一種光信號碼元速率識別方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光纖通信，光信號識別和數字信號處理技術領域，特別涉及光信號碼 元速率識別及系統。
【背景技術】
[0002] 隨著光纖通信技術的發展特別是光調制/解調技術的發展，光網絡中可能同時傳 輸多種調制格式和速率的光信號。這些光信號具有不同的譜效率，能夠容忍的信道損傷和 噪聲大小也各不相同，因此以滿足不同數據傳輸業務和應用場景的需求。在這種條件下不 能夠再預設某一個節點或光接收機處光信號的調制格式和速率是一定的。為了有效對光網 絡進行監測管理，對接收到的光信號進行正確的解調，首先需要識別光信號的碼元速率。因 此需要研發一種適用信號類型廣，對各種信道損傷和噪聲容限大，并且準確可靠的光信號 碼兀識別技術與系統。
[0003] 目前提出的碼元速率識別方案中，有一些是基于直接探測的，利用一階自相關方 程曲線的中心寬度對00K格式信號的碼元速率進行識別，原理簡單，但結果受信號損傷影響 較大。另有一種方案利用二階自相關方程曲線的周期性實現對00K信號和NRZ-DPSK信號的 碼元速率識別，這種方法抗損傷性能有所提高，但是使用范圍有限，不能正確識別RZ-DPSK 等信號的碼元速率。也有研究機構提出利用異步采樣強度直方圖采用人工神經網絡(ANN) 等方法識別光信號，但是這種方法需要對ANN進行大量的訓練，并只能針對一些確定的碼元 速率和調制格式信號，對CD和PMD的容限較低，因此這種方法使用不便，應用范圍有限，識別 精度也不夠高。
[0004] 為解決上述方法需要研究一種適用于多種調制格式信號，對⑶、PMD和0SNR劣化等 損傷有較大容限，具備精度高和抗干擾強優點的碼元速率識別方法。

【發明內容】

[0005] 本發明所要解決的技術問題是提出一種基于數字相干光接收機的光信號碼元速 率識別方法與系統，克服現有技術所存在的識別精度低，對損傷容限小，適用的信號類型少 和使用不便等缺陷。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明首先提出一種光信號碼元速率識別方法，其特征在 于，包括以下步驟：
[0007] 待識別光信號首先進入光放大器，所述光放大器將光信號放大至一定功率后經光 濾波器輸入數字相干光接收機；
[0008] 所述數字相干光接收機通過模數轉換以大于信號實際碼元速率的采樣率1分別 獲得信號Χ、γ偏振方向的長度為N的采樣序列，記為r x(n)和ry(n)，并將其輸入數字信號處理 模塊，所述N的取值為512，1024，2048，4096，…，N越大速率估計精度越高，但計算量越大；
[0009] 所述數字信號處理模塊首先通過快速傅立葉變換計算采樣序列rx(n)、ry(n)的頻 譜:r x(m)、ry(m)，然后計算rx(m)的自相關函數ACFX( Ω )，Ω代表頻譜位移大小，計算rx(m)與 ry(m)的互相關函數XCFx,y( Ω );將自相關函數、互相關函數取模相加得到混合相關函數HCF (Ω )，該混合相關函數在正半軸上存在一個明顯的脈沖峰值，搜索該混合函數在正半軸的 脈沖峰值位置Ω CT，計算得到信號的碼元速率B = RS( 1- Ω CT/N)。
[0010] 作為一種替代方案，所述HCF( Ω )在負半軸也存在同樣的一個脈沖峰值，利用這個 負半軸的脈沖峰值位置代替碼元速率計算公式中的Ω CT，計算得到光信號符號速率。
[0011] 作為又一種替代方案，計算ry(m)的自相關函數ACFy( Ω )，用自相關函數ACFy( Ω ) 替代所述ACFX( Ω )計算混合相關函數HCF( Ω )。
[0012]在偏振模色散PMD損傷不大的情況下，所述HCF( Ω )能夠用ACFX( Ω )或ACFy( Ω )的 模值取代。
[0013] 本發明同時還提出了一種實現所述光信號碼元速率識別方法的系統，其特征在 于，包括光放大器0A，光濾波器，數字相干光接收機和數字信號處理模塊；
[0014] 所述0A，用于放大光信號至一定功率，然后將光信號輸入所述光濾波器；
[0015] 所述光濾波器，用于濾除輸入光信號中的信道外噪聲；
[0016] 所述數字相干接收機，用于接收所述光濾波器的輸出信號，還包括模數轉換器，所 述模數轉換器用于獲得待測光信號在X、Y偏振方向的N個采樣點序列r x(n)和ry(n);
[0017] 所述數字信號處理模塊，用于計算所述采樣序列rx(n)、ry(n)的FFT頻譜rx(m)、r y (m)，然后計算^化)的自相關函數，rx(m)和ry(m)的互相關函數;將兩相關函數取模相加得 到混合相關函數，最后通過搜索混合相關函數的脈沖峰值位置計算出信號的碼元速率。 [0018]優選的，所述數字信號處理模塊集成在所述數字相干光接收機內部。
[0019] 本發明無需任何先驗信息，適用于多種調制格式信號，對⑶、PMD和0SNR劣化等損 傷有較大容限，具備精度高和抗干擾強的優點。
【附圖說明】
[0020] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明的技術方案作進一步具體說明。
[0021 ]圖1為本發明具體實施的碼元速率識別系統結構示意圖。
[0022]圖2為10 GBaud偏振復用正交相移鍵控(DP-QPSK)信號的HCF( Ω )曲線圖。
[0023] 圖3分別為10 GBaud NRZ(非歸零)DP-QPSK信號在PMD造成的差分群速延遲(D⑶） 和偏振角變化時位于Ω ct處歸一化脈沖峰值強度的仿真結果。
[0024] 圖4為10 GBaud NRZ-DP-QPSK信號在不同損傷下HCF( Ω )脈沖峰值相對于其均值 的峰均值比(PAR)變化圖。
[0025] 圖5為10 GBaud NRZ-DP-QPSK信號的HCF( Ω )在不同采樣速率和參數運算點數N時 的Ω CT處歸一化脈沖峰值強度的變化圖。
[0026] 圖6左圖為NRZ、33%-RZ和67%-RZ的10 GBaud DP-QPSK信號的碼元速率識別誤差 分布直方圖；右圖為上述樣本的碼元速率識別結果誤差的標準差隨著運算點數N的變化圖。
[0027] 圖7左圖為NRZ、33%-RZ和67%-RZ的10 GBaud DP-16QAM信號的碼元速率識別誤 差分布直方圖，右圖為碼元速率識別結果誤差的標準差隨著運算點數N的變化圖。
【具體實施方式】
[0028]如圖1所示的碼元速率識別系統包括:光放大器(0A)1，光濾波器2,數字相干光接 收機3。數字相干光接收機3內部組成包括光學前端4，模數轉換器(ADC) 5和數字信號處理器 (DSP)6。
[0029] 下面進一步描述光信號碼元速率識別的【具體實施方式】和系統的工作流程如下：
[0030] 待識別光信號首先進入光放大器1，光放大器1將光信號放大至一定功率后經光濾 波器2輸入數字相干光接收機3的光學前端4;
[0031] 數字相干光接收機通過其內部的采樣速率為RJ^ADC模塊5以大于信號實際碼元 速率的采樣率分別獲得信號X、Y偏振方向的長度為N的采樣序列，記為r x(n)和ry(n)，并將其 輸入到其內部的DSP模塊6;
[0032] DSP模塊首先計算兩路采樣序列rx(n)和ry(n)的FFT頻譜rx(m)和r y(m)
[0033] (1)
[0034]其中p = x，y代表X和Y偏振方向信號。然后分別計算rx(m)的自相關函數ACFx，rx(m) 和ry(m)的互相關函數XCFx,y
[0035] ACFX( Ω ) = Σrx*(n)rx(n+ Ω ), (2)
[0036] XCFx,y( Ω