Transcript 相干接收原理及补偿算法

相干接收原理及补偿算法
演讲人：赵源
北京邮电大学
Open Internet Laboratory
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相干接收原理
DSP结构
色散（CD）补偿
Phase offset recovery
PMD compensation
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相干接收原理
DSP结构
色散（CD）补偿
Phase offset recovery
PMD compensation
相干接收原理-1
• MZM输出的光信号是单偏振的，容易进行偏振复用
• Ex , Ey 是x,y偏振态上的光电场（光信号）
• PDM-QPSK，在x,y两个偏振方向上分别对I，Q路进行调制，运用
全部自由度
• Ix = Re{Ex}, Qx = Im{Ex}, Iy = Re{Ey}, Qy = Im{Ey},
相干接收原理-2
• 在传输过程中，信号受到CD,PMD,NL等因素影响，接收端PBS对
不准信号偏振态，偏振态互相耦合，接收端Ex , Ey  Ex’, Ey’
• 相干接收，一般用零差接收机(homodyne receiver), fLO = fcarrier,
• 两个90°混频器(optical hybrid)分别接收Ex’, Ey’两个偏振态上的信
号, 得到Ix’ = Re{Ex’}, Qx’ = Im{Ex’}, Iy’ = Re{Ey’}, Qy’ = Im{Ey’}
• Ix’ ,Qx’ ,Iy’ ,Qy’ 经过2sample/symbol的ADC抽样变成数字信号，经
过DSP电路处理，希望得到Ix, Qx, Iy, Qy即发送的信息。
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相干接收原理
DSP结构
色散（CD）补偿
Phase offset recovery
PMD compensation
DSP结构图-1
• 一般情况：先补偿色散，再补偿PMD，然后
carrier recovery
• 判决结果可以反馈给蝶形滤波器和carrier
recovery module来更新滤波器权值
DSP结构图-2
• 图中，xin = Ex’ , yin = Ey’ , i1, i2, i3, i4 分别是Ix’ ,Qx’ ,Iy’ ,Qy’
• 色散补偿模块，使用慢变的数字滤波器
• 蝶形自适应滤波器，用于polarization recovery and demultiplexing, polarization mode dispersion (PMD)
compensation as well as residual CD compensation.
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相干接收原理
DSP结构
色散（CD）补偿
Phase offset recovery
PMD compensation
色散补偿
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CD是线性效应，光纤信道的传递函数为：
 1

H ( )  exp   j  2 2 L 
 2

1
2
2
L：光纤长度
可以在频域色散均衡(frequency domain dispersion
equalization, FDE)也可以在时域色散均衡(time
domain dispersion equalization, FDE)
2

(



)




(



)


(



)
0
0
1
0
2
0
:色散参数，
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相干接收原理
DSP结构
色散（CD）补偿
Phase offset recovery
PMD compensation
Phase offset recovery-1
•Phase offset后果：
yk  xk e jk
xk 没有phase offset时的星座点位置
yk 有phase offset后星座点位置
k
phase offset.
Phase offset使得星座图旋转一个角度
k
Phase offset – 补偿方法：Mth power method
PMD补偿-1
• 蝶形自适应滤波器，用于polarization recovery and demultiplexing, polarization mode dispersion (PMD)
compensation as well as residual CD compensation. 权值的更
新算法可以是CMA，DD-LMS
• 优化FIR滤波器的权值：
hxx, hxy, hyx, hyy,
• 我理解：自适应滤波是
一种最优化算法，
最小化某几个目标函数
PMD补偿-Constant Modulus Algorithm (CMA)
算法-1
• 最小化：  x  1  xout ,  y  1  yout
2
2
2
2
d

d

d

d

• 最小化时满足： x  0, x  0, y  0, y  0,
2
dh xx
2
dh xy
dh yx
• 用随机梯度算法，用如下方法改变权值
dh yy
PMD补偿-Constant Modulus Algorithm (CMA)
算法-2
• 当达到最小化时，
xout  yout  1
• 星座图落在单位圆上
• 之后用phase offset recovery可以把落在单位圆上的星座点移到正确的
点上
• 蝶形自适应滤波器，用于polarization recovery and de-multiplexing,
polarization mode dispersion (PMD) compensation as well as residual CD
compensation.
• CMA的最主要作用是使 x p , y p 解耦合，xout , yout 对准发射的Ex，Ey偏
振态。
PMD补偿- DD-LMS算法
• 一旦CMA算法收敛，眼图睁开，均衡器可以进入decision
directed mode，用decision directed least mean squared (DDLMS) 算法：
• Question？