光相干通信中色散估计方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种光相干通信中色散估计方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着互联网流量的增加，在干线系统的光通信系统中需要更大的容量。当每波长 比特率增加时，在传输路径上的色度色散，偏振模色散以及各种非线性效应的波形失真而 导致信息质量的退化变得很严重。
[0003] 和非相干技术相比，数字相干接收技术有如下优点：大约3dB的光信噪比（OSNR) 增益；可以方便地采用电均衡技术来应对信道变化，降低成本等；可以采用更高效的调制 技术以及偏振复用来提高传输容量。因此数字相干技术被认为是高速光通信系统的关键技 术。
[0004] 光相干接收机中，通过将信号光和本振光进行混频，信号光的幅度和相位信息被 搬移到基带信号中，因而光相干检测保留了光场的所有信息，可以发挥数字信号处理技术 的功能和性能上的优势。采用电均衡技术能够近乎完全地补偿光信号的线性失真，如补偿 色度色散（CD)，偏振模色散（PMD)等。
[0005] 图I (a)为典型的数字相干接收机框图。接收光信号被偏振分光器（PBS)分成相互 正交的两个偏振态信号。PBS输出偏振光信号通过90°光混频器与本振光信号进行混频。 混频后的光信号通过平衡光电检测器转换为基带电信号。光电转换后的电信号为每个偏振 态有两路信号，但这4路信号与原始的4路信号并不对应，因为经过传输信道后，两个偏振 态之间有串扰、偏振态也有旋转，所以接收端此处的两个偏振态、每个偏振态有两路正交信 号与发射信号没有对应关系。光电转换后的电信号通过ADC转换为数字信号。可以通用 数字信号处理技术对ADC转换为数字信号进行处理。
[0006] 数字信号处理部分，如图1(b)所示，包括IQ Skew补偿，IQ不平衡补偿，色散（⑶） 补偿，色散估计，时钟恢复，偏振解复用，载波恢复，判决检测等。IQ Skew调整4路信号的延 迟，解决光电转换前端4路信号延迟不一致问题。色散（CD)补偿单元常采样频域快速卷积 技术补偿光链路色散。时钟恢复调整采样相位，为后面的偏振解复用模块提供稳定采样相 位的数据。偏振解复用补偿残余色散和偏振模色散（PMD)。载波恢复，补偿接收端本振光与 发送端载波光频率不一致问题。其中，色度色散（CD)的值一般较大，色度色散和偏振模色 散（PMD)的均衡一般分两部分完成，首先，补偿静态色散，这里的均衡器通常不能使用标准 的自适应算法进行更新系数，如补偿40000ps / nm色度色散，则滤波器抽头数要达到大几 百甚至上千，通常利用快速傅立叶变换技术进行频域快速卷积。由色散估计模块为色散补 偿模块提供要补偿的色散值。
[0007] 残余的色度色散和偏振模色散的补偿通过FIR蝶形均衡器来实现，FIR蝶形滤波 器采用自适应算法对系数进行更新，以跟踪补偿随时间动态变化的偏振模色散。FIR蝶形 均衡器又称为偏振解复用。FIR蝶形自适应均衡器，有均衡、匹配滤波和采样位置调整的作 用。当采样位置变化范围过大，或采样频偏存在，采样相位变化范围超过FIR蝶形自适应均 衡器调整范围，会引起FIR蝶形自适应均衡器无法正常工作。需要在FIR蝶形均衡器之前 放一个时钟恢复模块。
[0008] 时钟恢复，估计输入符号的采样时间误差，并对符号的采样时间进行插值调整，或 者通过VCO调整ADC采样频率，以保证提供稳定的符号采样相位。时钟恢复的鉴相器需要 能够容忍一定的信号失真，而传统的时钟恢复通常仅能容忍很小的色散。为了不增加时钟 恢复模块的复杂性，且目前缺少容忍大残余色散值的时钟恢复方法，需要精确的色散补偿。
[0009] 综上所述，传统色散估计方法，提出的利用传输质量信息（如差错率、Q因数等）来 进行可变色散补偿器的反馈控制的方法。以一定步长的色散间隔，改变色散补偿滤波器的 色散补偿量，直到系统收敛。系统启动时，搜索过程是缓慢的，且精度低。再者，光纤链路受 到环境温度变化的影响，链路色散值也会发生缓慢变化。工作过程中，传统基于搜索的色 散估计方法，很难判断运行中色散值的缓慢变化。
【发明内容】
[0010] 本发明提出一种光相干通信中色散估计方法及装置，以解决色散测量精度低效率 低的问题。
[0011] 为了解决上述问题，本发明公开了一种光相干通信中色散估计方法，该方法包 括：
[0012] 对IQ不平衡补偿后的数据做快速傅立叶变换得到两个偏振方向的频域数据；
[0013] 对所述频域数据求自相关序列，将所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立叶变 换，对快速逆傅立叶变换结果求模平方，并将两个偏振方向结果相加，得P[η]; _4]确定多组数据的PW平均值
[0015] 求p[n]的最大值的索引rv根据最大值的索引η(ι估算光纤链路色散值。
[0016] 可选地，上述方法中，对IQ不平衡补偿后的数据做快速傅立叶变换得到两个偏振 方向的频域数据指：
[0017] 对IQ不平衡补偿后的两个偏振数据，分别进行快速傅立叶变换后，得到两个偏振 的频域数据和nq，λ = 0, ,..,,Vm - 1，k为频率索引，Nfft为傅立叶变化点数；
[0018] 按照如下公式取两个偏振方向非正交的信号的频谱，得到两个偏振方向的频域数 据：
[0019] Xi [k] =X[k] cos Θ j+ y [k] sin Θ i7 i-1,2,
[0020] 其中，
【主权项】
1. 一种光相干通信中色散估计方法，其特征在于，该方法包括： 对IQ不平衡补偿后的数据做快速傅立叶变换得到两个偏振方向的频域数据； 对所述频域数据求自相关序列，将所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立叶变换， 对快速逆傅立叶变换结果求模平方，并将两个偏振方向结果相加，得p . 5 确定多组数据的P[n]平均值 ， 求P[n]的最大值的索引IV根据最大值的索引％估算光纤链路色散值。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，对IQ不平衡补偿后的数据做快速傅立叶变 换得到两个偏振方向的频域数据指： 对IQ不平衡补偿后的两个偏振数据，分别进行快速傅立叶变换后，得到两个偏振的频 域数据X[k]和Y[k]，k= 0,。. . .，Nfft-1，k为频率索弓丨，Nm为傅立叶变化点数； 按照如下公式取两个偏振方向非正交的信号的频谱，得到两个偏振方向的频域数据：Xj[k]=X[k]cos0j+y[k]sin0i~l,2, 其中，
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，对IQ不平衡补偿后的数据做快速傅立叶变 换得到两个偏振方向的频域数据指，使用频域速卷积变换或者FFT变换得到两个偏振方向 的频域数据。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述频域数据的自相关序列间隔为波特率，其中，按照如下公式，对两个偏振方向的频 域数据中频谱Xjk]求自相关序列Cjk]，对频谱X2[k]求自相关序列C2[k]:
上式中，K为不大于Nfft-l-kbaud的整数，kbaud为波特率大小对应频率索引间隔。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，按照如下公式，将所述自相关序列的值分别 进行快速逆傅立叶变换：
其中Nifft为傅立叶变化点数。
6. 如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，按照如下公式对所述快速逆傅立 叶变换结果求模平方，并将两个偏振方向结果相加，得^ 5m ^ P[n] |P! [n] 12+1P2 [n] |2,n=-Nifft，…，N"ft-1。
7. 如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于， 求P[n]的最大值的索引％后，该方法还包括，采用插值公式对％进行修正。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，按照如下抛物线插值公式对所述％进行修 正：
9. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据最大值的索引％估算光纤链路色散值 指，按照如下公式计算光纤链路色散值：
其中，c为真空中光速，A为光载波在真空中的波长，fbaud为波特率。
10. -种光相干通信中色散估计装置，包括色散补偿单元和色散估计单元，其特征在 于，所述色散估计单元划分为： 第一模块，对IQ不平衡补偿后经过快速傅立叶变换得到的两个偏振方向的频域数据 求自相关序列； 第二模块，将所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立叶变换，对快速逆傅立叶变换 结果求模平方，并将两个偏振方向结果相加，得P[n]; 第三模块，确定多组数据的PW平均值求p[n]的最大值的索引rv根据最大值的 索引％估算光纤链路色散值。
11. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一模块按照如下公式，对两个偏振 方向的频域数据中频谱& _求自相关序列A 对频谱%求自相关序列C2 [k]，其中，频 域数据的自相关序列间隔为波特率：
上式中，K为不大于Nfft-l-kbaud的整数，kbaud为波特率大小对应频率索引间隔。
12. 如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二模块按照如下公式，将所述自相 关序列的值分别进行快速逆傅立叶变换： 5
， , 其中Nifft为傅立叶变化点数。
13. 如权利要求10至12任一项所述的装置，其特征在于，所述第二模块按照如下公式 对所述快速逆傅立叶变换结果求模平方，并将两个偏振方向结果相加，得P[n]: P[n] = | 卩丨[n] | 2+1P2 [n] 12n=-Nifft，…，Nfft-1。
14. 如权利要求10至12任一项所述的装置，其特征在于，所述色散估计单元还包括： 修正模块，在求出丹n]的最大值的索引％后，采用插值公式对％进行修正。
15. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述修正模块按照如下抛物线插值公式 对所述％进行修正：
〇
16. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第三模块根据最大值的索引％估算 光纤链路色散值指，按照如下公式计算光纤链路色散值：
其中，c为真空中光速，A为光载波在真空中的波长，fbaud为波特率。
17. 如权利要求10至12任一项所述的装置，其特征在于， 所述色散补偿单元，对IQ不平衡补偿后的数据使用频域速卷积变换得到两个偏振方 向的频域数据。
18. 如权利要求10至12任一项所述的装置，其特征在于，所述色散估计单元还包括： 傅立叶变换模块，对IQ不平衡补偿后的数据分别使用快速傅立叶变换（FFT)变换得到 两个偏振方向的频域数据。
【专利摘要】本发明涉及一种光相干通信中色散估计方法及装置，属于光通信领域。本发明公开的方法包括：对IQ不平衡补偿后的数据做快速傅立叶变换得到两个偏振方向的频域数据；对所述频域数据求自相关序列，将所述自相关序列的值分别进行快速逆傅立叶变换，对快速逆傅立叶变换结果求模平方，并将两个偏振方向结果相加，得确定多组数据的平均值求的最大值的索引n0，根据最大值的索引n0估算光纤链路色散值。本发明还公开了一种光相干通信中色散估计装置。本申请技术方案能够非常精确地估算色散值，且估计快速。
【IPC分类】H04B10-2513, H04B10-2525
【公开号】CN104579476
【申请号】CN201310498534
【发明人】姚扬中, 李强, 李运鹏, 顾国华, 任薇
【申请人】中兴通讯股份有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月22日
【公告号】WO2014183699A1