一种直接检测系统中快速相位恢复方法、装置、设备及存储介质

本发明涉及光通信，尤其涉及一种直接检测系统中快速相位恢复方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、在光通信系统中，可以分为相干探测和直接探测两种类型。

2、相干探测系统通过将接收到的光场与本地激光器混合来进行探测。这种方法可以将整个光场线性地映射到电域中，并对信号的强度和相位进行探测。相干探测系统结合数字信号处理技术，可以在接收端进行色散补偿。然而，相干探测需要使用一个本地激光器、一个90°混频器和两个平衡探测器，这增加了系统成本。此外，随着新兴技术如云计算、物联网和无人驾驶等的快速发展，对数据中心的流量需求越来越高，因此在数据中心广泛部署昂贵的相干探测系统会增加成本。

3、与相干探测系统不同，低成本的直接探测系统只能对信号的强度信息进行探测，相位信息则会丢失。这意味着在接收端无法进行色散补偿。直接探测系统主要面临的问题是如何快速恢复信号的相位信息。

4、上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种直接检测系统中快速相位恢复方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术中直接探测系统如何快速恢复信号的相位信息的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种直接检测系统中快速相位恢复方法，所述方法包括以下步骤：

3、一种直接检测系统中快速相位恢复方法，其特征在于，所述直接检测系统中快速相位恢复方法包括：

4、通过发射端数字信号处理器生成数字信号，并将所述数字信号传输至数模转换器；

5、通过所述数模转换器将所述数字信号转换为模拟信号，并对所述模拟信号进行调制驱动，生成调制信号；

6、通过光纤将所述调制信号传输至接收端；

7、所述接收端解析所述调制信号，分别获取信号强度信息i1、i2及i3；

8、根据所述信号强度信息i1、i2及i3计算得到信号的实部和虚部进而得到相位信息。

9、可选地，所述接收端解析所述调制信号，分别获取信号强度信息i1、i2及i3具体步骤包括：

10、接收所述调制信号，并将所述调制信号分为上路调制信号和下路调制信号；

11、根据所述上路调制信号获取所述信号强度信息i1；

12、根据所述下路调制信号获取所述强度信息i2和i3。

13、可选地，所述根据所述上路调制信号获取所述信号强度信息i1具体步骤为：所述上路调制信号先通过波长阻断器滤除中间载波，再经过光电探测器和模数转换器，获得强度信息i1；

14、其中所述强度信息i1为：

15、i1＝|s(t)|2

16、式中，i1为第一强度信息，s(t)为调制速率函数。

17、可选地，所述根据所述下路调制信号获取所述强度信息i2和i3具体步骤为：

18、所述下路调制信号通过光耦合器分为第一下路调制信号和第二下路调制信号；

19、所述第一下路调制信号通过光电探测器和模数转换器，获得强度信息i2；

20、所述第二下路调制信号先通过色散介质再经过光电探测器和模数转换器，获得强度信息i3；

21、其中所述强度信息i2和i3分别为：

22、i2＝|c+s(t)|2＝c2+|s(t)|2+2×c×re(s(t))

23、

24、式中，i2为第二强度信息，i3为第三强度信息，c是光载波，s(t)为调制速率函数，re(s(t))是实部复变函数，h(t)是调制信道的传输函数。

25、可选地，所述根据所述信号强度信息i1、i2及i3计算得到信号的实部和虚部进而得到相位信息,计算过程为:

26、c2＝mean(i2-i1)

27、

28、

29、式中，mean(i2-i1)为均值函数，c是光载波，re(s(t))是实部复变函数，|im(s(t))|为虚部复变函数绝对值，i1为第一强度信息，i2为第二强度信息，s(t)为调制速率函数。

30、可选地，所述根据所述信号强度信息i1、i2及i3计算得到信号的实部和虚部进而得到相位信息,还包括：

31、通过gerchberg-saxton算法在i2和i3之间进行5次算法迭代运算，最终得到所述信号虚部的正负；

32、所述算法迭代运算具体计算过程包括：

33、s1:根据信号实部和虚部的数据信息计算得到e2(t)；

34、e2(t)＝re(s(t))+j*randnum*|im(s(t))|+c

35、式中，randnum为-1和1的随机数，在迭代过程中会改变；

36、s2：重构后的信号e2(t)经过色散介质hd(t)得到信号e3(t)；

37、

38、式中，hd(t)为色散介质函数；

39、s3：引入幅度误差err；

40、

41、式中，err为幅度误差，i3为第三强度信息；

42、s4：对信号e3(t)进行强度约束得到新的信号e′3(t)；

43、

44、s5：对信号e′3(t)进行频谱约束；

45、

46、式中，hbw(t)是与信号频谱匹配的带通滤波器；

47、s6：将信号e′3(t)返回未经过色散介质的一端得到信号e2(t)；

48、

49、s7：确定randnum的值并返回s1重新进行迭代运算，直至迭代次数达到5次；

50、randnum＝im(e2(t))/abs(im(e2(t)))。

51、可选地，所述通过发射端数字信号处理器生成数字信号，并将所述数字信号传输至数模转换器具体步骤包括：

52、通过所述发射端数字信号处理器生成相互独立的随机比特序列；

53、将所述随机比特序列分别映射成调制格式为16qam的信号；

54、通过根升余弦滤波器分别对所述16qam的信号进行整形，得到整形后的信号；

55、将所述整形后的信号进行子载波复用后传输至所述数模转换器。

56、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种直接检测系统中快速相位恢复装置，所述直接检测系统中快速相位恢复装置包括：

57、数字信号模块：通过发射端数字信号处理器生成数字信号，并将所述数字信号传输至数模转换器；

58、信号转换模块：通过所述数模转换器将所述数字信号转换为模拟信号，并对所述模拟信号进行调制驱动，生成调制信号；

59、信号传输模块：通过光纤将所述调制信号传输至接收端；

60、信号解析模块：所述接收端解析所述调制信号，分别获取信号强度信息i1、i2及i3；

61、数据运算模块：根据所述信号强度信息i1、i2及i3计算得到信号的实部和虚部进而得到相位信息。

62、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种直接检测系统中快速相位恢复设备，所述直接检测系统中快速相位恢复设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的直接检测系统中快速相位恢复程序，所述直接检测系统中快速相位恢复程序配置为实现如上文所述的直接检测系统中快速相位恢复方法的步骤。

63、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有直接检测系统中快速相位恢复程序，所述直接检测系统中快速相位恢复程序被处理器执行时实现如上文所述的直接检测系统中快速相位恢复方法的步骤。

64、本发明通过发射端数字信号处理器生成数字信号，并将所述数字信号传输至数模转换器；通过所述数模转换器将所述数字信号转换为模拟信号，并对所述模拟信号进行调制驱动，生成调制信号；通过光纤将所述调制信号传输至接收端；所述接收端解析所述调制信号，分别获取信号强度信息i1、i2及i3；根据所述信号强度信息i1、i2及i3计算得到信号的实部和虚部进而得到相位信息。本发明通过降低gerchberg-saxton算法的迭代次数，实现了在直接检测系统中进行相位信息的快速恢复。