应用于相干光纤通信系统的实数非线性均衡方法及装置

摘要

本发明公开了一种应用于相干光纤通信系统的实数非线性均衡方法及装置，涉及相干光纤通信领域。该方法包括以下步骤：将接收端两个偏振态信号的实部和虚部分开，采用实数均衡的方式，来计算接收信号的伏尔泰拉核，实现均衡光纤传输过程中的非线性损伤。本发明能降低长距离传输中光纤非线性效应所带来的影响，从而进一步提升骨干网的传输性能，并延长传输距离。

说明书

技术领域

本发明涉及相干光纤通信领域，具体是涉及一种应用于相干光纤通信系统的实数非线性均衡方法及装置。

背景技术

相干光纤通信(Coherent fiber communication)的一个最主要的优点是相干检测能改善接收机的灵敏度。在相同的条件下，相干接收机比普通接收机提高灵敏度约20dB，可以达到接近散粒噪声极限的高性能，因此也增加了光信号的无中继传输距离。

相干光纤通信主要利用了相干调制和外差检测技术。相干调制就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅，而不象强度检测那样只是改变光的强度，这就需要光信号有确定的频率和相位，而不象自然光那样没有确定的频率和相位，即应是相干光。激光就是一种相干光。外差检测就是利用一束本机振荡产生的激光与输入的信号光在光混频器中进行混频，得到与信号光的频率、相位和振幅按相同规律变化的中频信号。

相干光纤通信在发送端采用外调制方式将信号调制到光载波上进行传输，当信号光传输到达接收端时，首先与一本振光信号进行相干耦合，然后由平衡接收机进行探测。相干光通信根据本振光频率与信号光频率不等或相等，可分为外差检测和零差检测。外差检测的光信号经光电转换后，获得的是中频信号，还需二次解调，才能被转换成基带信号。零差检测的光信号经光电转换后，被直接转换成基带信号，不用二次解调，但它要求本振光频率与信号光频率严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。

相干光纤通信的另一个主要优点是可以提高接收机的选择性。在直接探测中，接收波段较大，为抑制噪声的干扰，探测器前通常需要放置窄带滤光片，但其频带仍然很宽。在相干外差探测中，探测的是信号光和本振光的混频光，因此只有在中频频带内的噪声才可以进入系统，而其它噪声均被带宽较窄的微波中频放大器滤除。可见，外差探测有良好的滤波性能，这在星间光通信的应用中会发挥重大作用。此外，由于相干探测优良的波长选择性，相干接收机可以使频分复用系统的频率间隔大大缩小，即DWDM(Dense WavelengthDivision Multiplexing，密集波分复用)，取代传统光复用技术的大频率间隔，具有以频分复用实现更高传输速率的潜在优势。

随着相干探测技术和数字信号处理的引入，很多光纤链路的损伤包括色散、偏振模色散都可以通过数字信号处理的方法进行补偿，因为相干探测技术可以完整的将光场收下来。将接收到的复数信号输入到基于恒模算法的有限冲击响应的滤波器中，通过对有限冲击响应滤波器的系数进行更新。当达到足够多的更新次数的时候，可以利用有限冲击响应滤波器的系数对接收到的复数信号进行均衡，并在均衡的同时对有限冲击响应滤波器的系数进行更新。然而，这种方案只考虑了相干光纤通信系统的线性损伤，例如色散、偏振模色散等。在长距离骨干网的相干光纤通信系统中，随着传输距离的提升，相干光纤通信系统的性能会受到光纤非线性效应的影响。因此这种传统的信道均衡方案也限制了相干光纤通信系统的传输距离和性能的进一步提升。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

为了克服相干光纤通信系统中光纤非线性效应带来的影响，传统的数字信号处理方法基于数字反向传播的原理。然而，该方法需要知道光纤链路的所有信息，包括跨段长度、光纤的色散值、光纤的非线性系数、光纤链路的衰减情况等。这在实际的光纤链路中很难获得，从而限制了该方法的应用。因此，需要新的信道均衡方法在补偿光纤信道线性损伤的同时，也对光纤非线性效应的影响进行抑制，而且要求该方法具有通用性，即在光纤链路参数未知的情况下，对相干光纤通信系统的非线性损伤进行补偿。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种应用于相干光纤通信系统的实数非线性均衡方法及装置，能够降低长距离传输中光纤非线性效应所带来的影响，从而进一步提升骨干网的传输性能，并延长传输距离。

第一方面，提供一种应用于相干光纤通信系统的实数非线性均衡方法，包括以下步骤：

将接收端两个偏振态信号的实部和虚部分开，采用实数均衡的方式，来计算接收信号的伏尔泰拉核，实现均衡光纤传输过程中的非线性损伤。

根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，该方法具体包括以下步骤：

将接收端两个偏振态信号的实部和虚部分开，分别对各路信号计算伏尔泰拉核；

更新各个伏尔泰拉核的信道系数，得到均衡后最优的信道系数；

根据均衡后最优的信道系数，对接收到的数字信号进行数字补偿和恢复。

根据第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述将接收端两个偏振态信号的实部和虚部分开，分别对各路信号计算伏尔泰拉核，具体包括以下步骤：

对接收到的X偏振态信号和Y偏振态信号进行数字域上的色散补偿，将色散补偿后的信号分为实部和虚部，得到四组数据：X偏振态信号的实部Xi、X偏振态信号的虚部Xq、Y偏振态信号的实部Yi、Y偏振态信号的虚部Yq，对每组数据分别计算其与X偏振态信号的实部Xi、X偏振态信号的虚部Xq、Y偏振态信号的实部Yi、Y偏振态信号的虚部Yq的伏尔泰拉核。

根据第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述更新各个伏尔泰拉核的信道系数，得到均衡后最优的信道系数，具体包括以下步骤：

初始化X偏振态信号、Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数；

计算均衡后的X偏振态信号的实部和虚部、Y偏振态信号的实部和虚部；

计算均衡后的X偏振态信号的模与目标信号的模值的误差值和均衡后的Y偏振态信号的模与目标信号的模值的误差值；

更新均衡后的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数，得到均衡后最优的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数。

根据第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述对每组数据分别计算其与X偏振态信号的实部Xi、X偏振态信号的虚部Xq、Y偏振态信号的实部Yi、Y偏振态信号的虚部Yq的伏尔泰拉核，具体包括以下步骤：

对X偏振态信号的实部Xi计算伏尔泰拉核时，分别计算：X偏振态信号实部Xi与X偏振态信号实部Xi的伏尔泰拉核UXiXi、X偏振态信号实部Xi与X偏振态信号虚部Xq的伏尔泰拉核UXiXq、X偏振态信号实部Xi与Y偏振态信号实部Yi的伏尔泰拉核UXiYi、X偏振态信号实部Xi与Y偏振态信号虚部Yq的伏尔泰拉核UXiYq；

对X偏振态信号的虚部Xq计算伏尔泰拉核时，分别计算：X偏振态信号虚部Xq与X偏振态信号实部Xi的伏尔泰拉核UXqXi、X偏振态信号虚部Xq与X偏振态信号虚部Xq的伏尔泰拉核UXqXq、X偏振态信号虚部Xq与Y偏振态信号实部Yi的伏尔泰拉核UXqYi、X偏振态信号虚部Xq与Y偏振态信号虚部Yq的伏尔泰拉核UXqYq；

对Y偏振态信号的实部Yi计算伏尔泰拉核时，分别计算：Y偏振态信号实部Yi与X偏振态信号实部Xi的伏尔泰拉核UYiXi、Y偏振态信号实部Yi与X偏振态信号虚部Xq的伏尔泰拉核UYiXq、Y偏振态信号实部Yi与Y偏振态信号实部Yi的伏尔泰拉核UYiYi、Y偏振态信号实部Yi与Y偏振态信号虚部Yq的伏尔泰拉核UYiYq；

对Y偏振态信号的虚部Yq计算伏尔泰拉核时，分别计算：Y偏振态信号虚部Yq与X偏振态信号实部Xi的伏尔泰拉核UYqXi、Y偏振态信号虚部Yq与X偏振态信号虚部Xq的伏尔泰拉核UYqXq、Y偏振态信号虚部Yq与Y偏振态信号实部Yi的伏尔泰拉核UYqYi、Y偏振态信号虚部Yq与Y偏振态信号虚部Yq的伏尔泰拉核UYqYq。

根据第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述初始化X偏振态信号、Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数，具体包括以下步骤：

初始化X偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数：HXiXi、HXiXq、HXiYi、HXiYq、HXqXi、HXqXq、HXqYi和HXqYq，其中，HXiXi为UXiXi伏尔泰拉核的信道系数，HXiXq为UXiXq伏尔泰拉核的信道系数，HXiYi为UXiYi伏尔泰拉核的信道系数，HXiYq为UXiYq伏尔泰拉核的信道系数，HXqXi为UXqXi伏尔泰拉核的信道系数，HXqXq为UXqXq伏尔泰拉核的信道系数；HXqYi为UXqYi伏尔泰拉核的信道系数；HXqYq为UXqYq伏尔泰拉核的信道系数；

初始化Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数：HYiXi、HYiXq、HYiYi、HYiYq、HYqXi、HYqXq、HYqYi和HYqYq，其中，HYiXi为UYiXi伏尔泰拉核的信道系数，HYiXq为UYiXq伏尔泰拉核的信道系数，HYiYi为UYiYi伏尔泰拉核的信道系数，HYiYq为UYiYq伏尔泰拉核的信道系数，HYqXi为UYqXi伏尔泰拉核的信道系数，HYqXq为UYqXq伏尔泰拉核的信道系数，HYqYi为UYqYi伏尔泰拉核的信道系数，HYqYq为UYqYq伏尔泰拉核的信道系数。

根据第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述X偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数以向量的形式表示，向量的长度与X偏振态信号伏尔泰拉核的个数一致，HXiXi、HXqXq向量的首个元素为1，其余全部为0；HXiXq、HXiYi、HXiYq、HXqXi、HXqYi和HXqYq的向量全部为0；

所述Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数以向量的形式表示，向量的长度与Y偏振态信号伏尔泰拉核的个数一致，HYiYi、HYqYq向量的首个元素为1，其余全部为0；HYiXi、HYiXq、HYiYq、HYqXi、HYqXq和HYqYi的向量全部为0。

根据第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述计算均衡后的X偏振态信号的实部和虚部、Y偏振态信号的实部和虚部，具体包括以下步骤：

根据初始化的X偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数，计算均衡后的X偏振态信号的实部Xi和虚部Xq，表示为：

Xi＝HXiXi×UXiXi+HXiXq×UXiXq+HXiYi×UXiYi+HXiYq×UXiYq；

Xq＝HXqXi×UXqXi+HXqXq×UXqXq+HXqYi×UXqYi+HXqYq×UXqYq；

根据初始化的Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数，计算均衡后的Y偏振态信号的实部Yi和虚部Yq，表示为：

Yi＝HYiXi×UYiXi+HYiXq×UYiXq+HYiYi×UYiYi+HYiYq×UYiYq；

Yq＝HYqXi×UYqXi+HYqXq×UYqXq+HYqYi×UYqYi+HYqYq×UYqYq。

根据第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述计算均衡后的X偏振态信号的模与目标信号的模值的误差值和均衡后的Y偏振态信号的模与目标信号的模值的误差值，具体包括以下步骤：

令目标信号的模值为A，根据均衡后的X偏振态信号的实部Xi和虚部Xq，计算均衡后的X偏振态信号的模与目标信号的模值A的误差值Error_X：Error_X＝A-Xi×Xi-Xq×Xq；

根据均衡后的Y偏振态信号的实部Yi和虚部Yq，计算均衡后的Y偏振态信号的模与目标信号的模值A的误差值Error_Y：

Error_Y＝A-Yi×Yi-Yq×Yq。

根据第一方面的第八种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述更新均衡后的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数，得到均衡后最优的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数，具体包括以下步骤：

根据均衡后的X偏振态信号的模与目标信号的模值A的误差值Error_X，更新均衡后的X偏振态信号的信道系数，具体表示为：

HXiXi＝HXiXi+μ×Error_X×Xi×UXiXi；

HXiXq＝HXiXq+μ×Error_X×Xi×UXiXq；

HXiYi＝HXiYi+μ×Error_X×Xi×UXiYi；

HXiYq＝HXiYq+μ×Error_X×Xi×UXiYq；

HXqXi＝HXqXi+μ×Error_X×Xi×UXqXi；

HXqXq＝HXqXq+μ×Error_X×Xi×UXqXq；

HXqYi＝HXqYi+μ×Error_X×Xi×UXqYi；

HXqYq＝HXqYq+μ×Error_X×Xi×UXqYq；

根据均衡后的Y偏振态信号的模与目标信号的模值A的误差值Error_Y，更新均衡后的Y偏振态信号的信道系数，具体表示为：

HYiXi＝HYiXi+μ×Error_Y×Yi×UYiXi；

HYiXq＝HYiXq+μ×Error_Y×Yi×UYiXq；

HYiYi＝HYiYi+μ×Error_Y×Yi×UYiYi；

HYiYq＝HYiYq+μ×Error_Y×Yi×UYiYq；

HYqXi＝HYqXi+μ×Error_Y×Yi×UYqXi；

HYqXq＝HYqXq+μ×Error_Y×Yi×UYqXq；

HYqYi＝HYqYi+μ×Error_Y×Yi×UYqYi；

HYqYq＝HYqYq+μ×Error_Y×Yi×UYqYq；

其中，μ是步长系数；

按照设定次数重复更新均衡后的X偏振态信号、Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数，最终得到均衡后最优的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数。

第二方面，提供一种应用于相干光纤通信系统的实数非线性均衡装置，该装置包括接收端，所述接收端用于：将两个偏振态信号的实部和虚部分开，采用实数均衡的方式，来计算接收信号的伏尔泰拉核，实现均衡光纤传输过程中的非线性损伤。

根据第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述接收端将两个偏振态信号的实部和虚部分开，采用实数均衡的方式，来计算接收信号的伏尔泰拉核，实现均衡光纤传输过程中的非线性损伤，具体包括以下步骤：

将接收端两个偏振态信号的实部和虚部分开，分别对各路信号计算伏尔泰拉核；

更新各个伏尔泰拉核的信道系数，得到均衡后最优的信道系数；

根据均衡后最优的信道系数，对接收到的数字信号进行数字补偿和恢复。

根据第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述将接收端两个偏振态信号的实部和虚部分开，分别对各路信号计算伏尔泰拉核，具体包括以下步骤：

对接收到的X偏振态信号和Y偏振态信号进行数字域上的色散补偿，将色散补偿后的信号分为实部和虚部，得到四组数据：X偏振态信号的实部Xi、X偏振态信号的虚部Xq、Y偏振态信号的实部Yi、Y偏振态信号的虚部Yq，对每组数据分别计算其与X偏振态信号的实部Xi、X偏振态信号的虚部Xq、Y偏振态信号的实部Yi、Y偏振态信号的虚部Yq的伏尔泰拉核。

根据第二方面的第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述更新各个伏尔泰拉核的信道系数，得到均衡后最优的信道系数，具体包括以下步骤：

初始化X偏振态信号、Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数；

计算均衡后的X偏振态信号的实部和虚部、Y偏振态信号的实部和虚部；

计算均衡后的X偏振态信号的模与目标信号的模值的误差值和均衡后的Y偏振态信号的模与目标信号的模值的误差值；

更新均衡后的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数，得到均衡后最优的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数。

根据第二方面的第三种可能的实现方式，在第二方面的第四种可能的实现方式中，所述对每组数据分别计算其与X偏振态信号的实部Xi、X偏振态信号的虚部Xq、Y偏振态信号的实部Yi、Y偏振态信号的虚部Yq的伏尔泰拉核，具体包括以下步骤：

对X偏振态信号的实部Xi计算伏尔泰拉核时，分别计算：X偏振态信号实部Xi与X偏振态信号实部Xi的伏尔泰拉核UXiXi、X偏振态信号实部Xi与X偏振态信号虚部Xq的伏尔泰拉核UXiXq、X偏振态信号实部Xi与Y偏振态信号实部Yi的伏尔泰拉核UXiYi、X偏振态信号实部Xi与Y偏振态信号虚部Yq的伏尔泰拉核UXiYq；

对X偏振态信号的虚部Xq计算伏尔泰拉核时，分别计算：X偏振态信号虚部Xq与X偏振态信号实部Xi的伏尔泰拉核UXqXi、X偏振态信号虚部Xq与X偏振态信号虚部Xq的伏尔泰拉核UXqXq、X偏振态信号虚部Xq与Y偏振态信号实部Yi的伏尔泰拉核UXqYi、X偏振态信号虚部Xq与Y偏振态信号虚部Yq的伏尔泰拉核UXqYq；

对Y偏振态信号的实部Yi计算伏尔泰拉核时，分别计算：Y偏振态信号实部Yi与X偏振态信号实部Xi的伏尔泰拉核UYiXi、Y偏振态信号实部Yi与X偏振态信号虚部Xq的伏尔泰拉核UYiXq、Y偏振态信号实部Yi与Y偏振态信号实部Yi的伏尔泰拉核UYiYi、Y偏振态信号实部Yi与Y偏振态信号虚部Yq的伏尔泰拉核UYiYq；

对Y偏振态信号的虚部Yq计算伏尔泰拉核时，分别计算：Y偏振态信号虚部Yq与X偏振态信号实部Xi的伏尔泰拉核UYqXi、Y偏振态信号虚部Yq与X偏振态信号虚部Xq的伏尔泰拉核UYqXq、Y偏振态信号虚部Yq与Y偏振态信号实部Yi的伏尔泰拉核UYqYi、Y偏振态信号虚部Yq与Y偏振态信号虚部Yq的伏尔泰拉核UYqYq。

根据第二方面的第四种可能的实现方式，在第二方面的第五种可能的实现方式中，所述初始化X偏振态信号、Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数，具体包括以下步骤：

初始化X偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数：HXiXi、HXiXq、HXiYi、HXiYq、HXqXi、HXqXq、HXqYi和HXqYq，其中，HXiXi为UXiXi伏尔泰拉核的信道系数，HXiXq为UXiXq伏尔泰拉核的信道系数，HXiYi为UXiYi伏尔泰拉核的信道系数，HXiYq为UXiYq伏尔泰拉核的信道系数，HXqXi为UXqXi伏尔泰拉核的信道系数，HXqXq为UXqXq伏尔泰拉核的信道系数；HXqYi为UXqYi伏尔泰拉核的信道系数；HXqYq为UXqYq伏尔泰拉核的信道系数；

初始化Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数：HYiXi、HYiXq、HYiYi、HYiYq、HYqXi、HYqXq、HYqYi和HYqYq，其中，HYiXi为UYiXi伏尔泰拉核的信道系数，HYiXq为UYiXq伏尔泰拉核的信道系数，HYiYi为UYiYi伏尔泰拉核的信道系数，HYiYq为UYiYq伏尔泰拉核的信道系数，HYqXi为UYqXi伏尔泰拉核的信道系数，HYqXq为UYqXq伏尔泰拉核的信道系数，HYqYi为UYqYi伏尔泰拉核的信道系数，HYqYq为UYqYq伏尔泰拉核的信道系数。

根据第二方面的第五种可能的实现方式，在第二方面的第六种可能的实现方式中，所述X偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数以向量的形式表示，向量的长度与X偏振态信号伏尔泰拉核的个数一致，HXiXi、HXqXq向量的首个元素为1，其余全部为0；HXiXq、HXiYi、HXiYq、HXqXi、HXqYi和HXqYq的向量全部为0；

所述Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数以向量的形式表示，向量的长度与Y偏振态信号伏尔泰拉核的个数一致，HYiYi、HYqYq向量的首个元素为1，其余全部为0；HYiXi、HYiXq、HYiYq、HYqXi、HYqXq和HYqYi的向量全部为0。

根据第二方面的第五种可能的实现方式，在第二方面的第七种可能的实现方式中，所述计算均衡后的X偏振态信号的实部和虚部、Y偏振态信号的实部和虚部，具体包括以下步骤：

根据初始化的X偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数，计算均衡后的X偏振态信号的实部Xi和虚部Xq，表示为：Xi＝HXiXi×UXiXi+HXiXq×UXiXq+HXiYi×UXiYi+HXiYq×UXiYq；Xq＝HXqXi×UXqXi+HXqXq×UXqXq+HXqYi×UXqYi+HXqYq×UXqYq；

根据初始化的Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数，计算均衡后的Y偏振态信号的实部Yi和虚部Yq，表示为：Yi＝HYiXi×UYiXi+HYiXq×UYiXq+HYiYi×UYiYi+HYiYq×UYiYq；Yq＝HYqXi×UYqXi+HYqXq×UYqXq+HYqYi×UYqYi+HYqYq×UYqYq。

根据第二方面的第七种可能的实现方式，在第二方面的第八种可能的实现方式中，所述计算均衡后的X偏振态信号的模与目标信号的模值的误差值和均衡后的Y偏振态信号的模与目标信号的模值的误差值，具体包括以下步骤：

令目标信号的模值为A，根据均衡后的X偏振态信号的实部Xi和虚部Xq，计算均衡后的X偏振态信号的模与目标信号的模值A的误差值Error_X：Error_X＝A-Xi×Xi-Xq×Xq；

根据均衡后的Y偏振态信号的实部Yi和虚部Yq，计算均衡后的Y偏振态信号的模与目标信号的模值A的误差值Error_Y：

Error_Y＝A-Yi×Yi-Yq×Yq。

根据第二方面的第八种可能的实现方式，在第二方面的第九种可能的实现方式中，所述更新均衡后的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数，得到均衡后最优的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数，具体包括以下步骤：

根据均衡后的X偏振态信号的模与目标信号的模值A的误差值Error_X，更新均衡后的X偏振态信号的信道系数，具体表示为：

HXiXi＝HXiXi+μ×Error_X×Xi×UXiXi；

HXiXq＝HXiXq+μ×Error_X×Xi×UXiXq；

HXiYi＝HXiYi+μ×Error_X×Xi×UXiYi；

HXiYq＝HXiYq+μ×Error_X×Xi×UXiYq；

HXqXi＝HXqXi+μ×Error_X×Xi×UXqXi；

HXqXq＝HXqXq+μ×Error_X×Xi×UXqXq；

HXqYi＝HXqYi+μ×Error_X×Xi×UXqYi；

HXqYq＝HXqYq+μ×Error_X×Xi×UXqYq；

根据均衡后的Y偏振态信号的模与目标信号的模值A的误差值Error_Y，更新均衡后的Y偏振态信号的信道系数，具体表示为：

HYiXi＝HYiXi+μ×Error_Y×Yi×UYiXi；

HYiXq＝HYiXq+μ×Error_Y×Yi×UYiXq；

HYiYi＝HYiYi+μ×Error_Y×Yi×UYiYi；

HYiYq＝HYiYq+μ×Error_Y×Yi×UYiYq；

HYqXi＝HYqXi+μ×Error_Y×Yi×UYqXi；

HYqXq＝HYqXq+μ×Error_Y×Yi×UYqXq；

HYqYi＝HYqYi+μ×Error_Y×Yi×UYqYi；

HYqYq＝HYqYq+μ×Error_Y×Yi×UYqYq；

其中，μ是步长系数；

按照设定次数重复更新均衡后的X偏振态信号、Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数，最终得到均衡后最优的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明实施例提供一种应用于长距离相干光纤通信系统非线性均衡方法，不同于传统的复数均衡方法，本发明实施例的均衡方法采用实数均衡的方式，来计算接收信号的伏尔泰拉核，从而实现均衡光纤传输过程中的非线性损伤。这种均衡方法能够降低长距离传输中光纤非线性效应所带来的影响，从而进一步提升骨干网的传输性能，并延长传输距离。

附图说明

图1是本发明实施例中应用于相干光纤通信系统的实数非线性均衡方法的流程图。

图2是本发明实施例的步骤S1中将接收端两个偏振态信号的实部和虚部分开，分别对各路信号计算伏尔泰拉核的流程图。

图3是本发明实施例中对X偏振态信号的实部Xi和虚部Xq、Y偏振态信号的实部Yi和虚部Yq计算伏尔泰拉核、以及更新X偏振态信号、Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数的具体流程图。

图4是本发明实施例的步骤S2中更新各个伏尔泰拉核的信道系数，得到均衡后最优的信道系数的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

为了降低长距离相干光纤通信场景中光纤非线性效应所带来的影响，本发明实施例提供一种应用于相干光纤通信系统的实数非线性均衡装置，该装置包括接收端，接收端用于：将两个偏振态信号的实部和虚部分开，采用实数均衡的方式，来计算接收信号的伏尔泰拉核，实现均衡光纤传输过程中的非线性损伤。

进一步，参见图1所示，接收端将两个偏振态信号的实部和虚部分开，采用实数均衡的方式，来计算接收信号的伏尔泰拉核，实现均衡光纤传输过程中的非线性损伤，具体包括以下步骤：

步骤S1、将接收端两个偏振态信号的实部和虚部分开，分别对各路信号计算伏尔泰拉核；

步骤S2、更新各个伏尔泰拉核的信道系数，得到均衡后最优的信道系数；

步骤S3、根据均衡后最优的信道系数，对接收到的数字信号进行数字补偿和恢复。

本发明实施例采用这种非线性(Nonlinearity)均衡数字信号处理技术，可以在不知道光纤信道参数的情况下，利用盲均衡的方式，消除相干光纤通信系统中非线性损伤带来的影响，有效提高相干光纤通信系统的性能，并延长传输距离。

为了降低长距离相干光纤通信场景中光纤非线性效应所带来的影响，本发明实施例还提供一种应用于相干光纤通信系统的实数非线性均衡方法，该方法包括以下步骤：

将接收端两个偏振态信号的实部和虚部分开，采用实数均衡的方式，来计算接收信号的伏尔泰拉核，实现均衡光纤传输过程中的非线性损伤。

进一步，参见图1所示，该方法具体包括以下步骤：

步骤S1、将接收端两个偏振态信号的实部和虚部分开，分别对各路信号计算伏尔泰拉核；

步骤S2、更新各个伏尔泰拉核的信道系数，得到均衡后最优的信道系数；

步骤S3、根据均衡后最优的信道系数，对接收到的数字信号进行数字补偿和恢复。

优选的，参见图2所示，步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S101、对接收到的X偏振态信号和Y偏振态信号进行数字域上的色散补偿，然后将色散补偿后的信号分为实部和虚部两部分，这样一共得到四组数据：X偏振态信号的实部Xi、X偏振态信号的虚部Xq、Y偏振态信号的实部Yi、Y偏振态信号的虚部Yq。

步骤S102、为了实现对非线性损伤的补偿，对步骤S101得到的四组数据分别计算伏尔泰拉核。

参见图3所示，对每组数据分别计算其与X偏振态信号的实部Xi、X偏振态信号的虚部Xq、Y偏振态信号的实部Yi、Y偏振态信号的虚部Yq的伏尔泰拉核，具体包括以下步骤：

在对X偏振态信号的实部Xi计算伏尔泰拉核的时候，分别计算：X偏振态信号实部Xi与X偏振态信号实部Xi的伏尔泰拉核UXiXi、X偏振态信号实部Xi与X偏振态信号虚部Xq的伏尔泰拉核UXiXq、X偏振态信号实部Xi与Y偏振态信号实部Yi的伏尔泰拉核UXiYi、X偏振态信号实部Xi与Y偏振态信号虚部Yq的伏尔泰拉核UXiYq。

在对X偏振态信号的虚部Xq计算伏尔泰拉核的时候，分别计算：X偏振态信号虚部Xq与X偏振态信号实部Xi的伏尔泰拉核UXqXi、X偏振态信号虚部Xq与X偏振态信号虚部Xq的伏尔泰拉核UXqXq、X偏振态信号虚部Xq与Y偏振态信号实部Yi的伏尔泰拉核UXqYi、X偏振态信号虚部Xq与Y偏振态信号虚部Yq的伏尔泰拉核UXqYq。

在对Y偏振态信号的实部Yi计算伏尔泰拉核的时候，分别计算：Y偏振态信号实部Yi与X偏振态信号实部Xi的伏尔泰拉核UYiXi、Y偏振态信号实部Yi与X偏振态信号虚部Xq的伏尔泰拉核UYiXq、Y偏振态信号实部Yi与Y偏振态信号实部Yi的伏尔泰拉核UYiYi、Y偏振态信号实部Yi与Y偏振态信号虚部Yq的伏尔泰拉核UYiYq。

在对Y偏振态信号的虚部Yq计算伏尔泰拉核的时候，分别计算：Y偏振态信号虚部Yq与X偏振态信号实部Xi的伏尔泰拉核UYqXi、Y偏振态信号虚部Yq与X偏振态信号虚部Xq的伏尔泰拉核UYqXq、Y偏振态信号虚部Yq与Y偏振态信号实部Yi的伏尔泰拉核UYqYi、Y偏振态信号虚部Yq与Y偏振态信号虚部Yq的伏尔泰拉核UYqYq。

优选的，参见图3和图4所示，步骤S2具体包括以下步骤：

步骤S201、初始化X偏振态信号、Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数，其中这些系数以向量的形式表示，向量的长度与伏尔泰拉核的个数一致。

具体的，初始化X偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数：HXiXi、HXiXq、HXiYi、HXiYq、HXqXi、HXqXq、HXqYi和HXqYq，其中，HXiXi为UXiXi伏尔泰拉核的信道系数，HXiXq为UXiXq伏尔泰拉核的信道系数，HXiYi为UXiYi伏尔泰拉核的信道系数，HXiYq为UXiYq伏尔泰拉核的信道系数，HXqXi为UXqXi伏尔泰拉核的信道系数，HXqXq为UXqXq伏尔泰拉核的信道系数；HXqYi为UXqYi伏尔泰拉核的信道系数；HXqYq为UXqYq伏尔泰拉核的信道系数。

上述X偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数以向量的形式表示，向量的长度与X偏振态信号伏尔泰拉核的个数一致。

其中，HXiXi、HXqXq向量的首个元素为1，其余全部为0；

HXiXq、HXiYi、HXiYq、HXqXi、HXqYi和HXqYq的向量全部为0。

具体的，初始化Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数：HYiXi、HYiXq、HYiYi、HYiYq、HYqXi、HYqXq、HYqYi和HYqYq，其中，HYiXi为UYiXi伏尔泰拉核的信道系数，HYiXq为UYiXq伏尔泰拉核的信道系数，HYiYi为UYiYi伏尔泰拉核的信道系数，HYiYq为UYiYq伏尔泰拉核的信道系数，HYqXi为UYqXi伏尔泰拉核的信道系数，HYqXq为UYqXq伏尔泰拉核的信道系数，HYqYi为UYqYi伏尔泰拉核的信道系数，HYqYq为UYqYq伏尔泰拉核的信道系数。

上述Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数以向量的形式表示，向量的长度与Y偏振态信号伏尔泰拉核的个数一致。

其中，HYiYi、HYqYq向量的首个元素为1，其余全部为0；

HYiXi、HYiXq、HYiYq、HYqXi、HYqXq和HYqYi的向量全部为0。

步骤S202、根据步骤S201得到的初始化的X偏振态信号、Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数，对X偏振态信号的实部Xi和虚部Xq、Y偏振态信号的实部Yi和虚部Yq做均衡，即计算均衡后的X偏振态信号的实部Xi和虚部Xq、Y偏振态信号的实部Yi和虚部Yq。

需要注意的是，本发明实施例中，X偏振态信号的实部Xi和虚部Xq、Y偏振态信号的实部Yi和虚部Yq在计算过程中不断发生变化。

具体的，根据步骤S201得到的初始化的X偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数，计算均衡后的X偏振态信号的实部Xi和虚部Xq，可以表示为：

Xi＝HXiXi×UXiXi+HXiXq×UXiXq+HXiYi×UXiYi+HXiYq×UXiYq；

Xq＝HXqXi×UXqXi+HXqXq×UXqXq+HXqYi×UXqYi+HXqYq×UXqYq。

根据步骤S201得到的初始化的Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数，计算均衡后的Y偏振态信号的实部Yi和虚部Yq，可以表示为：

Yi＝HYiXi×UYiXi+HYiXq×UYiXq+HYiYi×UYiYi+HYiYq×UYiYq；

Yq＝HYqXi×UYqXi+HYqXq×UYqXq+HYqYi×UYqYi+HYqYq×UYqYq。

步骤S203、计算误差值：根据步骤S202得到的均衡后的X偏振态信号的实部Xi和虚部Xq、Y偏振态信号的实部Yi和虚部Yq，计算出均衡后的X偏振态信号的模与目标信号的模值的误差值及均衡后的Y偏振态信号的模与目标信号的模值的误差值。

具体的，令目标信号的模值为A，根据步骤S202得到的均衡后的X偏振态信号的实部Xi和虚部Xq，可以计算出均衡后的X偏振态信号的模与目标信号的模值A的误差值Error_X：

Error_X＝A-Xi×Xi-Xq×Xq。

根据步骤S202得到的均衡后的Y偏振态信号的实部Yi和虚部Yq，可以计算出均衡后的Y偏振态信号的模与目标信号的模值A的误差值Error_Y：

Error_Y＝A-Yi×Yi-Yq×Yq。

步骤S204、更新均衡后的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数：根据步骤S203得到的均衡后的X偏振态信号的模与目标信号的模值A的误差值Error_X和均衡后的Y偏振态信号的模与目标信号的模值A的误差值Error_Y，更新均衡后的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数，得到均衡后最优的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数。

具体的，根据步骤S203得到的均衡后的X偏振态信号的模与目标信号的模值A的误差值Error_X，更新均衡后的X偏振态信号的信道系数，具体表示为：

HXiXi＝HXiXi+μ×Error_X×Xi×UXiXi；

HXiXq＝HXiXq+μ×Error_X×Xi×UXiXq；

HXiYi＝HXiYi+μ×Error_X×Xi×UXiYi；

HXiYq＝HXiYq+μ×Error_X×Xi×UXiYq；

HXqXi＝HXqXi+μ×Error_X×Xi×UXqXi；

HXqXq＝HXqXq+μ×Error_X×Xi×UXqXq；

HXqYi＝HXqYi+μ×Error_X×Xi×UXqYi；

HXqYq＝HXqYq+μ×Error_X×Xi×UXqYq。

根据步骤S203得到的均衡后的Y偏振态信号的模与目标信号的模值A的误差值Error_Y，更新均衡后的Y偏振态信号的信道系数，具体表示为：

HYiXi＝HYiXi+μ×Error_Y×Yi×UYiXi；

HYiXq＝HYiXq+μ×Error_Y×Yi×UYiXq；

HYiYi＝HYiYi+μ×Error_Y×Yi×UYiYi；

HYiYq＝HYiYq+μ×Error_Y×Yi×UYiYq；

HYqXi＝HYqXi+μ×Error_Y×Yi×UYqXi；

HYqXq＝HYqXq+μ×Error_Y×Yi×UYqXq；

HYqYi＝HYqYi+μ×Error_Y×Yi×UYqYi；

HYqYq＝HYqYq+μ×Error_Y×Yi×UYqYq。

其中，μ是步长系数，一般取值为0.001，从而可以保证有效的收敛。

按照设定次数重复更新均衡后的X偏振态信号、Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数，最终得到均衡后最优的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数。

更新均衡后的X偏振态信号、Y偏振态信号各个伏尔泰拉核的信道系数主要是重复步骤S202至步骤S204，一般重复的次数在10000次，从而可以保证当前均衡后的X偏振态信号、Y偏振态信号的系数已经收敛，即得到均衡后最优的X偏振态信号、Y偏振态信号的信道系数。

需要注意的是，本发明实施例中，X偏振态信号的实部Xi和虚部Xq、Y偏振态信号的实部Yi和虚部Yq在以上计算过程中不断发生变化。

步骤S2得到均衡后最优的X偏振态信号与Y偏振态信号的信道均衡系数以后，步骤S3中根据均衡后最优的X偏振态信号与Y偏振态信号的信道系数，对接收到的数字信号进行数字补偿和恢复，再对恢复后的X偏振态信号与Y偏振态信号进行传统的数字信号处理步骤，例如：频偏补偿，相位补偿，符号判决，对纠错码进行解码，就可以恢复出最终的X偏振态信号与Y偏振态信号，从而降低相干光纤通信系统中非线性效应所带来的影响。

本发明实施例提供一种应用于长距离相干光纤通信系统非线性均衡方法，不同于传统的复数均衡方法，本发明实施例的均衡方法采用实数均衡的方式，来计算接收信号的伏尔泰拉核，从而实现均衡光纤传输过程中的非线性损伤。这种均衡方法能够降低长距离传输中光纤非线性效应所带来的影响，从而进一步提升骨干网的传输性能，并延长传输距离。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。