so that the link dispersion value can be quickly estimated when the system is started. During system operation, it is also possible to continue to estimate the link dispersion value and track its changes to provide a guarantee for the dispersion compensation module to accurately compensate for dispersion. Accurate dispersion compensation can be achieved, thereby reducing the complexity of the subsequent clock recovery module and the like.
  • the above technical solution can estimate the dispersion value very accurately compared with the related technology, and the estimation speed is fast. Therefore, the present invention has a strong industrial applicability.

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Abstract

一种光相干通信中色散估计方法及装置,该方法包括:对IQ不平衡补偿后的数据做快速傅立叶变换得到两个偏振方向的频域数据;对所述频域数据求自相关序列,将所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立叶变换,对快速逆傅立叶变换结果求模平方,并将两个偏振方向结果相加,得 Ρ [n];确定多组数据的 P [n]平均值 Ρ ̃[n],求 Ρ ̃[n]的最大值的索引no,根据最大值的索引no估算光纤链路色散值。上述技术方案能够非常精确地估算色散值,且估算速度快。

Description

光相干通信中色散估计方法及装置
技术领域
本发明涉及光相干通信中色散估计技术领域, 尤其涉及一种光相干通信 中色散估计方法及装置。
背景技术
随着互联网流量的增加, 在干线系统的光通信系统中需要更大的容量。 当每波长比特率增加时, 在传输路径上的色度色散, 偏振模色散以及各种非 线性效应的波形失真而导致信息质量的退化变得艮严重。
和非相干技术相比, 数字相干接收技术有如下优点: 大约 3dB的光信噪 比 (OSNR)增益; 可以方便地釆用电均衡技术来应对信道变化, 降低成本等; 可以釆用更高效的调制技术以及偏振复用来提高传输容量。 因此数字相干技 术被认为是高速光通信系统的关键技术。
光相干接收机中, 通过将信号光和本振光进行混频, 信号光的幅度和相 位信息被搬移到基带信号中, 因而光相干检测保留了光场的所有信息, 可以 发挥数字信号处理技术的功能和性能上的优势。 釆用电均衡技术能够近乎完 全地补偿光信号的线性失真, 如补偿色度色散 (CD), 偏振模色散 (PMD)等。
图 1 ( a )为典型的数字相干接收机框图。接收光信号被偏振分光器 (PBS) 分成相互正交的两个偏振态信号。 PBS输出偏振光信号通过 90。光混频器与本 振光信号进行混频。混频后的光信号通过平衡光电检测器转换为基带电信号。 光电转换后的电信号为每个偏振态有两路信号, 但这 4路信号与原始的 4路 信号并不对应, 因为经过传输信道后, 两个偏振态之间有串扰、 偏振态也有 旋转, 所以接收端此处的两个偏振态、 每个偏振态有两路正交信号与发射信 号没有对应关系。光电转换后的电信号通过 ADC转换为数字信号。可以通用 数字信号处理技术对 ADC转换为数字信号进行处理。
数字信号处理部分, 如图 1 ( b )所示, 包括 IQ Skew补偿, IQ不平衡补 偿, 色散 (CD)补偿, 色散估计, 时钟恢复, 偏振解复用, 载波恢复, 判决检 测等。 IQ Skew调整 4路信号的延迟, 解决光电转换前端 4路信号延迟不一 恢复调整釆样相位, 为后面的偏振解复用模块提供稳定釆样相位的数据。 偏 振解复用补偿残余色散和偏振模色散 (PMD)。 载波恢复, 补偿接收端本振光 与发送端载波光频率不一致问题。 其中, 色度色散 (CD)的值一般较大, 色度 色散和偏振模色散 (PMD)的均衡一般分两部分完成, 首先, 补偿静态色散, 这里的均衡器通常不能使用标准的自适应算法进行更新系数, 如补偿 40000ps/nm色度色散, 则滤波器抽头数要达到大几百甚至上千, 通常利用快 速傅立叶变换技术进行频域快速卷积。 由色散估计模块为色散补偿模块提供 要补偿的色散值。
残余的色度色散和偏振模色散的补偿通过 FIR蝶形均衡器来实现, FIR 蝶形滤波器釆用自适应算法对系数进行更新, 以跟踪补偿随时间动态变化的 偏振模色散。 FIR蝶形均衡器又称为偏振解复用。 FIR蝶形自适应均衡器, 有 均衡、 匹配滤波和釆样位置调整的作用。 当釆样位置变化范围过大, 或釆样 频偏存在, 釆样相位变化范围超过 FIR蝶形自适应均衡器调整范围, 会引起 FIR蝶形自适应均衡器无法正常工作。 需要在 FIR蝶形均衡器之前放一个时 钟恢复模块。
时钟恢复, 估计输入符号的釆样时间误差, 并对符号的釆样时间进行插 值调整, 或者通过 VCO调整 ADC釆样频率, 以保证提供稳定的符号釆样相 位。 时钟恢复的鉴相器需要能够容忍一定的信号失真, 而传统的时钟恢复通 常仅能容忍很小的色散。 为了不增加时钟恢复模块的复杂性, 且目前缺少容 忍大残余色散值的时钟恢复方法, 需要精确的色散补偿。
综上所述, 相关技术中提出的利用传输质量信息(如差错率、 Q因数等) 来进行可变色散补偿器的反馈控制的方法, 以一定步长的色散间隔, 改变色 散补偿滤波器的色散补偿量, 直到系统收敛。 系统启动时, 搜索过程是緩慢 的, 且精度低。 再者, 光纤链路受到环境温度变化的影响, 链路色散值也会 发生緩慢变化。 此外, 工作过程中, 相关技术的基于搜索的色散估计方法, 很难判断运行中色散值的緩慢变化。 发明内容
本发明实施例要解决的技术问题是提出一种光相干通信中色散估计方法 及装置, 以提高色散测量精度和效率。
为了解决上述问题, 釆用如下技术方案:
一种光相干通信中的色散估计方法, 包括:
对 IQ 不平衡补偿后的数据做快速傅立叶变换得到两个偏振方向的频域 数据;
对两个偏振方向的所述频域数据分别求自相关序列, 得到两个偏振方向 的频域数据相应的两个自相关序列的值; 将两个所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立叶变换, 得到两个逆傅 立叶变换结果; 对两个快速逆傅立叶变换结果分别求模平方, 得到两个模平方结果; 将这两个模平方结果相加 , 得到模平方结果之和 p w; 针对多个 IQ不平衡补偿后的数据,得到多个模平方结果之和,对所有的
Figure imgf000005_0001
模平方结果之和求平均, 得到色散目标函 ; 求所述色散目标函数 Ρ[Ώ]的最大值的索引 ,根据该索引 估算光纤链路 色散值。 可选地,对 IQ不平衡补偿后的数据做快速傅立叶变换,得到两个偏振方 向的频域数据的步骤包括:
对 IQ不平衡补偿后的两个偏振数据, 分别进行快速傅立叶变换后,按照 如下方式得到两个偏振方向的频域数据; ί]和 ¾ , 其中, .k = it, ... , N - Ί , 为频率索引, 为傅立叶变化点数: 按照如下公式取两个偏振方向非正交的信号的频谱, 得到两个偏振方向 的频域数据:
i Ik] = X k cos 8; + Y[k] sin i - 1,2 其中, =。 二^ 可选地,对 IQ不平衡补偿后的数据做快速傅立叶变换得到两个偏振方向 的频域数据的步骤包括:
使用频域速卷积变换或者快速傅立叶变换变换得到两个偏振方向的频域 数据。
可选地, 两个偏振方向的所述频域数据的自相关序列间隔为波特率; 对两个所述偏振方向的频域数据分别求自相关序列, 得到两个偏振方向 的频域数据相应的两个自相关序列的值的步骤包括: 按照如下公式, 对两个偏振方向的频域数据中的频语' Yl 求自相关序列 对频谱 ½ 求自相关序列
Ct [k] =
Figure imgf000006_0001
[k + fe¾aud] k - 6f ... , K i - 1,2 其中, 不大于 的整数, 为波特率大小对应频率索引
可选地, 将两个所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立叶变换, 得到 两个逆傅立叶变换结果的步骤包括:
按照如下公式,将两个所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立叶变换:
其中 3 Si为傅立叶变化点数。 可选地,将这两个模平方结果相加,得到模平方结果之和 [Ώ]的步骤包括: 按照如下公式得到所述模平方结果之和:
= 一 ― Ϊ
,其中 ' ^为 傅立叶变化点数。 可选地, 求所述色散目标函数 P[n的最大值的索引¾后, 该方法还包括: 釆用插值公式对所述索引"'进行修正。 可选地, 釆用插值公式对' ¾进行修正的步骤包括: 按照如下抛物线插值公式对所述索引 ¾进行修正, 得到修正后的结果: r _ — 1】—P【? ¾ + 1]
H '
· 2(Ρ [ηϋ - 11 - 2P[a0| - P[nc + 1])· 其中, ^为修正后的结果。 可选地, 根据最大值的索引 估算光纤链路色散值的步骤包括: 按照如下公式计算所述光纤链路色散值 CD:
CD =
其中, c为真空中光速, 为光载波在真空中的波长, ^ 为波特率。
一种光相干通信中色散估计装置, 包括色散补偿单元和色散估计单元, 其中:
所述色散补偿单元设置成: 对 IQ进行不平衡补偿, 对 IQ不平衡补偿后 的数据做快速傅立叶变换得到两个偏振方向的频域数据;
所述色散估计单元包括第一模块、 第二模块和第三模块, 其中: 所述第一模块设置成: 对两个偏振方向的所述频域数据分别求自相关序 列, 得到两个偏振方向的频域数据相应的两个自相关序列的值;
所述第二模块设置成: 将两个所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立 叶变换, 得到两个逆傅立叶变换结果; 对两个快速逆傅立叶变换结果分别求 模平方, 得到两个模平方结果; 将这两个模平方结果相加, 得到模平方结果
、 . FW
之和 ;
所述第三模块设置成: 对针对多个 IQ不平衡补偿后的数据,得到的 模平方结果之和求平均, 得到色散目标函数 ; 求所述色散目标函数 ^的 最大值的索引 , 根据该索引"'估算光纤链路色散值。
可选地,所述色散补偿单元设置成按照如下方式对 IQ不平衡补偿后的数 据做快速傅立叶变换, 得到两个偏振方向的频域数据:
对 IQ不平衡补偿后的两个偏振数据, 分别进行快速傅立叶变换后,按照 如下方式得到两个偏振方向的频域数据 ^. ]和 , 其中, k = 0, ... Nm _ 1 , Κ 为频率索引, m为傅立叶变化点数: 按照如下公式取两个偏振方向非正交的信号的频谱, 得到两个偏振方向 的频域数据:
『fcl 二 X L'u + Y\k] sin ί - 1,2 其中,
可选地, 所述第一模块设置成按照如下方式对两个偏振方向的所述频域 数据分别求自相关序列, 得到两个偏振方向的频域数据相应的两个自相关序 列的值: 按照如下公式, 对两个偏振方向的频域数据中频谱 ¾求自相关序列 lM,对频谱' 求自相关序列 ί ,其中,频域数据的自相关序列间隔为波 特率:
Q[¾ 十 k = , ί = 1,2 上式中, 为不大于1 ^— 1 _ h i:l£l的整数, 』为波特率大小对应频率索 引间隔。 可选地, 所述第二模块设置成按照如下方式将两个所述自相关序列的值 分别进行快速逆傅立叶变换, 得到两个逆傅立叶变换结果:
按照如下公式, 将所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立叶变换:
S
Pt M = Xf=1 Q = -lVi ¾j ... , — _ 1.2
其中^ ^为傅立叶变化点数。 可选地, 所述第二模块设置成按照如下方式将这两个模平方结果相加, 得到模平方结果之和^111
Figure imgf000009_0001
按照如下公式对得到所述模平方结果之和
[n] = \Pjnl + ' = - 一 - 1 可选地, 所述色散估计单元还包括修正模块, 其中: 所述修正模块设置成: 釆用插值公式对所述索引 进行修正。 可选地, 所述修正模块设置成按照如下抛物线插值公式对所述索引' ¾进 行修正:
P f?lg _ 1】— P【? ¾ 4- Ϊ]
2( ?ΐ 3 - 1| - 2Ρ[η0| - P[j¾十 1]) 其中, 为修正后的结果。 可选地, 所述第三模块设置成按照如下方式根据所述索引' 估算光纤链 路色散值: 按照如下公式计算所述光纤链路色散值:
其中, c为真空中光速, 为光载波在真空中的波长, 为波特率。 可选地,所述色散补偿单元设置成按照如下方式对 IQ不平衡补偿后的数 据做快速傅立叶变换得到两个偏振方向的频域数据: 对 IQ 不平衡补偿后的数据使用频域速卷积变换得到两个偏振方向的频 域数据。 可选地, 所述色散估计单元还包括: 傅立叶变换模块,对 IQ不平衡补偿后的数据分别使用快速傅立叶变换得 到两个偏振方向的频域数据。
上述技术方案能够直接计算出色散, 无需搜索, 这样系统启动时, 可以 快速估算到链路色散值。 系统运行中, 也可以继续估算链路色散值, 跟踪其 变化, 为色散补偿模块精确补偿色散提供保证。 可以实现精确的色散补偿, 从而可以减小后面时钟恢复模块的复杂性等。 综上所述, 上述技术方案与相 关技术相比, 能够非常精确地估算色散值, 且估算速度快。
附图概述
图 1 ( a )是相关技术中典型的数字相干接收机框图;
图 1 ( b )是图 1 ( a )所示数字相干接收机中数字信号处理原理图; 图 2为本发明实施例的光相干通信中色散估计流程图; 图 3 是本发明实施例的仿真13 [n曲线图; 图 4 是本发明实施例的仿真' ^曲线图, 其中, 横坐标用色散值表示; 图 5 是本发明实施例的仿真' Η曲线的局部放大显示图;
图 6为本发明实施例的色散估计装置示意图。
本发明的较佳实施方式
下文将结合附图对本发明技术方案作进一步详细说明。 需要说明的是, 在不冲突的情况下, 本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。 实施例 1
本发明实施例提供了一种光相干通信中色散估计方法, 如图 2所示, 包 括如下步骤:
步骤 200,对 IQ不平衡补偿后的数据做快速傅立叶变换 FFT得到两个偏 振方向的频域数据。
通常, 色散补偿模块使用频域速卷积技术, 可以为 CD估计模块提供频 域数据。 或者, CD估计模块单独对 IQ不平衡补偿后的时域信号做 FFT得频 域数据。
对于偏振复用数字相干接收机, 有两个正交的偏振态, 分别计算得到频 域信号
X 和 Υ , 。
τ其中, 为频率索引, 为傅立叶变化点数, 频率间隔为 A/ := ' s/Nfft,其 中 为时域了数字信号的釆样间隔。
为了消除偏振模色散的影响, 本发明实施例按照如下公式取两个偏振方 向非正交的信号的频谱 = ] 咽 ^2。 其中, ¾:=
步骤 201, 对两个偏振方向的频域信号分别求自相关序列, 得到两个偏 振方向的频域信号相应的自相关序列的值, 其中, 计算自相关序列的间隔可 为波特率。
该步骤中_; 按照如下公式对频语 [ 求自相关序列 对频语 求 自相关序列 [¾]
¾ Ik] = Xi Ik.4- kbaVi(t] — 0"„ i — 12 其中, 为不大于 — 1_ aud的整数, aud为波特率大小对应频率索引 间隔。
步骤 202, 对步骤 201的两个自相关序列值分别进行快速逆傅立叶变换, 得到两个逆傅里叶变换结果。 其中' 为傅立叶变化点数。
步骤 203 , 对步骤 202的两个逆傅立叶变换结果分别求模平方, 得到两 个模平方结果, 将这两个模平方结果相加, 得到模平方结果之和 ^人
luj = \P, M\L + l »JI; ?Ϊ二 — - i 步骤 204, 将多组 IQ不平衡补偿后的数据执行上述步骤 201-203 , 得到 多个模平方结果之和, 对所有的模平方结果之和求平均, 得到色散目标函数 图 3所示即为所求得的 ^曲线。 仿真条件为, 偏振复用 DQPSK相干光 通信系数, 系统比特率为 112Gbit/s, 波特率为 28Gbaud, 光数字相干接收机 的 ADC釆样速率为两倍符合速率。 步骤 200的傅立叶变化点数为 4096, 步 骤 203的逆傅立叶变换点数也为 4096。 图 3中, 离线仿真所用数据源的色度 色散值为 48000ps/nm。
步骤 205 , 求色散目标函数^的最大值的索引 ί¾
为了提高整数索引¾ '的分辨率, 在步骤 205的操作之后, 还可以通过插 值技术, 对 £进行修正, 例如, 釆用如下抛物线插值公式对 3进行修正:
, 一 [?½— 1】—P【? ¾ + 1]
H '
· 2(Ρ [?ι0 - 11 - 2Ρ[πΌ] - P[nc + 1]) 如图 3所示, 离线仿真所用数据源的色度色散值为 48000ps/nm得到的 曲线, 求得整数索引为 605 , 经插值修正精确索引为 605.0695。
步骤 206, 根据色散目标函数' ^的最大值的索引估算光纤链路色散值。 该步骤中, 可通过下述公式估算出光纤链路的色散值 CD:
Figure imgf000012_0001
U rn ^fba A 其中, c为真空中光速, 为光载波在真空中的波长, isa5id为波特率。 由于 的索引 n与色散有对应关系, 将图 3 中的横坐标用色散表示, 见图 4 所示。 由图 4 可以看出, 可以估计的色散值范围为 -162ns/nm 到 162ns/nm。 将图 4局部放大后, 得图 5。 图 5中, 索引 605对应的色散值为 47994ps/nm, 修正精确索引 605.0695对应的色散值为 48000ps/匪。 说明本发 明实施例色散估计精确度很高。
经过大量数据仿真, 釆用上述技术方案进行色散估计误差为几个 ps/nm。 而相关技术的色散估计方法,如通过自适应均衡器收敛的 MSE值为目标函数 的色散搜索法,估计误差为几百 ps/nm。本申请技术方案的色散估计误差比相 关技术的色散估计方法精度提高上百倍。
另外, 上述技术方案中, 可以直接计算出色散, 无需搜索, 故系统启动 时, 可以快速估算到链路色散值。 系统运行中, 也可以继续估算链路色散值, 跟踪其变化, 为色散补偿模块精确补偿色散提供保证。 精确的色散补偿, 可 以减小后面时钟恢复模块的复杂性等。
实施例 2
本发明实施例还提供了一种光相干通信中色散估计装置, 如图 6所示, 包括至少一个用来执行色散补偿单元 601和色散估计单元 602的处理器, 其 中,
色散补偿单元 601设置成:对 IQ不平衡补偿后经过快速傅立叶变换得到 的两个偏振方向的频域数据;
色散估计单元 602又划分为第一模块 6021、 第二模块 6022和第三模块 6023 , 其中:
第一模块 6021设置成: 对 IQ不平衡补偿后经过快速傅立叶变换得到的 两个偏振方向的频域数据求自相关序列;
上述第一模块 6021 按照如下公式, 对两个偏振方向的频域数据中频谱
'¾'ι ί¾]求自相关序列 对频语 求自相关序列^ ],其中,频域数据的自 相关序列间隔为波特率:
€dk] = i [k]X; [k + kb:aiid] = ©,„., A' i = 12 上式中, A '为不大于'¾— 的整数, 为波特率大小对应频率索 引间隔。
第二模块 6022设置成:将所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立叶变 换,对快速逆傅立叶变换结果求模平方,并将两个偏振方向结果相加, ; 本发明实施例中, 第二模块 6022可以按照如下公式, 将所述自相关序列 的值分别进行 n快速逆傅立叶变换:
其中' 为傅立叶变化点数。 再按照如下公 ^对所述快速逆傅立叶变换结果求模平方, 并将两个偏振 方向结果相加, 得 ΡίΏ :
= "- 2 + \ 2ΜΪ1 = — ¾赚'— - 1 第三模块 6023设置成: 确定多组数据的 ^平均值 求 的最大值 的索引 η 根据最大值的索引'' '估算光纤链路色散值。
上述第三模块 6023可以按照如下公式计算光纤链路色散值:
其中, c为真空中光速, 为光载波在真空中的波长, isa5ia为波特率。 由于 的索引 n与色散有对应关系, 将图 3 中的横坐标用色散表示, 见图 4 所示。 由图 4 可以看出, 可以估计的色散值范围为 -162ns/nm 到 162ns/nm。 将图 4局部放大后, 得图 5。 图 5中, 索引 605对应的色散值为 47994ps/nm, 修正精确索引 605.0695对应的色散值为 48000ps/匪。 说明本发 明实施例色散估计精确度很高。
可选地, 色散估计单元还可以包括修正模块 6024, 该修正模块 6024设 置成: 在求出 的最大值的索引 后, 釆用插值公式对 进行修正。 例如, 可以按照如下抛物线插值公式对所述¾>进行修正:
还要说明的是, 色散估计单元 602中第一模块 6021 , 对 IQ不平衡补偿 后经过快速傅立叶变换得到的两个偏振方向的频域数据求自相关序列时, IQ 不平衡补偿后经过快速傅立叶变换得到的两个偏振方向的频域数据可以是色 散补偿单元,对 IQ不平衡补偿后的数据使用频域速卷积变换得到的。也可以 是由色散估计单元使用 FFT变换得到的。 其中, 由散估计单元使用 FFT变换 得到两个偏振方向的频域数据时, 可在散估计单元中增加傅立叶变换模块, 以使用 FFT变换得到两个偏振方向的频域数据。
上述光相干通信中色散估计装置的其他细节可参见实施例 1 的相应内 容, 在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序 来指令相关硬件完成, 所述程序可以存储于计算机可读存储介质中, 如只读 存储器、 磁盘或光盘等。 可选地, 上述实施例的全部或部分步骤也可以使用 一个或多个集成电路来实现。 相应地, 上述实施例中的各模块 /单元可以釆用 硬件的形式实现, 也可以釆用软件功能模块的形式实现。 本申请不限制于任 何特定形式的硬件和软件的结合。
以上所述, 仅为本发明的较佳实例而已, 并非用于限定本发明的保护范 围。 凡在本发明的精神和原则之内, 所做的任何修改、 等同替换、 改进等, 均应包含在本发明的保护范围之内。
工业实用性 上述技术方案能够直接计算出色散, 无需搜索, 这样系统启动时, 可以 快速估算到链路色散值。 系统运行中, 也可以继续估算链路色散值, 跟踪其 变化, 为色散补偿模块精确补偿色散提供保证。 可以实现精确的色散补偿, 从而可以减小后面时钟恢复模块的复杂性等。 综上所述, 上述技术方案与相 关技术相比, 能够非常精确地估算色散值, 且估算速度快。 因此本发明具有 4艮强的工业实用性。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种光相干通信中的色散估计方法, 包括:
对 IQ 不平衡补偿后的数据做快速傅立叶变换得到两个偏振方向的频域 数据;
对两个偏振方向的所述频域数据分别求自相关序列, 得到两个偏振方向 的频域数据相应的两个自相关序列的值; 将两个所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立叶变换, 得到两个逆傅 立叶变换结果; 对两个快速逆傅立叶变换结果分别求模平方, 得到两个模平方结果; 将这两个模平方结果相加, 得到模平方结果之和 [Ώ]; 针对多个 IQ不平衡补偿后的数据,得到多个模平方结果之和,对所有的 模平方结果之和求平均, 得到色散目标函数 PM; 求所述色散目标函数 1]的最大值的索引 ί¾,根据该索引 估算光纤链路 色散值。
2、 如权利要求 1所述的色散估计方法, 其中, 对 IQ不平衡补偿后的数 据做快速傅立叶变换, 得到两个偏振方向的频域数据的步骤包括:
对 IQ不平衡补偿后的两个偏振数据, 分别进行快速傅立叶变换后,按照 如下方式得到两个偏振方向的频域数据; q i和 ] , 其中, = o, , λ¾ _ 1 , 为频率索引, ¾为傅立叶变化点数: 按照如下公式取两个偏振方向非正交的信号的频谱, 得到两个偏振方向 的频域数据:
¾ [¾] = X [¾] cu Θι + ¥\k] sin 6, i - 1 2 其中, = ί , 2 := ϊ
3、 如权利要求 2所述的色散估计方法, 其中, 对 IQ不平衡补偿后的数 据做快速傅立叶变换得到两个偏振方向的频域数据的步骤包括:
使用频域速卷积变换或者快速傅立叶变换变换得到两个偏振方向的频域 数据。
4、 如权利要求 3所述的色散估计方法, 其中:
两个偏振方向的所述频域数据的自相关序列间隔为波特率; 对两个所述偏振方向的频域数据分别求自相关序列, 得到两个偏振方向 的频域数据相应的两个自相关序列的值的步骤包括: 按照如下公式, 对两个偏振方向的频域数据中的频语' 求自相关序列 ClM,对频语 ί 求自相关序列 [
其中, ^为不大于 ¾1 _ ^ 的整数, ¾5 为波特率大小对应频率索引 间隔。
5、 如权利要求 4所述的色散估计方法, 其中, 将两个所述自相关序列的 值分别进行快速逆傅立叶变换, 得到两个逆傅立叶变换结果的步骤包括: 按照如下公式,将两个所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立叶变换:
Figure imgf000017_0001
其中^ 为傅立叶变化点数。
6、如权利要求 5所述的色散估计方法,其中,将这两个模平方结果相加, 得到模平方结果之和 的步骤包括:
按照如下公式得到所述模平方结果之和: 傅立叶变化点数。
7、如权利要求 6所述的色散估计方法,其中,求所述色散目标函数' ^ 的 最大值的索引 后, 该方法还包括: 釆用插值公式对所述索引 ¾ '进行修正。
8、 如权利要求 7所述的色散估计方法, 其中, 釆用插值公式对 进行修 正的步骤包括: 按照如下抛物线插值公式对所述索引 ¾进行修正, 得到修正后的结果: t — ^: ^ -] ;
· 2(Ρ [πα - 1】 - 2F[¾1 - Ρ[?Ϊ0 + !]) _ 其中, ^为修正后的结果。
Ί、
9、 如权利要求 8所述的色散估计方法, 其中, 根据最大值的索引 ' 0估算 光纤链路色散值的步骤包括: 按照如下公式计算所述光纤链路色散值 CD:
CD = ~ ^ —
其中, c为真空中光速, 为光载波在真空中的波长, /¾sa^为波特率。
10、 一种光相干通信中色散估计装置, 包括色散补偿单元和色散估计单 元, 其中:
所述色散补偿单元设置成: 对 IQ进行不平衡补偿, 对 IQ不平衡补偿后 的数据做快速傅立叶变换得到两个偏振方向的频域数据;
所述色散估计单元包括第一模块、 第二模块和第三模块, 其中: 所述第一模块设置成: 对两个偏振方向的所述频域数据分别求自相关序 列, 得到两个偏振方向的频域数据相应的两个自相关序列的值; 所述第二模块设置成: 将两个所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立 叶变换, 得到两个逆傅立叶变换结果; 对两个快速逆傅立叶变换结果分别求 得到两个模平方结果; 将这两个模平方结果相加, 得到模平方结果
Figure imgf000019_0001
所述第三模块设置成: 对针对多个 IQ不平衡补偿后的数据,得到的 模平方结果之和求平均, 得到色散目标函数' 求所述色散目标函数 々 最大值的索引 ' 根据该索引 估算光纤链路色散值。
11、 如权利要求 10所述的色散估计装置, 其中, 所述色散补偿单元设置 成按照如下方式对 IQ不平衡补偿后的数据做快速傅立叶变换,得到两个偏振 方向的频域数据:
对 IQ不平衡补偿后的两个偏振数据, 分别进行快速傅立叶变换后,按照 如下方式得到两个偏振方向的频域数据; q i和 ] , 其中, = o, , λ¾ _ 1 , 为频率索引, ¾为傅立叶变化点数: 按照如下公式取两个偏振方向非正交的信号的频谱, 得到两个偏振方向 的频域数据:
Figure imgf000019_0002
θ, = 0
其中
12、 如权利要求 11所述的色散估计装置, 其中, 所述第一模块设置成按 照如下方式对两个偏振方向的所述频域数据分别求自相关序列, 得到两个偏 振方向的频域数据相应的两个自相关序列的值: 按照如下公式, 对两个偏振方向的频域数据中频谱 求自相关序列
ClM,对频谱 ί 求自相关序列 其中,频域数据的自相关序列间隔为波 特率: 上式中, ^为不大于 ¾1 _ ¾aU 整数, ¾aud为波特率大小对应频率索 引间隔。
13、 如权利要求 12所述的色散估计装置, 其中, 所述第二模块设置成按 照如下方式将两个所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立叶变换, 得到两 个逆傅立叶变换结果:
按照如下公式, 将所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立叶变换: Pi [ϊΐ] =∑f=1 Q [feje5251^^ ?l = -N^ ^ ^— 1 i - 1.2
其中 为傅立叶变化点数。
14、 如权利要求 13所述的色散估计装置, 其中, 所述第二模块设置成按 照如下方式将这两个模平方结果相加, 得到模平方结果之和
按照如下公式对得到所述模平方结果之和
15、 如权利要求 14所述的色散估计装置, 其中, 所述色散估计单元还包 括修正模块, 其中: 所述修正模块设置成: 釆用插值公式对所述索引 进行修正。
16、 如权利要求 15所述的色散估计装置, 其中, 所述修正模块设置成按 照如下抛物线插值公式对所述索引 ' 进行修正: _ n0—1】— P【3¾ + ί]
Figure imgf000020_0001
其中, ^为修正后的结果。
17、 如权利要求 16所述的色散估计装置, 其中, 所述第三模块设置成按 照如下方式根据所述索引 '"估算光纤链路色散值: 按照如下公式计算所述光纤链路色散值:
其中, c为真空中光速, 为光载波在真空中的波长, ^为波特率。
18、 如权利要求 10至 17中任一项所述的装置, 其中, 所述色散补偿单 元设置成按照如下方式对 IQ 不平衡补偿后的数据做快速傅立叶变换得到两 个偏振方向的频域数据: 对 IQ 不平衡补偿后的数据使用频域速卷积变换得到两个偏振方向的频 域数据。
19、 如权利要求 10至 17中任一项所述的色散估计装置, 其中, 所述色 散估计单元还包括: 傅立叶变换模块,对 IQ不平衡补偿后的数据分别使用快速傅立叶变换得 到两个偏振方向的频域数据。
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