[发明专利]一种分区域的非线性相位噪声恢复方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分区域的非线性相位噪声恢复方法，属于光纤通信系统的范畴。

背景技术

随着通信技术的飞速发展，高清视频和多媒体应用等技术日益流行，最近几年互联网上传输的数据量呈现了飞速增长的趋势。思科公司估计，在2012年以前，全球互联网的流量将增加到每月10亿GB，比目前的流量增加一倍有余，而且不少在线视频网站的流行程度还会进一步增加。在“高清、三维、用户创造内容（UGC）”的驱动下，海量信息的产生引发了“数字洪流”的到来。今后，人类每年将产生超过1000艾字节的数字内容。在数字洪流的冲击下，电信骨干网络的流量将每年以50%～80%的速率增长，而网络流量将呈现出十倍甚至百倍的增长。网络流量的增长需要网络带宽的提高，而网络带宽之所以能够不断提速则是得益于支持光纤网络的光通信技术的发展。因此，超高速、超大容量已成为现在信息传送追求的主要目标。

高阶调制格式和相干接收技术结合是未来提高频谱利用率、增加光纤通信系统传输容量的主要方法之一。目前的相干光通信调制大多采用四相相移键控(QPSK)作为调制格式，为了提高系统的传输容量，可以采用更高阶的调制格式，而16QAM已逐渐成为100Gbit/s及以上速率相干光纤传输系统中采用的重要调制格式。一个16QAM符号携带4比特信息，而一个QPSK符号只携带2比特信息,因此16QAM具有比QPSK更高的谱效率。在相干通信系统中，随着发射功率和传输距离的增加，光纤链路中由克尔效应引起相位噪声成为限制系统性能的关键因素，因而在接收端要得到正确的信息必须使用相位恢复技术。

目前有一些16QAM的相位恢复算法，文献1中的方法是前反馈方法,在该方法中,对各符号的相位估计不依赖于对其他符号的相位估计结果,所以可以并行化,即同时可以用多个数字信号处理单元对多个符号做相位估计，这种并行化可以大大降低对DSP处理速度的要求。文献2中的方法虽然是前馈的，但它是基于预判决(pre-decision)的，对当前符号的相位估计依赖与以前符号的相位估计结果，所以无法并行化。文献3中介绍的方法是盲相位搜索算法（BPS），虽然BPS算法能有效对16QAM信号相位噪声进行补偿且能灵活应用于更高阶的QAM调制中，但它存在一个明显的缺点是计算复杂度较高。

下面对现有技术中文献1的方法进行简单的介绍。

图1示出了理想的没有噪声的16QAM星座。图2示出了对理想16QAM星座点做四次方并保持幅度不变得到的星座点。图3示出了使用文献1的相位恢复装置的处理流程。

如图1所示，16QAM符号具有三种幅度，根据幅值的不同可分为三组。处于内圈上的是第1组点，具有最小幅值R₁；位于中间一圈上的是第2组点，具有中等幅值R₂;位于外圈上的是第3组点，具有最大幅值R₃(R₁<R₂<R₃)。（此处“点”指星座点，是符号在I-Q平面上的表示。根据上下文，本发明实施方法中提到的“点”的含义可以等同于“符号”）。第1、3组点的幅角为（k=0，1，2，3），第2组点的幅角为在对符号进行4次方后，第1、3组点的幅角为π，处于横轴负方向，而第2组点的幅值有两个可能的取值（如图2所示），它们和幅轴负方向的夹角为如图3所示，在文献1的现有的方法中，对于符号块中的各符号，首先进行4次方（步骤301），然后在步骤302根据幅值对该符号进行分组（分为三组）。然后在步骤303的相位估计中，仅利用第1组和第3组的符号。这种相位估计算法，对于每种符号使用相同的相位噪声进行恢复。但实际上,不同幅值的符号的非线性相位噪声不同，所以使用上述方式不能准确的估计相位噪声,特别是在发射功率比较大和传输距离比较长的时候，这种不准确度更加明显。

本发明的发明人在研究发明的过程发现：在一个符号块中，各组间的相位噪声存在一定的关系，本发明利用这个关系式，在单载波系统中，采用一种分区域的非线性相位噪声恢复方法，可以有效地提高相位恢复算法的速度和准确定。

文献1:M.Seimetz,“Performance of coherent optical square16QAM systems based on IQ-transmitters and homodyne receivers with digital phase estimation,”OFC2006,NWA4.