本發(fā)明屬于光纖通信的，更具體的涉及一種基于雙導(dǎo)頻輔助數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)的相位噪聲與色散聯(lián)合補(bǔ)償方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、數(shù)據(jù)中心作為全球信息交換的核心樞紐，承載著海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和分發(fā)的功能。隨著云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心對高速、大容量的光互連技術(shù)需求日益增長。光纖通信系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和數(shù)據(jù)中心之間連接的主要手段，其發(fā)展與數(shù)據(jù)中心的演進(jìn)緊密相關(guān)。光纖非線性作為限制光纖通信系統(tǒng)傳輸容量的一個(gè)決定性因素，仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。為了抑制光通信系統(tǒng)中的光纖非線性，數(shù)字副載波復(fù)用技術(shù)被廣泛應(yīng)用。數(shù)字副載波復(fù)用技術(shù)相對于傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)，提供了更高的抗非線性容忍度，這使得光通信系統(tǒng)能夠在保持信號(hào)完整性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

2、然而，在光纖傳輸過程中，信號(hào)會(huì)受到色散的影響，接收端需要采取色散補(bǔ)償技術(shù)以消除色散所引入的損傷。在色散補(bǔ)償過程中激光相位噪聲和色散相互作用會(huì)產(chǎn)生均衡增強(qiáng)相位噪聲，這種損傷會(huì)導(dǎo)致信噪比降低，從而影響傳輸系統(tǒng)的整體性能?，F(xiàn)有技術(shù)利用兩個(gè)導(dǎo)頻消除了均衡增強(qiáng)相位噪聲，但僅利用兩個(gè)導(dǎo)頻相位，導(dǎo)頻利用率低，無法準(zhǔn)確估計(jì)數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)傳輸過程中產(chǎn)生的相位噪聲與色散，導(dǎo)致數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)傳輸?shù)男阅芙档?，影響光纖通信系統(tǒng)的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決當(dāng)前僅利用兩個(gè)導(dǎo)頻相位，導(dǎo)頻利用率低，無法準(zhǔn)確估計(jì)數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)傳輸過程中產(chǎn)生的相位噪聲與色散，導(dǎo)致數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)傳輸?shù)男阅芙档偷膯栴}，本發(fā)明提供了一種基于雙導(dǎo)頻輔助數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)的相位噪聲與色散聯(lián)合補(bǔ)償方法，提高數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)傳輸?shù)男阅堋?/p>

2、為了達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本技術(shù)提出一種基于雙導(dǎo)頻輔助數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)的相位噪聲與色散聯(lián)合補(bǔ)償方法，所述方法應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)中，所述光纖通信系統(tǒng)包括發(fā)射端和接收端，將數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)作為光纖通信系統(tǒng)的光纖傳輸信號(hào)；包括以下步驟：

4、s1：在發(fā)射端發(fā)出的數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)上設(shè)置保護(hù)間隔，在保護(hù)間隔中插入兩個(gè)設(shè)定幅值和相位的導(dǎo)頻信號(hào)；

5、s2：提取導(dǎo)頻信號(hào)的幅值，估計(jì)數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)在光纖通信系統(tǒng)傳輸中的色散量；

6、s3：根據(jù)兩個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)的相位，在接收端獲取發(fā)射端和接收端相位噪聲的組合，對所述相位噪聲進(jìn)行信號(hào)處理，分離出發(fā)射端的相位噪聲和接收端的相位噪聲；

7、s4：對發(fā)射端的相位噪聲進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)后的發(fā)射端相位噪聲；對接收端的相位噪聲進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)后的接收端相位噪聲；

8、s5：根據(jù)所述重構(gòu)后的發(fā)射端的相位噪聲、重構(gòu)后的接收端相位噪聲和色散量，對接收端的相位噪聲、色散和發(fā)射端的相位噪聲進(jìn)行補(bǔ)償。

9、進(jìn)一步地，步驟s1的具體步驟為：

10、在數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)的x偏振和y偏振上分別設(shè)置相互對稱的保護(hù)間隔，在每一個(gè)保護(hù)間隔的中心位置插入設(shè)定幅值和相位的導(dǎo)頻信號(hào)；所述導(dǎo)頻信號(hào)的幅值攜帶調(diào)制碼型的信息；所述保護(hù)間隔大小為設(shè)定值。

11、進(jìn)一步地，所述方法還包括：接收端根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)的幅值識(shí)別發(fā)射端發(fā)出的數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)的調(diào)制碼型；

12、根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)的幅值識(shí)別發(fā)射端發(fā)出的數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)的調(diào)制碼型過程為：

13、首先，提取導(dǎo)頻信號(hào)的幅值，表達(dá)式為：

14、a＝abs(stone)

15、式中，a表示導(dǎo)頻信號(hào)的幅值，stone表示在接收端經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理提取的導(dǎo)頻信號(hào)；

16、然后，對導(dǎo)頻信號(hào)的幅值進(jìn)行判決解調(diào)，識(shí)別發(fā)射端發(fā)出的數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)的調(diào)制碼型。

17、根據(jù)上述技術(shù)手段，不同的調(diào)制碼型代表著不同的數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)編碼和傳輸方式，識(shí)別出調(diào)制碼型有助于確保數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)的準(zhǔn)確接收和解調(diào)。通過識(shí)別調(diào)制碼型，接收端根據(jù)調(diào)制碼型，處理收到的數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)，提高數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)處理的效率和準(zhǔn)確性。

18、進(jìn)一步地，所述色散量的估計(jì)過程滿足：

19、首先，對提取的導(dǎo)頻信號(hào)的幅值進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，根據(jù)互相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果計(jì)算導(dǎo)頻信號(hào)經(jīng)過光纖傳輸后，由色散引起的相對時(shí)延；過程滿足：

20、r(m)＝e[|aleft(k,z)|2·|aright(k-m,z)|2]

21、δτ＝mmaxts

22、式中，aleft、aright表示插入的導(dǎo)頻信號(hào)的幅值，r(m)表示互相關(guān)值，k表示第k個(gè)采樣點(diǎn)，z表示信號(hào)傳輸距離，ts表示采樣周期，δτ表示導(dǎo)頻信號(hào)經(jīng)過光纖傳輸后由于色散引起的相對時(shí)延，m表示整數(shù)0，1，2...；

23、接著，根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)經(jīng)過光纖傳輸后，由色散引起的相對時(shí)延估計(jì)色散量，表達(dá)式為：

24、

25、式中，cd表示色散量，fc表示光載波頻率，fp表示導(dǎo)頻信號(hào)的頻率，c表示真空中光速。

26、進(jìn)一步地，所述發(fā)射端的相位噪聲和接收端的相位噪聲的表達(dá)式分別為：

27、

28、式中，表示第一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)接收端獲取的發(fā)射端和接收端相位噪聲的組合，φtx表示發(fā)射端由激光器線寬引起的相位噪聲，φrx表示接收端由激光器線寬引起的的相位噪聲，p表示導(dǎo)頻信號(hào)的插入位置，l表示光纖長度，β2表示光纖色散參數(shù)，δωsubcarrier表示子載波帶寬，δωinterval表示保護(hù)間隔帶寬，表示第二個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)接收端獲取的發(fā)射端和接收端相位噪聲的組合。

29、進(jìn)一步地，所述重構(gòu)后的發(fā)射端相位噪聲的計(jì)算過程滿足：

30、首先，根據(jù)兩個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)的相位噪聲，計(jì)算發(fā)射端相位噪聲經(jīng)過時(shí)延后的變化量，其表達(dá)式為：

31、

32、接著，根據(jù)時(shí)延范圍內(nèi)的樣本數(shù)目，計(jì)算發(fā)射端相位噪聲樣本間的變化量，其表達(dá)式為：

33、

34、式中，α表示該時(shí)延范圍內(nèi)的樣本數(shù)目，ts為采樣周期；

35、最后，通過積分累加的方式，重構(gòu)發(fā)射端相位噪聲，該過程滿足：

36、

37、式中，表示一個(gè)初始的固定相位值，表示重構(gòu)后的發(fā)射端相位噪聲。

38、進(jìn)一步地，所述重構(gòu)后的接收端相位噪聲的計(jì)算過程為：

39、將重構(gòu)后的發(fā)射端相位噪聲進(jìn)行兩次不同的時(shí)延處理，然后分別將對應(yīng)的導(dǎo)頻信號(hào)的相位噪聲減去時(shí)延后的發(fā)射端相位噪聲，并計(jì)算其平均值，獲得重構(gòu)后的接收端相位噪聲，該過程的計(jì)算表達(dá)式為：

40、

41、式中，表示重構(gòu)后的接收端相位噪聲。

42、根據(jù)上述技術(shù)手段，通過分離發(fā)射端與接收端的相位噪聲，可以準(zhǔn)確的分析發(fā)射端與接收端兩個(gè)部分對光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)挠绊?；然后對發(fā)射端和接收端的相位噪聲進(jìn)行重構(gòu)，獲得發(fā)射端和接收端相位噪聲的詳細(xì)特征，有助于實(shí)現(xiàn)更精確的相位噪聲補(bǔ)償。

43、進(jìn)一步地，步驟s5的具體過程為：

44、在色散補(bǔ)償之前，應(yīng)用重構(gòu)后的接收端相位噪聲補(bǔ)償接收端的相位噪聲；接著，應(yīng)用估計(jì)的色散量對色散進(jìn)行補(bǔ)償；利用重構(gòu)后的發(fā)射端相位噪聲來補(bǔ)償發(fā)射端的相位噪聲，過程滿足：

45、

46、式中，srx(t)表示接收端接收到的信號(hào)，hcdc(t)表示色散補(bǔ)償函數(shù)，表示卷積符號(hào)，cd表示估計(jì)的色散量，s(t)表示補(bǔ)償后的信號(hào)。

47、本發(fā)明還提供一種基于雙導(dǎo)頻輔助數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)的相位噪聲與色散聯(lián)合補(bǔ)償系統(tǒng)，包括：

48、導(dǎo)頻信號(hào)插入模塊，用于在發(fā)射端發(fā)出的數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)上設(shè)置保護(hù)間隔，在保護(hù)間隔中插入兩個(gè)設(shè)定幅值和相位的導(dǎo)頻信號(hào)；

49、色散估計(jì)模塊，用于提取導(dǎo)頻信號(hào)的幅值，估計(jì)數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)在光纖通信系統(tǒng)傳輸中的色散量；

50、收發(fā)端相位噪聲獲取模塊，用于根據(jù)兩個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)的相位，在接收端獲取發(fā)射端和接收端相位噪聲的組合，對所述相位噪聲進(jìn)行信號(hào)處理，分離出發(fā)射端的相位噪聲和接收端的相位噪聲；

51、收發(fā)端相位噪聲重構(gòu)模塊，用于對發(fā)射端的相位噪聲進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)后的發(fā)射端相位噪聲；對接收端的相位噪聲進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)后的接收端相位噪聲；

52、補(bǔ)償模塊，根據(jù)所述重構(gòu)后的發(fā)射端的相位噪聲、重構(gòu)后的接收端相位噪聲和色散量，對接收端的相位噪聲、色散和發(fā)射端的相位噪聲進(jìn)行補(bǔ)償。

53、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器被設(shè)置為通過所述計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行所述的基于雙導(dǎo)頻輔助數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)的相位噪聲與色散聯(lián)合補(bǔ)償方法的步驟。

54、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法的有益效果是：

55、本發(fā)明提供一種基于雙導(dǎo)頻輔助數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)的相位噪聲與色散聯(lián)合補(bǔ)償方法，首先，插入兩個(gè)設(shè)定幅值和相位的導(dǎo)頻信號(hào)，幫助光纖通信系統(tǒng)的接收端準(zhǔn)確地同步和校準(zhǔn)發(fā)射端的信號(hào)。接著，通過幅值和相位計(jì)算發(fā)射端的相位噪聲、接收端相位噪聲和色散量，實(shí)現(xiàn)更精確的相位噪聲和色散補(bǔ)償。本發(fā)明利用導(dǎo)頻信號(hào)的相位和幅值，估計(jì)數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)傳輸過程中產(chǎn)生的相位噪聲與色散，提高數(shù)字副載波復(fù)用信號(hào)傳輸?shù)男阅?，?yōu)化了光纖通信系統(tǒng)的性能。