[发明专利]相位受控旋转的调制系统、方法及改进型相关恒模算法

摘要

本发明公开了一种相位受控旋转的调制系统、方法及改进型相关恒模算法，涉及相干光通信领域。该调制方法的步骤为：调制X偏振信号为QPSK信号调制与相同或相反的Y偏振信号对进行受控旋转处理后产生伪PM-QPSK信号；对伪PM-QPSK信号使用CMA算法更新自适应滤波器系数后，将接收端和发送端的控制信号序列C(N)对齐；采用改进型相关恒模算法更新自适应滤波器系数、恢复S(n)、合并偏振信号，得到合并信号E_merge(n)。本发明将普通PS-QPSK转换成MR-PS-QPSK时，能够使用新增的恒模算法保证两偏振信号相位锁定，还能够采用单偏振QPSK的信号处理过程对合并后的信号进行后续处理，极大简化了后续处理过程。

主权项

一种相位受控旋转的调制系统的改进型相关恒模算法，其特征在于，包括以下步骤：A、使用改进型相关恒模算法更新自适应滤波器系数，以保证自适应滤波器输出的Y偏振数字信号和X偏振数字信号的相位锁定，具体步骤为：对X偏振接收信号[Ein^x(n‑l)]和Y偏振接收信号[Ein^y(n‑l)]进行时域滤波，时域滤波的公式为：$E_{out}^X\left(n\right)=\underset{l=-L+1}{\overset{L-1}{\Σ}}{F}^{xx}\left(l\right)\[{\mathrm{Ein}}^x(n-1)\]+\underset{l=-L+1}{\overset{L-1}{\Σ}}{F}^{xy}\left(l\right)\[{\mathrm{Ein}}^y(n-l)\]$$E_{out}^Y\left(n\right)=\underset{l=-L+1}{\overset{L-1}{\Σ}}{F}^{yx}\left(l\right)\[{\mathrm{Ein}}^x\left(n-l\right)\]+\underset{l=-L+1}{\overset{L-1}{\Σ}}{F}^{yy}\left(l\right)\[{\mathrm{Ein}}^y\left(n-l\right)\]$其中：F^xx、F^xy、F^yx、F^yy为4个自适应滤波器系数，n为序列号，L为自适应滤波器级数，l为自适应滤波器级数序号；上述时域滤波的误差定义式为：Error＝Error_x²+Error_y²+Error_xy²；$Error\_x=1-|E_{out}^X{|}^2,Error\_y=1-|E_{out}^Y{|}^2;$$Error\_xy=2-|E_{out}^X+{\mathrm{jE}}_{out}^Y{|}^2,$当C(n)＝0；$Error\_xy=2-|E_{out}^X+E_{out}^Y{|}^2,$当C(n)＝1；根据上述误差定义使用梯度算法，得出对应的系数更新公式为：当控制信号序列C(n)为0时：$\begin{array}{c}{F}^{xx}\left(l,g+1\right)=F^{xx}\left(l,g\right)+4{\mathrm{\μ}}_{1}Error\_{\mathrm{xE}}_{out}^X\left(n\right){\[{\mathrm{Ein}}^x\left(n-l\right)\]}^{*}\\ +4{\mathrm{\μ}}_{2}Error\_xy\[E_{out}^X\left(n\right)+{\mathrm{jE}}_{out}^Y\left(n\right)\]{\[{\mathrm{Ein}}^x\left(n-l\right)\]}^{*}\end{array};$$\begin{array}{c}{F}^{xy}\left(l,g+1\right)=F^{xy}\left(l,g\right)+4{\mathrm{\μ}}_{1}Error\_{\mathrm{xE}}_{out}^X\left(n\right){\[{\mathrm{Ein}}^y\left(n-l\right)\]}^{*}\\ +4{\mathrm{\μ}}_{2}Error\_xy\[E_{out}^X\left(n\right)+{\mathrm{jE}}_{out}^Y\left(n\right)\]{\[{\mathrm{Ein}}^y\left(n-l\right)\]}^{*}\end{array};$$\begin{array}{c}{F}^{yx}\left(l,g+1\right)=F^{yx}\left(l,g\right)+4{\mathrm{\μ}}_{1}Error\_{\mathrm{yE}}_{out}^Y\left(n\right){\[{\mathrm{Ein}}^x\left(n-l\right)\]}^{*}\\ -4{\mathrm{j\μ}}_{2}Error\_xy\[E_{out}^X\left(n\right)+{\mathrm{jE}}_{out}^Y\left(n\right)\]{\[{\mathrm{Ein}}^x\left(n-l\right)\]}^{*}\end{array};$$\begin{array}{c}{F}^{yy}\left(l,g+1\right)=F^{yy}\left(l,g\right)+4{\mathrm{\μ}}_{1}Error\_{\mathrm{yE}}_{out}^Y\left(n\right){\[{\mathrm{Ein}}^y\left(n-l\right)\]}^{*}\\ -4{\mathrm{j\μ}}_{2}Error\_xy\[E_{out}^X\left(n\right)+{\mathrm{jE}}_{out}^Y\left(n\right)\]{\[{\mathrm{Ein}}^y\left(n-l\right)\]}^{*}\end{array};$当C(n)为1时：$\begin{array}{c}{F}^{xx}\left(l,g+1\right)=F^{xx}\left(l,g\right)+4{\mathrm{\μ}}_{1}Error\_{\mathrm{xE}}_{out}^X\left(n\right){\[{\mathrm{Ein}}^x\left(n-l\right)\]}^{*}\\ +4{\mathrm{\μ}}_{2}Error\_xy\[E_{out}^X\left(n\right)+E_{out}^Y\left(n\right)\]{\[{\mathrm{Ein}}^x\left(n-l\right)\]}^{*}\end{array};$$\begin{array}{c}{F}^{xy}\left(l,g+1\right)=F^{xy}\left(l,g\right)+4{\mathrm{\μ}}_{1}Error\_{\mathrm{xE}}_{out}^X\left(n\right){\[{\mathrm{Ein}}^y\left(n-l\right)\]}^{*}\\ +4{\mathrm{\μ}}_{2}Error\_xy\[E_{out}^X\left(n\right)+E_{out}^Y\left(n\right)\]{\[{\mathrm{Ein}}^y\left(n-l\right)\]}^{*}\end{array};$$\begin{array}{c}{F}^{yx}\left(l,g+1\right)=F^{yx}\left(l,g\right)+4{\mathrm{\μ}}_{1}Error\_{\mathrm{yE}}_{out}^Y\left(n\right){\[{\mathrm{Ein}}^x\left(n-l\right)\]}^{*}\\ +4{\mathrm{\μ}}_{2}Error\_xy\[E_{out}^X\left(n\right)+E_{out}^Y\left(n\right)\]{\[{\mathrm{Ein}}^x\left(n-l\right)\]}^{*}\end{array};$$\begin{array}{c}{F}^{yy}\left(l,g+1\right)=F^{yy}\left(l,g\right)+4{\mathrm{\μ}}_{1}Error\_{\mathrm{yE}}_{out}^Y\left(n\right){\[{\mathrm{Ein}}^y\left(n-l\right)\]}^{*}\\ +4{\mathrm{\μ}}_{2}Error\_xy\[E_{out}^X\left(n\right)+E_{out}^Y\left(n\right)\]{\[{\mathrm{Ein}}^y\left(n-l\right)\]}^{*}\end{array};$上述系数更新公式中*为共轭符号，g表示第g次更新，j为复数符号，μ₁和μ₂均为根据需要使用的微小系数；B、接收端根据C(n)的数值逆向旋转Y偏振信号：当C(n)为0时，接收端不旋转Y偏振信号；当C(n)为1时，接收端将Y偏振信号旋转‑π/2，得到反向受控旋转的Y偏振信号将E^X_out(n)与共轭相乘，得到数字信号E^XY_out(n)，计算公式为：${E^{XY}}_{out}\left(n\right)={E^X}_{out}\left(n\right){\[E_{rotate}^Y\left(n\right)\]}^{*};$根据E^XY_out(n)恢复开关信号S(n)：当E^XY_out(n)的实变量Real[E^XY_out(n)]＞0时，S(n)＝0；当Real[E^XY_out(n)]＜0时，S(n)＝1；C、将与合并，得到合并信号E_merge(n)，E_merge(n)的计算公式为：$E_{merge}\left(n\right)={E^X}_{out}\left(n\right)+E_{rotate}^Y\left(n\right),$当S(n)＝0；$E_{merge}\left(n\right)={E^X}_{out}\left(n\right)-E_{rotate}^Y\left(n\right),$当S(n)＝1。