[发明专利]基于非线性PCA的调制格式透明的偏振和相位恢复方法

说明书

本发明提供了一种基于非线性PCA的调制格式透明的偏振和相位恢复方法，假设忽略光纤中的偏振模色散和偏振相关损耗，在完全补偿频偏之后，接收信号仅仅收到偏振串扰和相位噪声的影响，将接收信号表示为发射信号的线性混叠，偏振和相位恢复方法是估计逆线性混叠矩阵，从混叠信号中抽取出原始发射信号，将非线性PCA应用于偏振和相位恢复方法。本发明的有益效果是：可以实现调制格式无关的偏振和相位恢复，并且可以避免恒模算法中的奇异性问题，除此之外，本方法对收发机中的IQ不平衡不敏感。

技术领域

本发明涉及光通信，尤其涉及一种基于非线性PCA的调制格式透明的偏振和相位恢复方法。

背景技术

随着数据中心、物联网和5G等技术和业务的快速发展，未来的网络流量需要将呈现动态化、异构化等发展趋势。智能化和弹性化的弹性光网络在这些驱动下将发挥越来越重要的作用。为了平衡系统传输距离和频谱效率，可根据信道条件来自适应调节调制格式和速率的带宽可变收发机已成为弹性化网络中的关键技术之一。在此同时，可进一步增加传输容量的高阶调制格式和偏振复用技术也会在弹性光网络中得到进一步的应用。然而，由于本振光和信号光的相位偏差和光纤中的随机双折射将会引起信号的畸变和两个正交偏振态的相互串扰。如上所述，在弹性光网络中，系统的调制格式会根据信道条件来进行自适应的调节。然而，现在主流的处理方案都是使用依赖于调制格式幅度或星座点等先验信息的补偿方案，并且大部分算法都是两种效应分别补偿。但是，在真实的弹性光网络中，调制格式等信息往往是未可知的，并且独立处理方案也会引入额外的补偿代价。因此，可实现调制格式透明的偏振和相位恢复方案对于弹性光网络是非常重要的。

在目前的相干光网络系统，主流的偏振态恢复方案为恒模算法及其改进方案，相位恢复方案主要是维特比-维特比算法、盲相位搜索算法及其改进方案。为了补偿偏振串扰和相位噪声，两种补偿算法会根据调制信号进行不同的搭配，例如恒模算法和维特比算法一般用于处理mPSK等恒幅值信号，多模算法和盲相位搜索算法一般用于补偿mQAM等多幅值信号。在此同时，这些算法也存在一些本身的不足，例如，恒模算法及其改进算法存在奇异性和收敛速度较慢等问题，维特比-维特比算法的估计精度较低且不适用于高阶调制格式，盲相位搜索算法的计算复杂度较高并且测试相位必须随着调制格式的变化而改变。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于非线性PCA(principalcomponent analysis,主成分分析)的调制格式透明的偏振和相位恢复方法。

本发明提供了一种基于非线性PCA的调制格式透明的偏振和相位恢复方法，假设忽略光纤中的偏振模色散和偏振相关损耗，在完全补偿频偏之后，接收信号仅仅收到偏振串扰和相位噪声的影响，因此，接收信号在数学上表示为：

其中，Z(t)，U(t)，J(t)，θ(t)和n(t)分别代表发射信号，接收信号，信道琼斯矩阵，相位噪声和高斯白噪声，w,T_s,和t分别代表偏振旋转频率，符号周期，偏振仰角以及时间下标；

接收信号表示为发射信号的线性混叠，如下所示：

其中，M(t)代表线性混叠矩阵，偏振和相位恢复方法是估计逆线性混叠矩阵，从混叠信号中抽取出原始发射信号，因此，偏振和相位恢复方法在数学上表示为：

其中，w₁₁,w₁₂,w₂₁和w₂₂为W(t)中的元素；

非线性PCA主要通过最小化接收信号和其重构信号来进行参数更新，表示为：

J₁(W)＝E{|e(t)|²}＝E{|U(t)-W^Hg(Z(t))|²} (4)