本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種集成式光信號(hào)接收器及方法。

背景技術(shù)：

1、在面向高速無線視頻傳輸?shù)募墒焦庑盘?hào)接收器中，光通信模塊需處理偏振復(fù)用高階調(diào)制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)超高清視頻流傳輸。然而，在低光信噪比環(huán)境下，光放大器自發(fā)輻射噪聲與光纖非線性效應(yīng)（如克爾效應(yīng)和雙折射效應(yīng)）引起的相位噪聲相互耦合，導(dǎo)致信號(hào)在偏振與相位聯(lián)合空間中發(fā)生非對(duì)稱畸變。激光器線寬受限及光纖克爾效應(yīng)引起的非線性相位旋轉(zhuǎn)使得星座點(diǎn)繞原點(diǎn)隨機(jī)漂移，破壞符號(hào)相位信息的確定性；雙折射效應(yīng)引發(fā)的偏振態(tài)串?dāng)_導(dǎo)致兩個(gè)正交偏振態(tài)電場(chǎng)分量交叉耦合，進(jìn)一步模糊星座點(diǎn)的聚類邊界。傳統(tǒng)載波恢復(fù)算法基于信號(hào)相位平穩(wěn)性假設(shè)的鎖相環(huán)跟蹤機(jī)制，在低光信噪比條件下因噪聲主導(dǎo)的相位跳變速率超過環(huán)路帶寬而失鎖，致使星座圖在偏振與相位維度同時(shí)發(fā)生不可逆的聚類中心彌散及判決區(qū)域重疊，引發(fā)誤碼率非線性陡升，嚴(yán)重制約高階調(diào)制系統(tǒng)的有效傳輸距離與邊際性能可靠性。

2、為了解決上述問題，現(xiàn)提供一種技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種集成式光信號(hào)接收器及方法，通過構(gòu)建動(dòng)態(tài)偏振態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣消除雙折射效應(yīng)導(dǎo)致的交叉耦合，生成清晰的獨(dú)立偏振態(tài)電信號(hào)序列，為后續(xù)處理奠定基礎(chǔ)；接著對(duì)這些電信號(hào)序列進(jìn)行時(shí)頻域處理，補(bǔ)償激光器線寬引起的線性相位噪聲以及光纖非線性效應(yīng)導(dǎo)致的相位偏移，輸出相位準(zhǔn)確性更高的信號(hào)；隨后將這些信號(hào)映射到四維星座空間，運(yùn)用聚類方法生成自適應(yīng)判決邊界，進(jìn)一步優(yōu)化符號(hào)判決并提升抗噪能力；通過內(nèi)外環(huán)路的協(xié)同工作，根據(jù)信號(hào)特性動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，增強(qiáng)處理穩(wěn)定性和適應(yīng)性；最后對(duì)信號(hào)施行軟判決譯碼，結(jié)合相位殘差修正提升譯碼準(zhǔn)確性，輸出重構(gòu)的視頻數(shù)據(jù)流，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種集成式光信號(hào)接收方法，包括步驟：

4、s1：對(duì)光纖傳輸?shù)膬陕氛黄駪B(tài)信號(hào)分離，構(gòu)建動(dòng)態(tài)偏振態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，輸出獨(dú)立偏振態(tài)電信號(hào)序列；

5、s2：對(duì)獨(dú)立偏振態(tài)電信號(hào)序列執(zhí)行時(shí)頻域處理，輸出相位補(bǔ)償信號(hào)；

6、s3：將相位補(bǔ)償信號(hào)映射至四維星座空間，進(jìn)行星座點(diǎn)聚類，生成判決邊界并更新均衡器抽頭系數(shù)，輸出均衡信號(hào)；

7、s4：在外層和內(nèi)層環(huán)路協(xié)同機(jī)制下，外層環(huán)路依據(jù)聚類中心彌散度更新偏振態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，內(nèi)層環(huán)路基于符號(hào)錯(cuò)誤率調(diào)節(jié)相位補(bǔ)償步長(zhǎng)；

8、s5：對(duì)均衡信號(hào)施行置信傳播輔助的軟判決譯碼，構(gòu)建相位殘差模型修正符號(hào)置信度，輸出重構(gòu)的視頻數(shù)據(jù)流。

9、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s1包括以下內(nèi)容：

10、首先，從光纖傳輸中接收x偏振態(tài)的復(fù)電場(chǎng)分量和y偏振態(tài)的復(fù)電場(chǎng)分量，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換將x偏振態(tài)的復(fù)電場(chǎng)分量和y偏振態(tài)的復(fù)電場(chǎng)分量轉(zhuǎn)換為x偏振態(tài)的離散信號(hào)序列和y偏振態(tài)的離散信號(hào)序列；

11、然后，針對(duì)光纖中的雙折射效應(yīng)，引入偏振態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣描述x偏振態(tài)和y偏振態(tài)之間的動(dòng)態(tài)交叉耦合關(guān)系，偏振態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為二維復(fù)矩陣，并根據(jù)先驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)初始化；

12、接著，應(yīng)用卡爾曼濾波算法動(dòng)態(tài)估計(jì)偏振態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，通過定義狀態(tài)向量、狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型和觀測(cè)模型，利用預(yù)測(cè)步驟和更新步驟迭代優(yōu)化偏振態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的估計(jì)值；

13、最后，利用估計(jì)的偏振態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的逆矩陣對(duì)x偏振態(tài)的離散信號(hào)序列和y偏振態(tài)的離散信號(hào)序列進(jìn)行解耦，輸出獨(dú)立偏振態(tài)電信號(hào)序列，包括x偏振態(tài)的獨(dú)立電信號(hào)序列和y偏振態(tài)的獨(dú)立電信號(hào)序列。

14、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s2包括以下內(nèi)容：

15、通過自適應(yīng)濾波技術(shù)估計(jì)相位漂移速率，利用估計(jì)的相位漂移速率對(duì)x偏振態(tài)獨(dú)立電信號(hào)序列和y偏振態(tài)獨(dú)立電信號(hào)序列的相位分量進(jìn)行反向調(diào)整，生成時(shí)域補(bǔ)償后的x偏振態(tài)信號(hào)和時(shí)域補(bǔ)償后的y偏振態(tài)信號(hào)。

16、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s2還包括以下內(nèi)容：

17、將時(shí)域補(bǔ)償后的x偏振態(tài)信號(hào)和時(shí)域補(bǔ)償后的y偏振態(tài)信號(hào)通過快速傅里葉變換轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，采用分裂步長(zhǎng)傅里葉法估計(jì)非線性相位偏移，利用估計(jì)的非線性相位偏移對(duì)頻域信號(hào)的相位進(jìn)行反向調(diào)整，生成頻域補(bǔ)償后的x偏振態(tài)信號(hào)和頻域補(bǔ)償后的y偏振態(tài)信號(hào)，再通過逆快速傅里葉變換將頻域補(bǔ)償后的x偏振態(tài)信號(hào)和頻域補(bǔ)償后的y偏振態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換回時(shí)域，得到相位補(bǔ)償后的x偏振態(tài)信號(hào)和相位補(bǔ)償后的y偏振態(tài)信號(hào)；將相位補(bǔ)償后的x偏振態(tài)信號(hào)和相位補(bǔ)償后的y偏振態(tài)信號(hào)整合為二維復(fù)信號(hào)序列。

18、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s3包括以下內(nèi)容：

19、分解x偏振態(tài)相位補(bǔ)償復(fù)信號(hào)和y偏振態(tài)相位補(bǔ)償復(fù)信號(hào)為x偏振態(tài)實(shí)部、x偏振態(tài)虛部、y偏振態(tài)實(shí)部和y偏振態(tài)虛部，將每個(gè)采樣點(diǎn)的x偏振態(tài)實(shí)部、x偏振態(tài)虛部、y偏振態(tài)實(shí)部和y偏振態(tài)虛部組合成四維向量，構(gòu)成四維星座空間中的信號(hào)點(diǎn)集；然后對(duì)四維星座空間中的信號(hào)點(diǎn)集應(yīng)用模糊c均值算法進(jìn)行聚類，根據(jù)調(diào)制格式階數(shù)設(shè)定聚類數(shù)，初始化聚類中心，計(jì)算每個(gè)信號(hào)點(diǎn)到聚類中心的隸屬度并更新聚類中心，迭代直至聚類中心收斂，生成聚類中心集。

20、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s3還包括以下內(nèi)容：

21、接著基于聚類中心集計(jì)算每對(duì)聚類中心之間的中垂超平面，構(gòu)成判決邊界集合；隨后定義均衡器抽頭系數(shù)，通過最小均方誤差目標(biāo)函數(shù)和梯度下降法更新均衡器抽頭系數(shù)，迭代優(yōu)化直至目標(biāo)函數(shù)收斂，獲得最優(yōu)均衡器抽頭系數(shù)；之后利用最優(yōu)均衡器抽頭系數(shù)對(duì)四維信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行均衡，生成均衡后的四維信號(hào)，將均衡后的四維信號(hào)轉(zhuǎn)換為包含x偏振態(tài)復(fù)信號(hào)和y偏振態(tài)復(fù)信號(hào)的均衡信號(hào)。

22、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s4包括以下內(nèi)容：

23、在外層環(huán)路中計(jì)算聚類中心集的彌散度，通過比較彌散度與預(yù)設(shè)閾值，采用梯度下降法更新偏振態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；接著在內(nèi)層環(huán)路中對(duì)均衡信號(hào)進(jìn)行硬判決，計(jì)算符號(hào)錯(cuò)誤率，通過比較符號(hào)錯(cuò)誤率與預(yù)設(shè)閾值，采用自適應(yīng)策略調(diào)整時(shí)域相位補(bǔ)償步長(zhǎng)和頻域相位補(bǔ)償步長(zhǎng)；隨后將外層環(huán)路更新后的偏振態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣反饋至步驟s1，用于下一輪偏振態(tài)解耦處理；將內(nèi)層環(huán)路調(diào)整后的時(shí)域相位補(bǔ)償步長(zhǎng)和頻域相位補(bǔ)償步長(zhǎng)反饋至步驟s2，用于下一輪相位噪聲補(bǔ)償處理。

24、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s5包括以下內(nèi)容：

25、對(duì)均衡信號(hào)執(zhí)行置信傳播輔助的軟判決譯碼，生成符號(hào)的軟信息集；基于均衡信號(hào)和符號(hào)的軟信息集構(gòu)建相位殘差模型，計(jì)算實(shí)際相位、估計(jì)相位和相位殘差，優(yōu)化求解相位殘差模型的參數(shù)；利用相位殘差模型調(diào)整符號(hào)的軟信息集，計(jì)算相位殘差預(yù)測(cè)值并修正符號(hào)的軟信息；對(duì)修正后的符號(hào)的軟信息集進(jìn)行硬判決，生成估計(jì)的符號(hào)序列，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制比特流并執(zhí)行解碼和去交織操作，輸出重構(gòu)的視頻數(shù)據(jù)流。

26、一種集成式光信號(hào)接收器，包括：偏振解耦單元、相位補(bǔ)償單元、星座均衡單元、環(huán)路優(yōu)化單元和軟判決譯碼單元；

27、偏振解耦單元：對(duì)光纖傳輸?shù)膬陕氛黄駪B(tài)信號(hào)進(jìn)行分離，采用卡爾曼濾波算法構(gòu)建動(dòng)態(tài)偏振態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，消除雙折射效應(yīng)引發(fā)的交叉耦合，輸出獨(dú)立偏振態(tài)電信號(hào)序列；

28、相位補(bǔ)償單元：對(duì)獨(dú)立偏振態(tài)電信號(hào)序列執(zhí)行時(shí)頻域處理，補(bǔ)償激光器線寬引起的線性相位噪聲和光纖克爾效應(yīng)造成的非線性相位偏移，輸出相位補(bǔ)償信號(hào)；

29、星座均衡單元：將相位補(bǔ)償信號(hào)映射至四維星座空間，運(yùn)用模糊c均值算法進(jìn)行星座點(diǎn)聚類，生成自適應(yīng)判決邊界并更新均衡器抽頭系數(shù)，輸出均衡信號(hào)；

30、環(huán)路優(yōu)化單元：根據(jù)聚類中心彌散度更新偏振態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，基于符號(hào)錯(cuò)誤率調(diào)節(jié)相位補(bǔ)償步長(zhǎng)；

31、軟判決譯碼單元：對(duì)均衡信號(hào)施行置信傳播輔助的軟判決譯碼，構(gòu)建相位殘差模型修正符號(hào)置信度，輸出重構(gòu)的視頻數(shù)據(jù)流。

32、本發(fā)明一種集成式光信號(hào)接收器及方法的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

33、通過構(gòu)建動(dòng)態(tài)偏振態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣消除雙折射效應(yīng)導(dǎo)致的交叉耦合，生成清晰的獨(dú)立偏振態(tài)電信號(hào)序列，為后續(xù)處理奠定基礎(chǔ)；接著對(duì)這些電信號(hào)序列進(jìn)行時(shí)頻域處理，補(bǔ)償激光器線寬引起的線性相位噪聲以及光纖非線性效應(yīng)導(dǎo)致的相位偏移，輸出相位準(zhǔn)確性更高的信號(hào)；隨后將這些信號(hào)映射到四維星座空間，運(yùn)用聚類方法生成自適應(yīng)判決邊界，進(jìn)一步優(yōu)化符號(hào)判決并提升抗噪能力；通過內(nèi)外環(huán)路的協(xié)同工作，根據(jù)信號(hào)特性動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，增強(qiáng)處理穩(wěn)定性和適應(yīng)性；最后對(duì)信號(hào)施行軟判決譯碼，結(jié)合相位殘差修正提升譯碼準(zhǔn)確性，輸出重構(gòu)的視頻數(shù)據(jù)流。