一种长距离光通信系统中非线性损伤补偿方法及系统与流程

1.本发明涉及光线通信技术领域，特别是涉及一种长距离光通信系统中非线性损伤补偿方法及系统。


背景技术：

2.目前传统的光纤通信系统由于传输容量受限，已经不能满足日益增长的用户需求，因此，需要对光纤传输容量进行扩容。
3.针对光纤传输系统，提升传输容量首先需要提升传输距离与传输速率，随着传输距离以及中继距离的增长，系统所承受的非线性效应带来的信号劣化越来越严重，光纤的非线性损伤是限制高速光信号长距离传输的最主要因素。
4.为了实现高速信号的大容量长距离传输，光纤非线性补偿是必须考虑的问题。
5.在目前的非线性补偿算法中存在着算法补偿精度不足和算法复杂度过高的问题，因此需要新型的非线性补偿算法来对长距离光纤传输系统中非线性损伤进行精确高效补偿。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种长距离光通信系统中非线性损伤补偿方法及系统，以实现在保证信号补偿精度的同时降低整体的复杂度。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种长距离光通信系统中非线性损伤补偿方法，包括：
9.获取接收端复数信号；
10.对所述接收端复数信号进行增益调节，输出增益信号；
11.对所述增益信号进行跨段和步数划分，得到步数划分后的增益信号；
12.对所述步数划分后的增益信号进行色散补偿及非线性相位补偿，输出待判决信号；
13.对所述待判决信号进行逻辑回归判决，确定判决结果；所述判决结果为补偿达到标准或补偿未达到标准；
14.当所述判决结果为补偿未达到标准时，则根据所述判决结果确定损失值；
15.根据所述损失值调整所述非线性相位补偿的非线性补偿系数并返回步骤“对所述增益信号进行跨段和步数划分，得到步数划分后的增益信号”；
16.当所述判决结果为补偿达到标准时，则增益信号完成补偿。
17.可选的，所述对所述增益信号进行跨段和步数划分，得到步数划分后的增益信号之后，还包括：
18.判断是否遍历完所有步数，得到第一判断结果；
19.若所述第一判断结果表示遍历完所有步数，则结束遍历；
20.若所述第一判断结果表示未遍历完所有步数，则对所述步数划分后的增益信号进
行色散补偿及非线性相位补偿，输出待判决信号。
21.可选的，所述当所述判决结果为补偿达到标准时，则增益信号完成补偿之后还包括：
22.将步数加1，并返回步骤“判断是否遍历完所有步数，得到第一判断结果”。
23.可选的，所述对所述步数划分后的增益信号进行色散补偿及非线性相位补偿，输出待判决信号，具体包括：
24.所述步数划分后的增益信号进行二分之一色散补偿，得到色散补偿信号；
25.对所述色散补偿后的信号进行非线性相位补偿，得到非线性相位补偿信号；
26.对所述非线性相位补偿信号进行二分之一色散补偿，得到待判决信号。
27.可选的，所述对所述待判决信号进行逻辑回归判决，确定判决结果，具体包括：
28.根据所述待判决信号利用逻辑回归概率函数进行概率判断，得到概率值；
29.根据所述概率值对所述待判决信号对应的步数进行标记，确定判决结果。
30.可选的，所述逻辑回归概率函数为：
[0031][0032]
其中，p(y(i)＝1|x(i):θ)为概率值，x(i)为逻辑回归的输入，i为逻辑回归的序列值，θ为训练特征值，θ
t
为θ的转置，g(θ
t
x(i))表示训练目标值。
[0033]
可选的，所述损失值的计算公式为：
[0034][0035]
其中，j(θ)为损失值，n
s
是逻辑回归计数单位，θ
t
是逻辑回归的输出值，y
n
是对应当前x
n
的目标值，g(θ
t
x
n
)表示概率函数中训练目标值；x
n
为信号幅值，n为信号序列。
[0036]
可选的，所述色散补偿的色散补偿系数的计算公式为：
[0037][0038]
其中，表示色散补偿系数，a
x,y
表示接收端复用信号，α表示光纤信道衰减常数，β2表示光纤信道传播常数，t表示时间常数，j表示复数单位。
[0039]
可选的，所述非线性补偿系数的计算公式为：
[0040][0041]
其中，表示非线性补偿系数，j表示复数单位，a
x
表示接收端x方向偏振信号，a
y
表示接收端y方向偏振信号，γ表示非线性系数。
[0042]
一种长距离光通信系统中非线性损伤补偿方法，其特征在于，包括：
[0043]
接收端信号获取模块，用于获取接收端复数信号；
[0044]
增益调节模块，用于对所述接收端复数信号进行增益调节，输出增益信号；
[0045]
划分模块，用于对所述增益信号进行跨段和步数划分，得到步数划分后的增益信号；
[0046]
补偿模块，用于对所述步数划分后的增益信号进行色散补偿及非线性相位补偿，输出待判决信号；
[0047]
逻辑回归判决模块，用于对所述待判决信号进行逻辑回归判决，确定判决结果；所述判决结果为补偿达到标准或补偿未达到标准；
[0048]
损失确定模块，用于当所述判决结果为补偿未达到标准时，则根据所述判决结果确定损失值；
[0049]
系数调整模块，用于根据所述损失值调整所述非线性相位补偿的非线性补偿系数并返回步骤“对所述增益信号进行跨段和步数划分，得到步数划分后的增益信号”；
[0050]
补偿完成模块，用于当所述判决结果为补偿达到标准时，则增益信号完成补偿。
[0051]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0052]
本能发明提供的长距离光通信系统中非线性损伤补偿方法及系统，对所述接收端复数信号进行增益调节，对增益信号进行跨段和步数划分，得到步数划分后的增益信号；对所述步数划分后的增益信号进行色散补偿及非线性相位补偿，输出待判决信号；对所述待判决信号进行逻辑回归判决，确定补偿是否达到标准，当补偿未达到标准时，调整非线性补偿系数进行循环补偿；能够在计算复杂度与传输性能之间能够取得良好平衡从而实现在保证信号补偿精度的同时降低整体的复杂度。
附图说明
[0053]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0054]
图1为本发明提供的长距离光通信系统中非线性损伤补偿方法的流程图；
[0055]
图2为本发明提供的长距离光通信系统中非线性损伤补偿系统的示意图；
[0056]
图3为本发明提供的长距离光通信系统中非线性损伤补偿方法在实际应用中的示意图；
[0057]
图4为本发明提供的长距离光通信系统中非线性损伤补偿方法在实际应用中具体的流程图。
具体实施方式
[0058]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059]
本发明的目的是提供一种长距离光通信系统中非线性损伤补偿方法及系统，以实现在保证信号补偿精度的同时降低整体的复杂度。
[0060]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0061]
如图1所示，本发明提供的一种长距离光通信系统中非线性损伤补偿方法，包括：
[0062]
步骤101：获取接收端复数信号。
[0063]
步骤102：对所述接收端复数信号进行增益调节，输出增益信号。
[0064]
步骤103：对所述增益信号进行跨段和步数划分，得到步数划分后的增益信号。
[0065]
步骤104：对所述步数划分后的增益信号进行色散补偿及非线性相位补偿，输出待判决信号。其中，所述色散补偿的色散补偿系数的计算公式为：
[0066][0067]
其中，表示色散补偿系数，a
x,y
表示接收端复用信号，α表示光纤信道衰减常数，β2表示光纤信道传播常数，t表示时间常数，j表示复数单位。
[0068]
其中，步骤104，具体包括：
[0069]
所述步数划分后的增益信号进行二分之一色散补偿，得到色散补偿信号。
[0070]
对所述色散补偿后的信号进行非线性相位补偿，得到非线性相位补偿信号。
[0071]
对所述非线性相位补偿信号进行二分之一色散补偿，得到待判决信号。
[0072]
步骤105：对所述待判决信号进行逻辑回归判决，确定判决结果；所述判决结果为补偿达到标准或补偿未达到标准。步骤105，具体包括：
[0073]
根据所述待判决信号利用逻辑回归概率函数进行概率判断，得到概率值。
[0074]
其中，所述逻辑回归概率函数为：
[0075][0076]
其中，p(y(i)＝1x(i):θ)为概率值，x(i)为逻辑回归的输入，i为逻辑回归的序列值，θ为训练特征值，θ
t
为θ的转置，g(θ
t
x(i))表示训练目标值。
[0077]
根据所述概率值对所述待判决信号对应的步数进行标记，确定判决结果。
[0078]
步骤106：当所述判决结果为补偿未达到标准时，则根据所述判决结果确定损失值。其中，所述损失值的计算公式为：
[0079][0080]
其中，j(θ)为损失值，n
s
是逻辑回归计数单位，θ
t
是逻辑回归的输出值，y
n
是对应当前x
n
的目标值，g(θ
t
x
n
)表示概率函数中训练目标值；x
n
为信号幅值，n为信号序列。
[0081]
步骤107：根据所述损失值调整所述非线性相位补偿的非线性补偿系数并返回步骤“对所述增益信号进行跨段和步数划分，得到步数划分后的增益信号”。
[0082]
步骤108：当所述判决结果为补偿达到标准时，则增益信号完成补偿。
[0083]
在实际应用中，步骤103之后，还包括：
[0084]
判断是否遍历完所有步数，得到第一判断结果。若所述第一判断结果表示遍历完所有步数，则结束遍历；若所述第一判断结果表示未遍历完所有步数，则对所述步数划分后的增益信号进行色散补偿及非线性相位补偿，输出待判决信号。
[0085]
在实际应用中，步骤108所之后还包括：
[0086]
将步数加1，并返回步骤“判断是否遍历完所有步数，得到第一判断结果”。
[0087]
在实际应用中，所述非线性补偿系数的计算公式为：
[0088][0089]
其中，表示非线性补偿系数，j表示复数单位，a
x
表示接收端x方向偏振信号，a
y
表
示接收端y方向偏振信号，γ表示非线性系数。
[0090]
如图2所示，本发明提供的一种长距离光通信系统中非线性损伤补偿系统，包括：
[0091]
接收端信号获取模块201，用于获取接收端复数信号。
[0092]
增益调节模块202，用于对所述接收端复数信号进行增益调节，输出增益信号。
[0093]
划分模块203，用于对所述增益信号进行跨段和步数划分，得到步数划分后的增益信号。
[0094]
补偿模块204，用于对所述步数划分后的增益信号进行色散补偿及非线性相位补偿，输出待判决信号。
[0095]
逻辑回归判决模块205，用于对所述待判决信号进行逻辑回归判决，确定判决结果；所述判决结果为补偿达到标准或补偿未达到标准。
[0096]
损失确定模块206，用于当所述判决结果为补偿未达到标准时，则根据所述判决结果确定损失值。
[0097]
系数调整模块207，用于根据所述损失值调整所述非线性相位补偿的非线性补偿系数并返回步骤“对所述增益信号进行跨段和步数划分，得到步数划分后的增益信号”。
[0098]
补偿完成模块208，用于当所述判决结果为补偿达到标准时，则增益信号完成补偿。
[0099]
如图3
‑
4所示，本发明还提供了一种长距离光通信系统中非线性损伤补偿方法在实际应用中的步骤，通过对长距离光纤传输系统中非线性补偿算法的研究，提出机器学习算法与传统非线性算法相结合的方案来解决现有非线性算法补偿精度低以及算法复杂度高的问题。以16qam系统为例，由于传统非线性补偿方案采取固定步长，步长数过少则非线性效应补偿不到位导致系统性能下降，步长数过多会引入过多的计算复杂度，降低数字信号处理效率。为了改进以上缺点，对传统限幅方案的门限迭代进行改进，提出了一种基于逻辑回归辅助的非线性补偿方案(lr
‑
dbp)，具体如下：
[0100]
获取接收端复数信号。接收端复用信号初始化，令步数total＝0。
[0101]
判断是否遍历所有步数，如果是则结束遍历；如果不是，则进入下一步骤。
[0102]
对接收端复数信号进行增益调节，输出增益信号。
[0103]
对增益信号进行跨段和步数划分；跨段和步数划分包括：设定光纤传输系统总长度l公里；以75公里为一跨段标准，总跨段数为s＝[l/75] 1；其中[l/75]为取整部分；在一个跨段内对步数进行划分，步数n和步长d的关系为n＝75/d。
[0104]
将增益信号输入到色散及非线性的补偿模块中，输出待判决信号。色散及非线性补偿模块的处理过程包括：对所述增益信号进行二分之一色散补偿；对色散补偿信号进行非线性相位补偿；对非线性补偿信号进行二分之一色散补偿。
[0105]
将所述待判决信号输入到逻辑回归判决模块中，进行逻辑回归判决，生成标记位即将步数进行0，1标记。逻辑回归判决模块对待判决信号进行逻辑回归判决，得到判决结果；若判决结果为1，则输入到损失确定模块；若否则total＝total 1。
[0106]
损失确定模块计算逻辑回归损失函数，得到损失值，再通过系数调整模块反馈到补偿模块并进行循环补偿。具体为将损失值附加到非线性补偿系数中，调整非线性补偿模块，返回步骤“对增益信号输入到色散及非线性的补偿模块中，输出待判决信号”；从而进一步调整补偿精度。
[0107]
在实际应用中，将信号输入到逻辑回归概率函数中，其中概率函数可表示为：
[0108][0109]
其中，x(i)为逻辑回归的输入，i表示逻辑回归的序列值，θ表示训练特征值(θ
t
为θ的转置)，g(θ
t
x(i))表示训练目标值。
[0110]
损失值为：
[0111][0112]
其中θ
t
是步骤中逻辑回归的输出值，y
n
是对应当前x
n
的目标值，n
s
是逻辑回归计数单位，g(θ
t
x
n
)表示概率函数中训练目标值。
[0113]
色散补偿系数为：
[0114][0115]
其中，a
x,y
表示接收端复用信号，α表示光纤信道衰减常数，β2表示光纤信道传播常数，t表示时间常数，j表示复数单位。
[0116]
非线性补偿系数为：
[0117][0118]
其中，a
x
表示接收端x方向偏振信号，a
y
表示接收端y方向偏振信号,γ表示非线性系数。
[0119]
逻辑回归判决模块用于计算分划模块中两步之间是否补偿完备，在达到补偿标准的情况下执行下一步，在不符合补偿标准的情况下，将这一步结果反馈到补偿模块，并重新补偿。
[0120]
本发明通过获取接收端复数信号；对信号进行增益调节，输出增益信号；对增益信号进行跨段和步数划分；对增益信号输入到色散及非线性补偿模块中，输出待判决信号；对待判决信号输入到逻辑回归模块中，生成标记位；计算逻辑回归损失函数，反馈到色散及非线性补偿模块并进行循环补偿；上述方法在计算复杂度与传输性能之间能够取得良好平衡，是实现抵抗长距离光纤通信系统中非线性损伤、提高系统数据传输容量。
[0121]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0122]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0123]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据
本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。