[发明专利]用于自适应均衡器系数更新的无需频差相差反馈的LMS方法

说明书

本发明公开了一种用于自适应均衡器系数更新的无需频差相差反馈的LMS方法，涉及相干光通信技术领域。该LMS方法包括以下步骤：对自适应均衡器的X偏振接收信号和Y偏振接收信号进行时域均衡；定义上述时域均衡的误差公式；根据上述误差定义，使用梯度算法更新自适应均衡器系数，以保证自适应均衡器持续跟踪偏振态的变化，且无需频差与相差的反馈。本发明能使自适应均衡器系数的更新不再依赖频差与相差的反馈，即使遇到极端的偏振态变化，相干光通信系统也能正确跟踪，保证了系统的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及相干光通信技术领域，具体来讲是一种用于自适应均衡器系数更新的无需频差相差反馈的LMS(Least mean square，最小均方)方法。

背景技术

相干光通信的理论和实验始于80年代。相干光通信系统被公认为具有灵敏度高、频率选择性好、频谱效率高的特点，这些特点有利于通信容量的提高。另外，在相干光通信中，色散与偏振模色散对信号的损伤都为线性损伤，此时通信信道可建模为线性时不变系统，故通过适度复杂的DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)技术就可以补偿线性损伤，从而使得困扰业界的色散问题变得相对容易解决。而在40G、100G光通信时代，相干光通信与数字信号处理技术相结合，并取得巨大商业成功。综合考虑谱效率与光信噪比容限的要求，100G商用系统采用的是基于相干光通信的PM-QPSK(PolarizationMultiplexed Quadri Phase Shift Keying，偏振复用四相移键控)技术。

由于电子技术的进步，使得DSP的成本大为降低，新一代的相干光通信系统普遍引入DSP技术。在使用本征光载波解调信号光后，再使用ADC(Analog-Digital Converter，模数转换器)采样解调后的电子信号，最后进行数字信号处理。参见图1所示，相干光通信接收机的数字信号处理的流程一般为：色散补偿→时钟恢复→自适应均衡→载波恢复(频差估计与补偿)→载波恢复(相差估计与补偿)→码元判决。

自适应均衡器为数字信号处理的主要组成部分，起到偏振解复用与残余色散补偿作用，通常由线性均衡器与自适应均衡系数更新算法组成。相干光通信使用的是2×2多入多出自适应均衡器，输出均衡后的两个偏振信号。

目前，较流行的可用于PM-QPSK的自适应均衡系数更新算法为CMA(ConstantModulus Algorithms，恒模算法)。因为CMA不需要训练序列，且不需要事先补偿频差，相对简单且具有一定鲁棒性，被主流商用系统广泛采用。恒模算法的误差定义公式为：

其中，为自适应均衡器的X端口输出，为自适应均衡器的Y端口输出，||为取模计算，1为设定的恒模大小，n为数据序列号。自适应均衡器的系数更新公式根据公式(1)、(2)所给出的误差公式由梯度算法得出。

但是，CMA算法利用的是QPSK(Quadri Phase Shift Keying，四相移键控)信号的恒模特点，无法辨别所跟踪的偏振态，所以算法可能会错误收敛，使自适应均衡器的两个输出都输出一个偏振态。当出现偏振态快速变化时，如架空光缆在台风下剧烈晃动时，CMA可能会丢失所跟踪的偏振态，并错误收敛到均衡器的两个输出都输出一个偏振态，带来系统崩溃。

而作为改进的基于训练序列的LMS(Least mean square，最小均方)算法，由于使用的一阶统计量，可以比CMA跟踪更快的偏振变化。并且，由于训练序列的导引作用，自适应均衡器会输出所用训练序列所对应的偏振态。但是，在相干光通信系统中，由于用于解调的本地激光器与发端激光器存在频差与相差，所以在使用LMS算法时，必须从其后的频差与相差补偿模块引入频差与相差反馈用于误差信号的计算，其具体的误差计算公式为：