[发明专利]一种光纤通信系统中发射端的优化设计方法及系统

说明书

本发明公开了一种光纤通信系统中发射端的优化设计方法及系统，通过采集系统性能参数与发射端配置方案信息，并利用机器学习算法建立两者的映射关系，最后结合最优解求解算法，获得系统性能最佳情况下的发射端配置方案。本专利主要从系统配置角度，特别是发射端器件配置角度，结合机器学习算法和最优解求解算法，优化系统整体配置，从而实现提升光纤通信系统性能的目标。本专利所提出的方法可与现有系统进行兼容，发射端和接收端的数字信号处理算法可近乎保持不变，仅仅通过优化系统发射端配置方法，从而实现提升系统性能。

技术领域

本发明属于光纤通信领域，更具体地，涉及一种光纤通信系统中发射端的优化设计方法及系统。

背景技术

随着光纤通信容量不断上升，直调直检系统中单波通信速率可达数百Gb/s，相干系统中单波通信速率可达数Tb/s，在如此高的单波通信速率条件下，发射端的激光器、高频驱动电路、调制器、数模转换器，接收端的光电探测器、模数转换器、跨阻放大器均被设置在非常极限的工作状态，这些器件的配置方法是否最佳，决定着最终光纤通信系统的性能，如通信速率等，能否达到现有器件所能实现的极限。目前，有很多方法集中在发射端或者接收端数字信号处理中，通过采用更复杂的算法，如最大似然判决算法、沃尔泰拉级数均衡器、基于神经网络的均衡器等，对器件非理想所带来的系统性能劣化进行补偿。这些方法在实际系统中较难以实现，目前实际系统中的DSP芯片无法支持过高复杂度的数字信号处理算法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种光纤通信系统中发射端的优化设计方法及系统，旨在从系统角度优化发射端配置方案，结合机器学习算法和最优解求解算法，获得系统性能参数最佳条件下所对应的发射端配置方案，完成系统优化。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种光纤通信系统中发射端的优化设计方法，包括下述步骤：

步骤一、搭建光纤通信系统，确定系统调制格式；

步骤二、在光纤通信系统的发射端，随机选取一组编码输出值，对应该调制格式下所有的符号可能取值，同时随机选取发射端调制器偏置，记该组编码输出值和调制器偏置为发射端配置方案k；

步骤三、在光纤通信系统的接收端采集发射端配置方案k条件下的系统输出性能参数。记为性能参数m；

步骤四、重复步骤二到三，测量大量不同发射端配置方案情况下，系统输出性能参数，至少需要测量1000次以上；

步骤五、利用机器学习，建立发射端配置方案到系统输出性能参数的映射关系；

步骤六、利用最优解求解算法，求解系统输出性能参数取得最佳值所对应的发射端配置方案，完成光纤通信系统的优化设计，提升光纤通信系统的整体性能。

其中，所搭建的光纤通信系统在整个系统优化过程中必须固定。特别的，除发射端配置方案外，发射端的结构、发射端的数字信号处理算法、接收端的结构、接收端的数字信号处理算法、传输链路等必须固定不变。

优选地，随机选取的编码输出值必须一一对应到该系统调制格式下所有的符号可能取值。例如，调制格式定为PAM-4，那么符号取值一共有四种情况，分别记为PAM₁、PAM₂、PAM₃、PAM₄，编码输出值必须将二进制0101数据映射成四种输出值，分别对应PAM₁、PAM₂、PAM₃、PAM₄。

优选地，随机选取调制器偏置时，应在系统正常工作的范围内进行随机选取。

优选地，接收端采集的系统输出性能参数必须能够反应该光纤通信系统的性能。特别的，接收端采集的系统输出性能参数可以是误码率，也可以是时域上处理得到的信噪比，或者是通过光谱仪采集得到的光信噪比等，还可以是上述三种或多种的组合。