[发明专利]基于聚类算法的相干光通信盲均衡方法

摘要

本发明公开了一种基于聚类算法的相干光通信盲均衡方法，通过构造基于聚类算法的代价函数，将相干光通信系统的盲均衡问题转化为一个最优化求解问题，通过将代价函数的概率密度函数对数最大化求解该优化问题。与传统的基于聚类的算法相比较，该算法不仅极大地降低了计算复杂度，而且在算法收敛过程中，步长和方差能够自适应调整。该方法适用于偏振多路复用（PolMux）相干光通信系统盲均衡问题。

主权项

一种基于聚类算法的相干光通信盲均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：1)已调符号序列{s(k)}通过一个成型滤波器g(t)后的基带信号在光信道中传播，受到加性噪声的影响输出连续时间矩阵信号y(t)：y(t)=Σn=-∞∞c(t)x(t-nTs-t0)+n(t);]]>其中：y(t)是二进制连续时间矩阵信号；y(t)＝[yp(t),yq(t)]T、x(t)＝[xp(t),xq(t)]T、n(t)＝[np(t),nq(t)]T分别表示接收信号、源信号和加性高斯噪声；p和q分别表示X轴方向偏振和Y轴方向偏振；yp(t),yq(t)分别表示X轴方向偏振接收信号和Y轴方向偏振接收信号；xp(t),xq(t)分别表示X轴方向偏振源信号和Y轴方向偏振源信号；np(t),nq(t)分别表示X轴方向偏振加性高斯噪声和Y轴方向偏振加性高斯噪声；上标T表示矩阵或向量的转置运算；c(t)表示信道脉冲响应；t0为任意时间延迟；Ts是符号周期；2)分别在X轴方向偏振p和Y轴方向偏振q上，对信号y(t)以Ts/2空间的时间间隔进行采样，得到二进制离散信号k表示第k个码元，i表示第i个抽头；3)利用所述二进制离散信号，在X轴偏振方向，得到抽头间隔为Ts/2的分数间隔均衡器FSE的输出信号为：rp(k)=Σi=02L-1[Wp,p(i)yp((k-i)Ts2)+Wp,q(i)yq((k-i)Ts2)];]]>其中：L是分数间隔均衡器FSE的长度；Wp,q是输入偏振p和输出偏振q之间的FSE，Wp,p(i)是Wp,q的第i个抽头系数；在FSE输出样本中进行2倍抽取，创建Ts‑间隔输出序列，输出序列矩阵为：z(n*)＝wTyL(n*)；其中：z(n*)＝[zp(n*),zq(q)]T；yL(n*)＝[y(n*)T,y(n*‑1)T,...y(n*‑L+1)T]T是离散时间矩阵信号，y(n*)是y(t)的离散时间信号表达式，n*是大于等于零的整数；w＝[w0,w1,...wL‑1]T是均衡器向量，w0,w1,...wL1为该均衡器向量的元素，即抽头系数；4)将高斯白噪声等效为v(n*)，则输出序列矩阵z(n*)表示为：s(n*‑d)表示延迟了d个单元的原始发送信号；5)设计以下代价函数Jcluster(w,z(n*))：Jcluster(w,z(n*))＝E[ρlog(p(w,z(n*)))]；其中，pql为yql的先验概率,yql为q方向上分数间隔均衡器FSE输出的第l个值，即rp(k)的第l个值；ρ为高斯聚类噪声方差；E[·]表示期望运算，M为调制信号的阶数；K为一个大于1的正整数；6)利用下式更新分数间隔均衡器FSE的权值：w(n*+1)=w(n*)+μ∂Jcluster(w(n*),z(n*))∂w;]]>则第n*次迭代后的分数间隔均衡器FSE权值为：w(n*)＝wR(n*)+jwI(n)*，j为虚数单位；其中：wR(n*+1)=wR(n*)+μ∂JR(wR,zR(n*))∂wR(n*)]]>wI(n*+1)=wI(n*)+μ∂JI(wI,zI(n*))∂wI(n*)]]>其中：μ为步长，为求偏导数运算符；下标R和I分别表示实部和虚部，ρR表示高斯聚类噪声方差ρ的实部；ρI表示高斯聚类噪声方差ρ的虚部；|.|表示绝对值运算；j为虚数单位；参数ρ和μ的更新方程如下：μ(n*+1)=μ(n*)1+γμ(n*)|e(n*)|2ρ(n*+1)=ρ(n*)1+γμ(n*)|e(n*)|2;]]>其中判决误差e(n*)为：e(n*)＝d(n*)‑z(n*)其中：d(n*)为判决值；sgn(·)为符号函数；和分别代表实部和虚部；利用泰勒公式将ρ和μ的更新方程改写为：μ(n*+1)＝μ(n*)(1+β+β2+…)≈μ(n*)(1+β)ρ(n*+1)＝ρ(n*)(1+β+β2+…)≈ρ(n*)(1+β)这里β＝‑γμ(n*)|e(n*)|2，n*表示第n*次迭代；7)将经步骤6)更新后的权值代入步骤5))中的代价函数Jcluster(w,z(n*))，直至该代价函数值不再变化，退出。