本发明涉及一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法，属于调制识别技术领域。包括如下步骤：步骤A、对输入的待检测光通信信号进行相干检测、前端均衡、色散补偿、时钟恢复以及载波频偏补偿；步骤B、在MFI模块中计算AAR和DPDR；步骤C、计算调制格式识别因子R；步骤D、对步骤A的输出进行光信号调制格式识别；步骤E、根据光信号调制格式进行自适应均衡；步骤F、进行载波相位恢复；步骤G、对进行判决和译码。本方法在OSNR不小于12dB时能够识别光信号调制格式且不需载波恢复；不需大量训练数据集和复杂计算；输入信号OSNR不小于12dB时，能识别出QPSK、16QAM和64QAM三种调制方式。
1.一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法,其中该方法中使用的接收机主要包括相干检测单元、前端均衡单元、色散补偿单元、时钟恢复单元、频偏补偿单元、频偏自适应补偿单元、调制格式自适应识别模块、自适应均衡单元、载波相位恢复单元以及判决与译码单元；
相干检测单元和前端均衡单元相连；前端均衡单元和色散补偿单元相连；色散补偿单元和时钟恢复单元相连，时钟恢复单元和频偏补偿单元相连；频偏补偿单元和MFI模块相连；MFI模块和自适应均衡单元相连；自适应均衡单元和载波相位恢复单元相连；载波相位恢复单元和判决与译码单元相连；
所述光通信信号调制格式识别方法，即接收机的工作过程，其特征在于：包括如下步骤：步骤A、对输入的待检测光通信信号在相干检测单元中进行相干检测；
步骤B、对步骤A相干检测输出的信号在前端均衡单元中进行前端均衡；
步骤C、对步骤B前端均衡后的输出信号在色散补偿单元中进行色散补偿；
步骤D、对步骤C色散补偿后的信号在时钟恢复单元中进行时钟恢复；
步骤E、对步骤D时钟恢复的信号在频偏补偿单元中进行载波频偏补偿；
其中，An表示载波频偏补偿后信号Sn的幅度，j表示虚部单位，an表示载波频偏补偿后信号的调制相位；θn表示载波频偏补偿后信号的相位噪声；N表示采样点总数；n表示采样点序号，其取值范围为1到N；当激光器线宽少于10MHz时，相邻符号的相位噪声差异被认为近似相等，即θn+1≈θn，因此，载波频偏补偿后信号相邻符号间的相位差近似为：步骤F、基于步骤E频偏补偿后输出的信号在MFI模块中计算AAR和DPDR；
其中，AAR代表平均振幅比，DPDR代表差分相位分布比；
其中，γn＝max(An,An+1)/min(An,An+1)；max(An,An+1)表示An和An+1两者中的较大的那个，min(An,An+1)表示An和An+1两者中的较小的那个；
其中，若 为真则Θ＝1，否则Θ＝0；其中，ξ为阈值，ξ需要进行优化选择，优化选择的标准是将不同信噪比光信号的调制格式区分开来；
步骤G、在MFI模块中计算AAR和DPDR的乘积，并称之为调制格式识别因子R；
R＝η(ξ)·γ (4)步骤H、基于计算的调制格式识别因子对步骤E载波频偏补偿单元输出的信号识别光信号调制格式；
步骤I、根据步骤H识别的光信号调制格式，在自适应均衡单元中进行自适应均衡；
步骤J、对步骤I自适应均衡输出的结果在载波相位恢复单元中进行载波相位恢复；
步骤K、对步骤J载波相位恢复输出的结果在判决与译码单元中进行判决和译码。
2.根据权利要求1所述的一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法，其特征在于：步骤H，具体为：若R小于13,则光信号调制格式为QPSK；
若R大于等于13且小于28,则光信号调制格式为16QAM；
一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法，属于调制识别技术领域。
背景技术
[0002] 为了满足日益增长的全球IP业务容量需求，光网络正在从传统的固定网络向灵活及自适应的弹性光网络架构发展。研究表明多进制的幅度相位联合调制(MQAM)格式，通过硬件配置来改变M3，就可以实现发射变比特率的信号。对于多种调制格式灵活切换的弹性光网络而言，光接收机需要具备对不同调制格式自适应盲识别的能力，从而为接收机后续的数字信号处理，如载波相位噪声估计、频偏补偿提供必要的调制格式信息。
[0003] 因此，光通信信号调制格式识别技术备受关注。2015年，有研究人员提出基于计算峰均功率比(PAPR)的调制格式盲识别技术：相干光接收数据经过模数转换、色散和偏振模色散均衡后，计算数据的峰均功率比(PAPR)，通过光信噪比(OSNR)与PAPR的对应关系，识别调制格式。该方法需要预先知道光信号的OSNR。近年来，深度学习(deep learning,DL)是一个热门的研究领域。基于DL的MFI方法也被提出。有研究者提出基于星座图分析的卷积神经网络调制格式识别算法，其缺点是与载波相位噪声恢复算法捆绑在一起，限制了该方法的应用范围。也有研究者提出将识别信号幅度直方图分布模式的深度神经网络(Deep Neural Networks,DNN)用于调制格式识别。然而，在这些DL方法需要广泛的训练数据集和巨大的计算量。基于归一化分布函数(CDF)曲线的归一化幅度来识别调制格式的方法，则需要预先建立所有可能调制格式的参考CDF作为数据库。
[0004] 本申请拟通过计算差分相位分布比(differential phase distribution ratio，DPDR)和平均振幅比(average of amplitude ratio，AAR)来识别出相干光传输系统中最常用的三种格式：QPSK、16QAM和64QAM。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于克服现有光通信信号调制格式识别方法存在的复杂度高以及OSNR要求高的技术缺陷，提出了一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法。
[0006] 本方法的核心思想为:基于差分相位分布比DPDR和平均振幅比AAR，并定义调制格式识别因子R：DPDR和AAR的乘积，来区分信号调制格式是QPSK、16QAM还是64QAM。
[0007] 一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法所依托的接收机主要包括相干检测单元、前端均衡单元、色散补偿单元、时钟恢复单元、频偏补偿单元、频偏自适应补偿单元、调制格式自适应识别模块、自适应均衡单元、载波相位恢复单元以及判决与译码单元；
[0008] 其中，调制格式自适应识别模块又称为MFI模块；
[0009] 接收机内各模块及单元的连接关系如下：
[0010] 相干检测单元和前端均衡单元；前端均衡单元和色散补偿单元相连；色散补偿单元和时钟恢复单元相连，时钟恢复单元和频偏补偿单元相连；频偏补偿单元和MFI模块相连；MFI模块和自适应均衡单元相连；自适应均衡单元和载波相位恢复单元相连；载波相位恢复单元和判决与译码单元相连；
[0011] 一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法，即接收机的工作过程，包括如下步骤：
[0012] 步骤A、对输入的待检测光通信信号在相干检测单元中进行相干检测；
[0013] 步骤B、对步骤A相干检测输出的信号在前端均衡单元中进行前端均衡；
[0014] 步骤C、对步骤B前端均衡后的输出信号在色散补偿单元中进行色散补偿；
[0015] 步骤D、对步骤C色散补偿后的信号在时钟恢复单元中进行时钟恢复；
[0016] 步骤E、对步骤D时钟恢复的信号在频偏补偿单元中进行载波频偏补偿；
[0017] 其中，载波频偏补偿后的信号可以表达为(1)：
[0018]
[0019] 其中，An表示载波频偏补偿后信号Sn的幅度，j表示虚部单位，an表示载波频偏补偿后信号的调制相位；θn表示载波频偏补偿后信号的相位噪声；N表示采样点总数；n表示采样点序号，其取值范围为1到N；当激光器线宽少于10MHz时，相邻符号的相位噪声差异被认为近似相等，即θn+1≈θn，因此，载波频偏补偿后信号相邻符号间的相位差近似为：
[0020] 步骤F、基于步骤E频偏补偿后输出的信号在MFI模块中计算AAR和DPDR；
[0021] 其中，AAR代表平均振幅比，DPDR代表差分相位分布比；
[0022] AAR的计算表达式如下(2)：
[0023]
[0024] 其中，γn＝max(An,An+1)/min(An,An+1)；max(An,An+1)表示An和An+1两者中的较大的那个，min(An,An+1)；表示An和An+1两者中的较小的那个；
[0025] DPDR的计算表达式如下(3)：
[0026]
[0027] 其中，若 为真则Θ＝1，否则Θ＝0；其中，ξ为阈值，ξ需要进行优化选择，优化选择的标准是将不同信噪比光信号的调制格式区分开来；
[0028] 步骤G、在MFI模块中计算AAR和DPDR的乘积，并称之为调制格式识别因子R；
[0029] 步骤G具体表达为公式(4)：
[0030] R＝η(ξ)·γ (4)
[0031] 步骤H、基于计算的调制格式识别因子对步骤E载波频偏补偿单元输出的信号识别光信号调制格式：
[0032] 若R小于13,则光信号调制格式为QPSK；
[0033] 若R大于等于13且小于28,则光信号调制格式为16QAM；
[0034] 若R大于等于28,则光信号调制格式为64QAM；
[0035] 步骤I、根据步骤H识别的光信号调制格式，在自适应均衡单元中进行自适应均衡；
[0036] 步骤J、对步骤H自适应均衡输出的结果在载波相位恢复单元中进行载波相位恢复；
[0037] 步骤K、对步骤J载波相位恢复输出的结果在判决与译码单元中进行判决和译码。
[0038] 有益效果
[0039] 本发明提出的一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0040] 1.本方法在OSNR不小于12dB的时候能够识别光信号调制格式，且不需要载波恢复；
[0041] 2.本方法不需要大量的训练数据集和复杂的计算；
[0042] 3.本方法的实验和仿真结果表明输入信号的OSNR不小于12dB时，所提出的方法能够识别出QPSK、16QAM和64QAM三种调制方式。
附图说明
[0043] 图1为本发明一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法所基于的系统框图及连接关系；
[0044] 图2为本发明一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法具体实施时的系统设置与场景；
[0045] 图3为本发明一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法具体实施时步骤F的仿真结果；
[0046] 图4为本发明一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法步骤G的仿真结果。
具体实施方式
[0047] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明。
[0048] 实施例1
[0049] 本实施例叙述了采用本发明所述的一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法的具体实施。
[0050] 图1为本发明一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法所基于的系统框图及连接关系；图2为具体实施时的系统设计。
[0051] 在图2中，在发射端，连续波激光器，即CW Laser被IQ调制器即
[0052] IQMod，调制；在IQ调制器中，I路和Q路信号被任意波形发生器生成的两个随机比特序列所调制；发射的激光信号为1550nm，线宽5kHz。
[0053] IQ调制器分别产生10G波特速率的QPSK、16QAM以及64QAM三种调制信号，发射功率为0dBm,此信号经过100k标准光纤传输。传输后的光信号被第一掺铒光纤放大器EDFA 1放大，通过3dB耦合器与第二掺铒光纤放大器EDFA 2产生的自发辐射光噪声混合。
[0054] 其中，被测光信号的信噪比是通过光谱仪OSA测量的。为了改变被测光信号的信噪比，通过调节光衰减器Att改变EDFA 2产生的自发辐射光噪声功率的大小。
[0055] 传输后的光信号与自发辐射光噪声混合后是被识别调制格式的光信号，其与本振激光器耦合到光混频器中；在光混频器中进行混波，然后平衡探测器进行相干解调。
[0056] 图3为本发明一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法具体实施时步骤F中AAR的仿真结果；从图3可以看出，对于不同调制方式，计算出的平均振幅比已经能对三种调制方式进行比较好的区分。
[0057] 为进一步提升区分性能，引入调制格式识别因子R，仿真结果如图4所示。
[0058] 图4为本发明一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法的仿真结果。具体应用于back-to-back系统中。
[0059] 从图4可以明显看出，调制格式识别因子R能很好区分三种调制方式的光信号，即使在OSNR＝10dB的时候，依然能够明显区分开来。
[0060] 以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
