CN116260523A - 一种基于Alamouti编码的简化同源相干*** - Google Patents

一种基于Alamouti编码的简化同源相干*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于Alamouti编码的简化同源相干***。通过利用Alamouti编码，并结合同源相干技术，实现对传统相干***的简化。在***架构方面，本发明可以用低成本的耦合器来代替混频器，并且节省了一半数量的BPD。此外，同源相干技术的采用可以节省接收端的本振激光器。在DSP复杂度方面，接收端无需对频偏和相位噪声进行处理，很大程度上降低了接收端DSP的复杂度。此外，由于本发明只需要接收X、Y偏振信号的实部就可以恢复出完整的复数信号，因此不存在接收端的IQ不平衡问题。而本发明所提出的对信号的实部与虚部进行Alamouti编码的方式，可以有效避免发射端IQ不平衡的损伤。因此，本发明可以实现对发射端IQ不平衡损伤不敏感的简化相干***。

Description

一种基于Alamouti编码的简化同源相干***
技术领域
本发明涉及高速光信号处理技术领域，更具体地，涉及一种基于Alamouti编码的简化同源相干***。
背景技术
随着物联网、云计算、虚拟现实等新型宽带业务的发展，短距离数据中心光互连对传输容量提出了更高的需求，同时又受到成本和功耗的约束。传统的强度调制直接检测(IM/DD)***虽然存在成本、功耗和***复杂度上的优势，然而其无法实现多维调制，并且会受到由色散导致的频率选择性衰落影响，限制了***的传输速率与传输距离。相比之下，相干***具有更好的接收灵敏度和线性度，并且可以实现多维调制。然而，传统的相干***存在着成本和***复杂度高的问题，对于成本和功耗敏感的数据中心，无法直接应用，而需要对传统的相干***进行简化。为了实现低成本、低复杂度的相干***，已有一些方案被提出：
(1)模拟相干技术：此方法主要通过采用光学锁相环，将接收端的本振激光器的频率和相位与发射端传输过来的信号载波进行锁定，以实现传输信号载波和本振载波的同频同相，从而可以简化甚至省略接收端对频偏和相位噪声的处理。在该方案中，接收端需要一个光学锁频锁相模块，包括光电探测器(PD)、混频器、环路滤波器、参考时钟、相位调制器、带通滤波器等。由此可见，该方案虽然可以简化接收端DSP的复杂度，但是接收端需要增加额外的光学模块，因此该方案所能带来的简化仍存一定的局限性。
(2)同源相干技术：此方法主要通过将发射端的光载波一分为二，一路用来实现光信号的调制，另一路由额外的光纤将其传输到接收端，用作本振光源来与传输信号进行拍频。由于调制信号和传输载波由同一个光源产生，当信号和载波的传输光纤长度匹配时，即可实现严格的同频同相，因此在接收端无需进行频偏和相位噪声的处理。该方案是通过增加额外的传输光纤来简化接收端DSP复杂度，并且接收端不需要本振激光器。目前该方案中，接收端除了不再需要本振激光器，但仍需要传统的双偏相干接收机。并且在该方案中，信号会同时受到发射端和接收端的IQ不平衡损伤，从而对传输性能产生影响，一般需要采用复杂的算法来对收发端IQ不平衡损伤进行补偿。
模拟相干技术需要采用一个额外的光学锁频锁相模块来实现对本振激光器的频率和相位锁定，因此该方案在一定程度上是通过增加了传统相干***架构的复杂度来实现对接收端DSP算法复杂度的简化，并且模块中的参考时钟也依然会存在一定的相位噪声，很难实现严格的频偏和相位锁定。同源相干技术中，除了本振光载波由光纤传送发射端光源所替代，其余结构与传统相干***基本相同。因此，收发端都将存在IQ不平衡问题，严重影响***的传输性能，需要采用复杂的数字信号处理算法来进行补偿。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种基于Alamouti编码的简化同源相干***，可以有效避免发射端IQ不平衡的损伤，还能有效降低成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于Alamouti编码的简化同源相干***的信号处理方法，在发射端数字信号处理DSP中，首先将伪随机比特序列映射成为QAM符号，然后生成两个正交频分复用OFDM信号，将生成的OFDM信号的实部与虚部进行Alamouti编码，并且在每一帧OFDM信号前添加循环前缀；根据传输光纤的情况，最后在发射端进行色散预补偿；在接收端数字信号处理DSP中，首先对接收到的X偏振和Y偏振的信号进行同步，然后去除循环前缀，接着利用训练序列和Alamouti解码得到信道参数，并对信号进行均衡，最后对均衡后的数据进行QAM逆映射，并计算出***的误码率。
本发明在同源相干***的基础上，进一步提出了一种基于Alamouti编码的简化相干方案，以实现对相干接收机的简化，并解决相干***中的IQ不平衡问题。本发明通过对发射端IQ信号的实部与虚部进行Alamouti编码，使得接收端只需接收信号的实部或者虚部即可恢复出完整的复数信号。因此，接收端可以用低成本的2×2耦合器来取代传统相干***中的90°混频器，并且可以减少一半数量的平衡光电探测器(BPD)，在很大程度上实现对传统相干***架构的简化。此外，由于所提出的方案在接收端只需要接收信号的实部，因此不存在接收端的IQ不平衡问题，而通过发射端Alamouti编码可以有效解决发射端的IQ不平衡问题。
进一步的，发射端将激光器发射出的光源一分为二，一路用于信号的调制，另一路传输到接收端用作本振光源，发射端生成两个OFDM信号，经过数模转换器后，加载到双偏IQ调制器中分别调制到X、Y偏振上；经过单模光纤传输后，采用可调光衰减器对信号的接收功率进行调节；接收端用两个偏振分束器将传输的信号和载波分别分成X和Y偏振，信号的X偏振分量和载波的X分量通过一个2×2耦合器进行耦合后由一个BPD进行接收，得到调制到X偏振上的信号的实部；同理，信号的Y偏振分量和载波的Y分量通过一个2×2耦合器进行耦合后由一个BPD进行接收，得到调制到Y偏振上的信号的实部；经过BPD探测后的信号由模数转换器进行模数转换，然后由接收端数字信号处理DSP进行处理。
进一步的，所述的Alamouti编码具体包括：对于OFDM信号，其第二时刻重复放置第一时刻的信息，其中第二时刻的I路信号为第一时刻Q路信号的负值，而第二时刻的Q路信号即为第一时刻的Q路信号，第一时刻信号的虚部从第二时刻信号的实部中得到，接收端只需要对实部信号进行接收。
进一步的，当存在发射端IQ不平衡损伤时，接收信号与发射信号的关系表示如下：
Figure BDA0004064566760000031
其中，sXI1、sXQ1、sYI1和sYQ1表示第一时刻发送的X、Y偏振的实部与虚部的信号，-sXQ1、sXI1、-sYQ1和sYI1表示第二时刻发送的X、Y偏振的实部与虚部的信号；s'XI1、s'XI2、s'YI1和s'YI2在频域中展开如下：
S'XI1＝HXI-XISXI1+HXQ-XISXQ1+HYI-XISYI1+HYQ-XISYQ1 (2)
S'XI2＝-HXI-XISXQ1+HXQ-XISXI1-HYI-XISYQ1+HYQ-XISYI1 (3)
S'YI1＝HXI-YISXI1+HXQ-YISXQ1+HYI-YISYI1+HYQ-YISYQ1 (4)
S'YI2＝-HXI-YISXQ1+HXQ-YISXI1-HYI-YISYQ1+HYQ-YISYI1 (5)
通过对上式公式中的信道参数HXI-XI、HXQ-XI、HYI-XI、HYQ-XI、HXI-YI、HXQ-YI、HYI-YI和HYQ-YI的计算，即能够对发送信号进行恢复，实现信道的均衡和发射端IQ不平衡的补偿。
进一步的，所述的信道参数的计算方法包括：对训练序列进行构造，以Alamouti编码块为单位，在第一、二时刻，只在X偏振放置经过Alamouti编码后的一个码块，而在接下来的两个时刻中，只在Y偏振上放置经过编码后的一个码块；则接收到的训练序列和发射的训练序列的关系表示如下：
Figure BDA0004064566760000041
将上式在频域展开得到以下四组等式：
Figure BDA0004064566760000042
Figure BDA0004064566760000043
Figure BDA0004064566760000044
Figure BDA0004064566760000045
利用训练序列根据以上四组等式的关系获得所需的八个信道参数；将所获得的信道参数代入到公式(2)-(5)中，采用迫零算法实现对接收信号的信道均衡和发射端IQ不平衡的补偿。
相对于已被提出的同源相干方案，本发明在此基础上利用对发射信号的实部和虚部进行Alamouti编码，可以使接收端只需要接收X、Y偏振的实部信号即可恢复出完整的复数信号，从而使得接收端可以节省一半数量的BPD，并且可以用低成本的2×2耦合器来代替90°混频器，有效降低接收机的复杂度与成本。本发明通过在OFDM***中，将X、Y偏振的训练序列在时间上交替放置的方式，来获得当存在发射端IQ不平衡时的8个信道参数，用以信道均衡和发射端IQ不平衡的补偿。因此，本发明所提出的基于Alamouti的简化相干***，可以有效简化传统相干接收机的结构，避免接收端IQ不平衡，同时实现对发射端IQ不平衡损伤的不敏感。
本发明还提供一种基于Alamouti编码的简化同源相干***，包括发射端DSP模块、接收端DSP模块；
所述的发射端DSP模块，用于将伪随机比特序列映射成为QAM符号，然后生成两个正交频分复用OFDM信号，将生成的OFDM信号的实部与虚部进行Alamouti编码，并且在每一帧OFDM信号前添加循环前缀；根据传输光纤的情况，最后在发射端进行色散预补偿；
所述的接收端DSP模块，用于对接收到的X偏振和Y偏振的信号进行同步，然后去除循环前缀，接着利用训练序列和Alamouti解码得到信道参数，并对信号进行均衡，最后对均衡后的数据进行QAM逆映射，并计算出***的误码率。
进一步的，发射端将激光器发射出的光源一分为二，一路用于信号的调制，另一路传输到接收端用作本振光源，发射端生成两个OFDM信号，经过数模转换器后，加载到双偏IQ调制器中分别调制到X、Y偏振上；经过单模光纤传输后，采用可调光衰减器对信号的接收功率进行调节；接收端用两个偏振分束器将传输的信号和载波分别分成X和Y偏振，信号的X偏振分量和载波的X分量通过一个2×2耦合器进行耦合后由一个BPD进行接收，得到调制到X偏振上的信号的实部；同理，信号的Y偏振分量和载波的Y分量通过一个2×2耦合器进行耦合后由一个BPD进行接收，得到调制到Y偏振上的信号的实部；经过BPD探测后的信号由模数转换器进行模数转换，然后由接收端DSP模块进行处理。
进一步的，所述的发射端DSP模块在进行Alamouti编码时，对于OFDM信号，其第二时刻重复放置第一时刻的信息，其中第二时刻的I路信号为第一时刻Q路信号的负值，而第二时刻的Q路信号即为第一时刻的I路信号，第一时刻信号的虚部从第二时刻信号的实部中得到，接收端只需要对实部信号进行接收。
进一步的，当存在发射端IQ不平衡损伤时，接收信号与发射信号的关系表示如下：
Figure BDA0004064566760000061
其中，sXI1、sXQ1、sYI1和sYQ1表示第一时刻发送的X、Y偏振的实部与虚部的信号，-sXQ1、sXI1、-sYQ1和sYI1表示第二时刻发送的X、Y偏振的实部与虚部的信号；s'XI1、s'XI2、s'YI1和s'YI2在频域中展开如下：
S'XI1＝HXI-XISXI1+HXQ-XISXQ1+HYI-XISYI1+HYQ-XISYQ1 (12)
S'XI2＝-HXI-XISXQ1+HXQ-XISXI1-HYI-XISYQ1+HYQ-XISYI1 (13)
S'YI1＝HXI-YISXI1+HXQ-YISXQ1+HYI-YISYI1+HYQ-YISYQ1 (14)
S'YI2＝-HXI-YISXQ1+HXQ-YISXI1-HYI-YISYQ1+HYQ-YISYI1 (15)
通过对上式公式中的信道参数HXI-XI、HXQ-XI、HYI-XI、HYQ-XI、HXI-YI、HXQ-YI、HYI-YI和HYQ-YI的计算，即能够对发送信号进行恢复，实现信道的均衡和发射端IQ不平衡的补偿。
进一步的，所述的信道参数的计算包括：对训练序列进行构造，以Alamouti编码块为单位，在第一、二时刻，只在X偏振放置经过Alamouti编码后的一个码块，而在接下来的两个时刻中，只在Y偏振上放置经过编码后的一个码块；则接收到的训练序列和发射的训练序列的关系表示如下：
Figure BDA0004064566760000062
将上式在频域展开得到以下四组等式：
Figure BDA0004064566760000063
Figure BDA0004064566760000064
Figure BDA0004064566760000065
Figure BDA0004064566760000071
利用训练序列根据以上四组等式的关系获得所需的八个信道参数；将所获得的信道参数代入到公式(12)-(15)中，采用迫零算法实现对接收信号的信道均衡和发射端IQ不平衡的补偿。
与现有技术相比，有益效果是：本发明通过利用Alamouti编码，并结合同源相干技术，实现对传统相干***的简化。在同源相干方案的基础上，本发明可以进一步降低接收机的复杂度。在***架构方面，相比于传统的相干接收机，本发明可以用低成本的2×2耦合器来代替90°混频器，并且节省了一半数量的BPD。此外，同源相干技术的采用可以节省接收端的本振激光器。在DSP复杂度方面，接收端无需对频偏和相位噪声进行处理，很大程度上降低了接收端DSP的复杂度。此外，由于本发明只需要接收X、Y偏振信号的实部就可以恢复出完整的复数信号，因此不存在接收端的IQ不平衡问题。而本发明所提出的对信号的实部与虚部进行Alamouti编码的方式，可以有效避免发射端IQ不平衡的损伤。因此，本发明可以实现对发射端IQ不平衡损伤不敏感的简化相干***。
附图说明
图1中(a)为Alamouti编码后的双偏振OFDM信号结构，(b)为训练序列结构。
图2是实施例2仿真装置图与收发端DSP流程示意图。
图3是发射端时延对***性能的影响示意图。
图4是发射端幅度失配对***性能的影响示意图。
图5是发射端相位失配对***性能的影响示意图。
图6是不同光信噪比条件下的误码率性能比较(a)光背靠背传输(b)80km光纤传输。
具体实施方式
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面结合具体实施方式对本发明作在其中一个实施例中说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。
实施例1：
本实施例提供一种基于Alamouti编码的简化同源相干***的信号处理方法，在发射端数字信号处理DSP中，首先将伪随机比特序列映射成为QAM符号，然后生成两个正交频分复用OFDM信号，将生成的OFDM信号的实部与虚部进行Alamouti编码，并且在每一帧OFDM信号前添加循环前缀；根据传输光纤的情况，最后在发射端进行色散预补偿；在接收端数字信号处理DSP中，首先对接收到的X偏振和Y偏振的信号进行同步，然后去除循环前缀，接着利用训练序列和Alamouti解码得到信道参数，并对信号进行均衡，最后对均衡后的数据进行QAM逆映射，并计算出***的误码率。
图1(a)给出了Alamouti编码后的双偏振正交频分复用(OFDM)信号结构。如图所示，第二时刻将重复放置第一时刻的信息，其中第二时刻的I路信号为第一时刻Q路信号的负值，而第二时刻的Q路信号即为第一时刻的I路信号。因此，第一时刻信号的虚部可以从第二时刻信号的实部中得到，从而接收端只需要对实部信号进行接收，以进一步简化相干接收机结构。当存在发射端IQ不平衡损伤时，接收信号与发射信号的关系可以表示如下：
Figure BDA0004064566760000091
其中，sXI1、sXQ1、sYI1和sYQ1表示第一时刻发送的X、Y偏振的实部与虚部的信号，-sXQ1、sXI1、-sYQ1和sYI1表示第二时刻发送的X、Y偏振的实部与虚部的信号；从公式(1)中可以看出，信道可以表示为一个4×4的矩阵。由于在所提出的***中，接收端只需要对实部信号进行接收，因此只需要对公式(1)中的s'XI1、s'XI2、s'YI1和s'YI2进行分析，s'XI1、s'XI2、s'YI1和s'YI2在频域中展开如下：
S'XI1＝HXI-XISXI1+HXQ-XISXQ1+HYI-XISYI1+HYQ-XISYQ1 (2)
S'XI2＝-HXI-XISXQ1+HXQ-XISXI1-HYI-XISYQ1+HYQ-XISYI1 (3)
S'YI1＝HXI-YISXI1+HXQ-YISXQ1+HYI-YISYI1+HYQ-YISYQ1 (4)
S'YI2＝-HXI-YISXQ1+HXQ-YISXI1-HYI-YISYQ1+HYQ-YISYI1 (5)
由以上几个公式可知，只需要得到信道参数HXI-XI、HXQ-XI、HYI-XI、HYQ-XI、HXI-YI、HXQ-YI、HYI-YI和HYQ-YI，即可对发送信号进行恢复，实现信道的均衡和发射端IQ不平衡的补偿。
为了得到以上8个信道参数，对训练序列进行构造，如图1(b)所示，以Alamouti编码块为单位，在第一、二时刻，只在X偏振放置经过Alamouti编码后的一个码块，而在接下来的两个时刻中，只在Y偏振上放置经过编码后的一个码块；则接收到的训练序列和发射的训练序列的关系表示如下：
Figure BDA0004064566760000092
将上式在频域展开得到以下四组等式：
Figure BDA0004064566760000093
Figure BDA0004064566760000094
Figure BDA0004064566760000101
Figure BDA0004064566760000102
利用训练序列根据以上四组等式的关系获得所需的八个信道参数；将所获得的信道参数代入到公式(2)-(5)中，采用迫零算法实现对接收信号的信道均衡和发射端IQ不平衡的补偿。
相对于已被提出的同源相干方案，本发明在此基础上利用对发射信号的实部和虚部进行Alamouti编码，可以使接收端只需要接收X、Y偏振的实部信号即可恢复出完整的复数信号，从而使得接收端可以节省一半数量的BPD，并且可以用低成本的2×2耦合器来代替90°混频器，有效降低接收机的复杂度与成本。本发明通过在OFDM***中，将X、Y偏振的训练序列在时间上交替放置的方式，来获得当存在发射端IQ不平衡时的8个信道参数，用以信道均衡和发射端IQ不平衡的补偿。因此，本发明所提出的基于Alamouti的简化相干***，可以有效简化传统相干接收机的结构，避免接收端IQ不平衡，同时实现对发射端IQ不平衡损伤的不敏感。
实施例2
图2给出了本发明的仿真装置图和收发端的DSP流程框图。仿真由MATLAB和VPI联合仿真实现。发射端将激光器发射出的光源一分为二，一路用于信号的调制，另一路传输到接收端用作本振光源(LO)。发射端由离线DSP生成两个25GHz的OFDM信号，经过采样率为64GSa/s的数模转换器(DAC)后，加载到双偏IQ调制器(DP-IQM)中分别调制到X、Y偏振上。经过80km单模光纤传输后，采用可调光衰减器(ROP)对信号的接收功率进行调节。接收端用两个偏振分束器(PBS)将传输的信号和载波分别分成X和Y偏振，信号的X偏振分量和载波的X分量通过一个2×2耦合器进行耦合后由一个BPD进行接收，得到调制到X偏振上的信号的实部。同理，可以得到Y偏振信号的实部。经过BPD探测后的信号由采样率为64GSa/s的模数转换器(ADC)进行模数转换，然后由接收端离线DSP进行处理。
(1)发射端DSP
在发射端DSP中，首先将伪随机比特序列映射成为16QAM符号，然后生成两个25GHz的OFDM信号。将生成的OFDM信号的实部与虚部进行Alamouti编码，并且在每一帧OFDM信号前添加循环前缀。对于传输光纤的情况，最后在发射端进行色散预补偿。
(2)接收端DSP
在接收端，首先对接收到的X偏振和Y偏振的信号进行同步，然后去除循环前缀。接着利用训练序列和Alamouti解码得到信道参数，并对信号进行均衡。最后对均衡后的数据进行16QAM逆映射，并计算出***的误码率。
结果分析
基于图2所示的仿真设置，仿真了25GHz的OFDM信号在所提出的简化相干***中的性能。首先，仿真讨论了在光背靠背传输情况下，发射端I路信号和Q路信号在经过Alamouti编码后，该简化相干***对发射端IQ不平衡损伤的鲁棒性。其中***的光信噪比设为25dB。图3给出了只存在发射端时延偏差时，对***误码率的影响。从图中可以看出，随着I、Q两路之间时延偏差的变化，X偏振和Y偏振的误码率均几乎保持不变，且与不存在时延偏差时的误码率相同。可见，发射端经过Alamouti编码后可以有效避免发射机的时延偏差损伤。
图4给出了发射端I、Q两路信号间存在幅度失配时，对***性能的影响。如图4所示，其误码率始终保持不变，且与不存在幅度失配时的误码率相同。仿真结果表明，基于发射端I、Q信号的Alamouti编码可以使***对发射端幅度失配不敏感。
图5讨论了只存在发射机相位失配时对误码率性能的影响。仿真结果显示，随着发射机相位失配度数的增加，***的误码率基本与不存在相位失配时的误码率相同。以上结果表明，所提出的基于Alamouti编码的简化相干接收机对发射端I、Q时延、幅度失配和相位失配损伤均具有很好的鲁棒性。
图6(a)和图6(b)分别给出了在光背靠背传输和80km光纤传输情况下，存在不同程度发射端IQ不平衡损伤时与不存在IQ不平衡损伤时的误码率性能比较。在光背靠背传输条件下，将发射端的幅度失配和相位失配分别设为3dB和10°，比较存在4ps，8ps和12ps时延时的误码率性能，同时给出了不存在IQ不平衡损伤时的误码率曲线。从图6(a)可以看到，当存在4ps时延，3dB的幅度失配和10°的相位失配时，其误码率曲线基本与不存在IQ不平衡时的曲线重合。随着时延的增加，误码率性能会逐渐变差，但在硬判决前向纠错编码门限处仍与不存在IQ不平衡损伤时的误码率性能相近。图6(b)给出了传输80km光纤后的误码率性能比较，此时，发射端的幅度失配和相位失配分固定为3dB和10°。从图中可以看到，当存在2ps时延，3dB的幅度失配和10°的相位失配时，其误码率曲线基本与不存在IQ不平衡时的曲线重合。当时延为4ps时，误码率曲线略向上偏移，但在硬判决前向纠错编码门限处仍与不存在IQ不平衡损伤时的误码率性能相近。
综上所示，通过仿真可以验证所提出的基于Alamouti编码的简化相干***对发射端IQ不平衡损伤具有很好的鲁棒性，同时实现了对传统相干***在架构和DSP方面的简化。
实施例3
本实施例提供一种基于Alamouti编码的简化同源相干***，包括发射端DSP模块、接收端DSP模块；
发射端DSP模块，用于将伪随机比特序列映射成为QAM符号，然后生成两个正交频分复用OFDM信号，将生成的OFDM信号的实部与虚部进行Alamouti编码，并且在每一帧OFDM信号前添加循环前缀；根据传输光纤的情况，最后在发射端进行色散预补偿；
接收端DSP模块，用于对接收到的X偏振和Y偏振的信号进行同步，然后去除循环前缀，接着利用训练序列和Alamouti解码得到信道参数，并对信号进行均衡，最后对均衡后的数据进行QAM逆映射，并计算出***的误码率。
其中，发射端将激光器发射出的光源一分为二，一路用于信号的调制，另一路传输到接收端用作本振光源，发射端生成两个OFDM信号，经过数模转换器后，加载到双偏IQ调制器中分别调制到X、Y偏振上；经过单模光纤传输后，采用可调光衰减器对信号的接收功率进行调节；接收端用两个偏振分束器将传输的信号和载波分别分成X和Y偏振，信号的X偏振分量和载波的X分量通过一个2×2耦合器进行耦合后由一个BPD进行接收，得到调制到X偏振上的信号的实部；同理，信号的Y偏振分量和载波的Y分量通过一个2×2耦合器进行耦合后由一个BPD进行接收，得到调制到Y偏振上的信号的实部；经过BPD探测后的信号由模数转换器进行模数转换，然后由接收端DSP模块进行处理。
具体的，发射端DSP模块在进行Alamouti编码时，对于OFDM信号，其第二时刻重复放置第一时刻的信息，其中第二时刻的I路信号为第一时刻Q路信号的负值，而第二时刻的Q路信号即为第一时刻的I路信号，第一时刻信号的虚部从第二时刻信号的实部中得到，接收端只需要对实部信号进行接收。
当存在发射端IQ不平衡损伤时，接收信号与发射信号的关系表示如下：
Figure BDA0004064566760000131
其中，sXI1、sXQ1、sYI1和sYQ1表示第一时刻发送的X、Y偏振的实部与虚部的信号，-sXQ1、sXI1、-sYQ1和sYI1表示第二时刻发送的X、Y偏振的实部与虚部的信号；s'XI1、s'XI2、s'YI1和s'YI2在频域中展开如下：
S'XI1＝HXI-XISXI1+HXQ-XISXQ1+HYI-XISYI1+HYQ-XISYQ1 (12)
S'XI2＝-HXI-XISXQ1+HXQ-XISXI1-HYI-XISYQ1+HYQ-XISYI1 (13)
S'YI1＝HXI-YISXI1+HXQ-YISXQ1+HYI-YISYI1+HYQ-YISYQ1 (14)
S'YI2＝-HXI-YISXQ1+HXQ-YISXI1-HYI-YISYQ1+HYQ-YISYI1 (15)
通过对上式公式中的信道参数HXI-XI、HXQ-XI、HYI-XI、HYQ-XI、HXI-YI、HXQ-YI、HYI-YI和HYQ-YI的计算，即能够对发送信号进行恢复，实现信道的均衡和发射端IQ不平衡的补偿。
信道参数的计算包括：对训练序列进行构造，以Alamouti编码块为单位，在第一、二时刻，只在X偏振放置经过Alamouti编码后的一个码块，而在接下来的两个时刻中，只在Y偏振上放置经过编码后的一个码块；则接收到的训练序列和发射的训练序列的关系表示如下：
Figure BDA0004064566760000132
将上式在频域展开得到以下四组等式：
Figure BDA0004064566760000141
Figure BDA0004064566760000142
Figure BDA0004064566760000143
Figure BDA0004064566760000144
利用训练序列根据以上四组等式的关系获得所需的八个信道参数；将所获得的信道参数代入到公式(12)-(15)中，采用迫零算法实现对接收信号的信道均衡和发射端IQ不平衡的补偿。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于Alamouti编码的简化同源相干***的信号处理方法，其特征在于，在发射端数字信号处理DSP中，首先将伪随机比特序列映射成为QAM符号，然后生成两个正交频分复用OFDM信号，将生成的OFDM信号的实部与虚部进行Alamouti编码，并且在每一帧OFDM信号前添加循环前缀；根据传输光纤的情况，最后在发射端进行色散预补偿；在接收端数字信号处理DSP中，首先对接收到的X偏振和Y偏振的信号进行同步，然后去除循环前缀，接着利用训练序列和Alamouti解码得到信道参数，并对信号进行均衡，最后对均衡后的数据进行QAM逆映射，并计算出***的误码率。
2.根据权利要求1所述的基于Alamouti编码的简化同源相干***的信号处理方法，其特征在于，发射端将激光器发射出的光源一分为二，一路用于信号的调制，另一路传输到接收端用作本振光源，发射端生成两个OFDM信号，经过数模转换器后，加载到双偏IQ调制器中分别调制到X、Y偏振上；经过单模光纤传输后，采用可调光衰减器对信号的接收功率进行调节；接收端用两个偏振分束器将传输的信号和载波分别分成X和Y偏振，信号的X偏振分量和载波的X分量通过一个耦合器进行耦合后由一个BPD进行接收，得到调制到X偏振上的信号的实部；同理，信号的Y偏振分量和载波的Y分量通过一个耦合器进行耦合后由一个BPD进行接收，得到调制到Y偏振上的信号的实部；经过BPD探测后的信号由模数转换器进行模数转换，然后由接收端数字信号处理DSP进行处理。
3.根据权利要求1所述的基于Alamouti编码的简化同源相干***的信号处理方法，其特征在于，所述的Alamouti编码具体包括：对于OFDM信号，其第二时刻重复放置第一时刻的信息，其中第二时刻的I路信号为第一时刻Q路信号的负值，而第二时刻的Q路信号即为第一时刻的I路信号，第一时刻信号的虚部从第二时刻信号的实部中得到，接收端只需要对实部信号进行接收。
4.根据权利要求3所述的基于Alamouti编码的简化同源相干***的信号处理方法，其特征在于，当存在发射端IQ不平衡损伤时，接收信号与发射信号的关系表示如下：
Figure FDA0004064566750000021
其中，sXI1、sXQ1、sYI1和sYQ1表示第一时刻发送的X、Y偏振的实部与虚部的信号，-sXQ1、sXI1、-sYQ1和sYI1表示第二时刻发送的X、Y偏振的实部与虚部的信号；s'XI1、s'XI2、s'YI1和s'YI2在频域中展开如下：
S'XI1＝HXI-XISXI1+HXQ-XISXQ1+HYI-XISYI1+HYQ-XISYQ1 (2)
S'XI2＝-HXI-XISXQ1+HXQ-XISXI1-HYI-XISYQ1+HYQ-XISYI1 (3)
S'YI1＝HXI-YISXI1+HXQ-YISXQ1+HYI-YISYI1+HYQ-YISYQ1 (4)
S'YI2＝-HXI-YISXQ1+HXQ-YISXI1-HYI-YISYQ1+HYQ-YISYI1 (5)
通过对上式公式中的信道参数HXI-XI、HXQ-XI、HYI-XI、HYQ-XI、HXI-YI、HXQ-YI、HYI-YI和HYQ-YI的计算，即能够对发送信号进行恢复，实现信道的均衡和发射端IQ不平衡的补偿。
5.根据权利要求4所述的基于Alamouti编码的简化同源相干***的信号处理方法，其特征在于，所述的信道参数的计算方法包括：对训练序列进行构造，以Alamouti编码块为单位，在第一、二时刻，只在X偏振放置经过Alamouti编码后的一个码块，而在接下来的两个时刻中，只在Y偏振上放置经过编码后的一个码块；则接收到的训练序列和发射的训练序列的关系表示如下：
Figure FDA0004064566750000022
将上式在频域展开得到以下四组等式：
Figure FDA0004064566750000023
Figure FDA0004064566750000024
Figure FDA0004064566750000031
Figure FDA0004064566750000032
利用训练序列根据以上四组等式的关系获得所需的八个信道参数；将所获得的信道参数代入到公式(2)-(5)中，采用迫零算法实现对接收信号的信道均衡和发射端IQ不平衡的补偿。
6.一种基于Alamouti编码的简化同源相干***，其特征在于，包括发射端DSP模块、接收端DSP模块；
所述的发射端DSP模块，用于将伪随机比特序列映射成为QAM符号，然后生成两个正交频分复用OFDM信号，将生成的OFDM信号的实部与虚部进行Alamouti编码，并且在每一帧OFDM信号前添加循环前缀；根据传输光纤的情况，最后在发射端进行色散预补偿；
所述的接收端DSP模块，用于对接收到的X偏振和Y偏振的信号进行同步，然后去除循环前缀，接着利用训练序列和Alamouti解码得到信道参数，并对信号进行均衡，最后对均衡后的数据进行QAM逆映射，并计算出***的误码率。
7.根据权利要求6所述的基于Alamouti编码的简化同源相干***，其特征在于，发射端将激光器发射出的光源一分为二，一路用于信号的调制，另一路传输到接收端用作本振光源，发射端生成两个OFDM信号，经过数模转换器后，加载到双偏IQ调制器中分别调制到X、Y偏振上；经过单模光纤传输后，采用可调光衰减器对信号的接收功率进行调节；接收端用两个偏振分束器将传输的信号和载波分别分成X和Y偏振，信号的X偏振分量和载波的X分量通过一个耦合器进行耦合后由一个BPD进行接收，得到调制到X偏振上的信号的实部；同理，信号的Y偏振分量和载波的Y分量通过一个耦合器进行耦合后由一个BPD进行接收，得到调制到Y偏振上的信号的实部；经过BPD探测后的信号由模数转换器进行模数转换，然后由接收端DSP模块进行处理。
8.根据权利要求6所述的基于Alamouti编码的简化同源相干***，其特征在于，所述的发射端DSP模块在进行Alamouti编码时，对于OFDM信号，其第二时刻重复放置第一时刻的信息，其中第二时刻的I路信号为第一时刻Q路信号的负值，而第二时刻的Q路信号即为第一时刻的I路信号，第一时刻信号的虚部从第二时刻信号的实部中得到，接收端只需要对实部信号进行接收。
9.根据权利要求8所述的基于Alamouti编码的简化同源相干***，其特征在于，当存在发射端IQ不平衡损伤时，接收信号与发射信号的关系表示如下：
Figure FDA0004064566750000041
其中，sXI1、sXQ1、sYI1和sYQ1表示第一时刻发送的X、Y偏振的实部与虚部的信号，-sXQ1、sXI1、-sYQ1和sYI1表示第二时刻发送的X、Y偏振的实部与虚部的信号；s'XI1、s'XI2、s'YI1和s'YI2在频域中展开如下：
S'XI1＝HXI-XISXI1+HXQ-XISXQ1+HYI-XISYI1+HYQ-XISYQ1 (12)
S'XI2＝-HXI-XISXQ1+HXQ-XISXI1-HYI-XISYQ1+HYQ-XISYI1 (13)
S'YI1＝HXI-YISXI1+HXQ-YISXQ1+HYI-YISYI1+HYQ-YISYQ1 (14)
S'YI2＝-HXI-YISXQ1+HXQ-YISXI1-HYI-YISYQ1+HYQ-YISYI1 (15)
通过对上式公式中的信道参数HXI-XI、HXQ-XI、HYI-XI、HYQ-XI、HXI-YI、HXQ-YI、HYI-YI和HYQ-YI的计算，即能够对发送信号进行恢复，实现信道的均衡和发射端IQ不平衡的补偿。
10.根据权利要求9所述的基于Alamouti编码的简化同源相干***，其特征在于，所述的信道参数的计算包括：对训练序列进行构造，以Alamouti编码块为单位，在第一、二时刻，只在X偏振放置经过Alamouti编码后的一个码块，而在接下来的两个时刻中，只在Y偏振上放置经过编码后的一个码块；则接收到的训练序列和发射的训练序列的关系表示如下：
Figure FDA0004064566750000042
将上式在频域展开得到以下四组等式：
Figure FDA0004064566750000051
Figure FDA0004064566750000052
/>
Figure FDA0004064566750000053
Figure FDA0004064566750000054
利用训练序列根据以上四组等式的关系获得所需的八个信道参数；将所获得的信道参数代入到公式(12)-(15)中，采用迫零算法实现对接收信号的信道均衡和发射端IQ不平衡的补偿。
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