[发明专利]一种实现偏振复用信号的解偏与均衡的方法及系统

说明书

本发明公开了一种实现偏振复用信号的解偏与均衡的方法及系统，该方法包括：获取待恢复信号的实时光信号偏振态；根据所述实时光信号偏振态，结合发送端偏振态，计算出偏振态特征值；基于卡尔曼滤波算法，采用所述偏振态特征值，构建偏振旋转矩阵并求逆，然后与待恢复信号左乘，得到恢复信号，实现对待恢复信号的偏振均衡解复用。本发明可实现对由雷击产生高速偏振旋转的有效补偿，减少由雷击带来的性能损失，并且可以实现在通信启动阶段的快速收敛。

技术领域

本发明涉及长距离高速率光通信传输技术领域，特别涉及一种实现偏振复用信号的解偏与均衡的方法及系统。

背景技术

近年来，现场和实验室测量表明，雷电流将引入覆盖周围区域数公里的瞬态电场和磁场，这将在该区域的光缆中引起法拉第磁光效应。沿导体轴产生的磁场会非常迅速地改变光纤中光的偏振状态(SOP)。而且根据华为在德国实验室的研究，在极端条件下，雷击导致的偏振旋转速度可以超过8Mrad/s。

在高速光纤通信系统当中，发送机可采用偏振态复用和先进的调制格式相结合技术来提升系统容量。相应的，接收机就必须能够对偏振态混叠的高阶信号进行偏振均衡解复用。接收端解偏振的方法主要分为两种，第一种是添加外部偏振控制器，最初的偏振控制器跟踪速率较慢，只能跟踪到0.1krad/s，经过近十几年的发展，现在跟踪速率已经可以达到38krad/s，近期更有文章提出了连续偏振态跟踪器，其跟踪速率可以达到56krad/s。在相干光通信系统中，可以在相干接收机中使用数字信号处理的方式来进行偏振态恢复，这种方法的优点是不用增加额外的器件，减少了系统成本。

卡尔曼滤波算法在1960年由Kalman R.E.提出，可以认为维纳滤波器在时域的推广，是解决非平稳信号的滤波问题的强力工具，经过数十年发展已经广泛应用于各个科学领域，包括导航、跟踪、控制、图像处理等。近年来也被应用于光通信领域中。

现有技术一，2010年，T.Marshall提出了用于信号偏振态和相位同时跟踪的扩展卡尔曼算法(EKF)，建立了完整的理论模型，将卡尔曼滤波算法成功的应用到光通信的领域当中。相比于CMA/MMA算法，该算法具有收敛速度快，不存在奇异性，同时可跟踪偏振旋转速率高等优点，实验证明在偏振旋转速率为6.8Mrad/s(QPSK)时可以成功恢复信号的偏振态。其方案预先设定算法初始值为需要算法自适应地实现对偏振态的跟踪。

现有技术二，杨彦甫等提出了半径导向线性卡尔曼算法(RDLKF)解决了频率偏移对解偏算法的影响，具有应用在未来光通信网络中的潜力。RDLKF可以有效跟踪偏振态，偏振复用16QAM调制格式下可跟踪2.5Mrad/s偏振旋转。其方案预先设定算法初始值为[0.50.5 0.5 0.5]，需要算法自适应地实现对偏振态的跟踪。

现有技术三，张晓光等提出的基于偏振特征提取的联合均衡卡尔曼方案可以同时实现对偏振旋转、偏振模色散、残余色散的有效补偿。在28Gbaud PDM-QPSK/16QAM相干系统中的仿真结果表明，该联合补偿方案可以应对高速RSOP(最高3Mrad/s)、大PMD(超过200ps)和大RCD容忍度(PDM-QPSK超820ps/nm和PDM-16QAM超500ps/nm)。其方案预先设定算法初始值为[1 1 1 0 0 0 0]，需要算法自适应地实现对偏振态的跟踪。

以上卡尔曼方案都是在未知信号偏振态角度的情况下，预先设置固定的算法初始值，由卡尔曼算法自适应地实现对RSOP损伤的跟踪、补偿。当信号初始的偏振态角度与预设的算法初始值所映射的偏振态角度存在较大偏差时，算法需要一个较长的收敛过程。而且当信道中存在由雷击导高速偏振态旋转时，算法有可能无法正常工作，即使算法可以自适应地跟踪偏振旋转，也会存在一定的性能损失。

发明内容