基于數(shù)字非線性處理的光信號(hào)調(diào)制格式識(shí)別方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光纖通信領(lǐng)域的一種基于數(shù)字非線性處理的光信號(hào)調(diào)制格式識(shí)別方法及系統(tǒng)。系統(tǒng)包括可調(diào)色散補(bǔ)償器TDC，光放大器OA，光濾波器，高速光探測(cè)器，低速異步采樣器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及主控模塊。主控模塊驅(qū)動(dòng)TDC產(chǎn)生一系列色散值，并在每一色散值下記錄N個(gè)采樣數(shù)字信號(hào)p1，p2，…，pN以計(jì)算輸出信號(hào)其中n為階數(shù)，k為調(diào)節(jié)系數(shù)；將一系列色散值下獲取的<Pout>值按照色散值大小順序存儲(chǔ)為特征值數(shù)組，并與各種已知調(diào)制格式信號(hào)的特征值數(shù)組樣本進(jìn)行匹配從而判別輸入光信號(hào)調(diào)制格式。本發(fā)明適用于各種調(diào)制格式和速率的信號(hào)，工作波段寬，對(duì)信號(hào)傳輸色散和OSNR劣化有較大容限，對(duì)采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換器速率要求低。具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于數(shù)字非線性處理的光信號(hào)調(diào)制格式識(shí)別方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖通信，信號(hào)識(shí)別和數(shù)字信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及光信號(hào)調(diào)制格式識(shí)別方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]通信的最終目的是為了實(shí)現(xiàn)信息快速有效安全準(zhǔn)確的傳輸。由于信道容量的限制，通信信號(hào)需要采用不同的調(diào)制方式，來(lái)滿足用戶的不同需求。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的高速發(fā)展，通信系統(tǒng)中的調(diào)制方式趨于多樣化和復(fù)雜化。通信信號(hào)的調(diào)制方式識(shí)別是截獲信號(hào)處理領(lǐng)域的重要組成部分，它需要在復(fù)雜環(huán)境和有噪聲干擾的條件下，不依賴于其它的先驗(yàn)知識(shí)，確定接收信號(hào)的調(diào)制方式，并提取相應(yīng)的調(diào)制參數(shù)，為信號(hào)的進(jìn)一步分析和處理提供依據(jù)。
[0003]通信信號(hào)的調(diào)制方式識(shí)別在軍事領(lǐng)域中起到了關(guān)鍵的作用。信息戰(zhàn)已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的主要形式之一，以控制電磁頻譜為目的的電子戰(zhàn)是信息戰(zhàn)中最重要的核心部分，而通信對(duì)抗是電子戰(zhàn)的重要組成部分。通信對(duì)抗是對(duì)敵方信號(hào)進(jìn)行截獲、檢測(cè)和識(shí)別，從而獲得敵方的通信信息或?qū)撤叫盘?hào)進(jìn)行有效的干擾。其中調(diào)制方式識(shí)別技術(shù)是通信對(duì)抗中的關(guān)鍵技術(shù)，利用它分析截獲的敵方通信信號(hào)，能確定接收信號(hào)采用的調(diào)制方式及相應(yīng)的調(diào)制參數(shù)，然后選擇正確的解調(diào)參數(shù)，最終獲得有用的情報(bào)信息。同時(shí)，只有準(zhǔn)確地識(shí)別出敵方信號(hào)的調(diào)制方式，才能進(jìn)行最佳的干擾，從而破壞和抑制敵方通信。
[0004]在民用方面，通信信號(hào)的調(diào)制方式識(shí)別同樣具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。在信號(hào)確認(rèn)、干擾識(shí)別、電磁頻譜監(jiān)測(cè)等通信系統(tǒng)管理中，要成功地排除非法干擾，保證合法通信正常進(jìn)行就必須采用通信信號(hào)的調(diào)制方式識(shí)別技術(shù)，把調(diào)制方式識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到通信系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備中，則能提高監(jiān)測(cè)設(shè)備區(qū)分不同用戶性質(zhì)的能力，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)通信監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)控制的智能化。
[0005]光纖傳輸系統(tǒng)具有極大的帶寬和更遠(yuǎn)的傳輸距離，承載了目前絕大部分高速、大容量信息傳輸業(yè)務(wù)。而且隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，特別是近年來(lái)相干光通信技術(shù)的發(fā)展，光信號(hào)從簡(jiǎn)單的幅度調(diào)制過(guò)度到對(duì)光場(chǎng)信息多維度，多參數(shù)的調(diào)制，其中的調(diào)制體制和調(diào)制參數(shù)趨于復(fù)雜多樣，因此監(jiān)測(cè)和識(shí)別光纖通信系統(tǒng)中光信號(hào)調(diào)制格式對(duì)于軍用和民用領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0006]目前提出的調(diào)制識(shí)別方法的基本框架包括三個(gè)部分:信號(hào)預(yù)處理部分、提取特征參數(shù)部分和分類識(shí)別部分。信號(hào)預(yù)處理包括頻率下變頻、同相(I)和正交(Q)分量分離、載頻估計(jì)、符號(hào)速率估計(jì)等，它為下一步的特征提取做準(zhǔn)備。特征提取是從預(yù)處理后的信中提取信號(hào)的時(shí)域或變換域特征參數(shù)。時(shí)域特征包括瞬時(shí)幅度、瞬時(shí)頻率、瞬時(shí)相位；變換域特征包括功率譜、譜相關(guān)函數(shù)、時(shí)頻分布及其它統(tǒng)計(jì)參數(shù)。按照提取的信號(hào)特征的不同，可對(duì)信號(hào)調(diào)制識(shí)別方法進(jìn)行分類。常用的分類算法包括最大似然方法、特征識(shí)別方法、基于星座圖方法、決策論方法、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)方法、基于支持向量機(jī)方法等。
[0007]光信號(hào)調(diào)制格式的識(shí)別相對(duì)于無(wú)線信號(hào)的識(shí)別起步較晚。與無(wú)線信號(hào)不同的是光信號(hào)傳輸過(guò)程中由于光纖介質(zhì)的色散(⑶)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的脈沖展寬，長(zhǎng)距離傳輸時(shí)這種展寬甚至可以覆蓋相鄰數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)符號(hào)。此外偏振模色散(PMD)還會(huì)導(dǎo)致信號(hào)偏振方向的發(fā)生隨機(jī)變化和相互耦合。CD和PMD失真會(huì)導(dǎo)致在信號(hào)預(yù)處理部分信號(hào)I/Q分量和波形瞬時(shí)特征難以被直接提取。此外由于光信號(hào)調(diào)制速率一般IOG?IOOG波特或更高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無(wú)線電射頻信號(hào)速率，對(duì)于光探測(cè)器的帶寬，模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)和數(shù)字信號(hào)處理(DSP)器件速率的要求極高，基于相干接收機(jī)識(shí)別系統(tǒng)造價(jià)十分高昂。對(duì)于高速光信號(hào)DSP的運(yùn)算能力也很難支持無(wú)線信號(hào)識(shí)別中使用的復(fù)雜的識(shí)別算法，必須采用更為有效的識(shí)別方法。
[0008]目前已經(jīng)提出光信號(hào)調(diào)制格式的識(shí)別主要是基于信號(hào)光譜特征，基于異步幅度直方圖特征和基于全光非線性器件。光譜特征包括如光譜形狀，譜峰數(shù)和譜寬等等?；诠庾V特征的調(diào)制識(shí)別方法無(wú)需先驗(yàn)知識(shí)并且對(duì)光信噪比(OSNR)不敏感，但是此方法對(duì)信號(hào)幅度和相位的變化不敏感，因此對(duì)于高級(jí)調(diào)制格式識(shí)別能力有限，而且高分辨率的光譜分析設(shè)備目前成本較高，體積較大。基于異步幅度直方圖的識(shí)別方法是利用低于信號(hào)速率的異步采樣獲得信號(hào)幅度大小分布直方圖情況，再利用ANN對(duì)其特征進(jìn)行識(shí)別。此方法對(duì)六種常用光調(diào)制格式，包括一些高級(jí)調(diào)制格式都能較好的自動(dòng)識(shí)別，且對(duì)一定范圍內(nèi)0SNR，色度色散(CD)和偏振模色散(PMD)劣化不敏感，但是該方法需要較為復(fù)雜的采樣和數(shù)據(jù)算法，而且ANN網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練需要大量的樣本數(shù)據(jù)，過(guò)程繁瑣。此外，該方法對(duì)信號(hào)損傷如傳輸色散的容限較小，限制了其實(shí)用性?；谌夥蔷€性器件的識(shí)別方法是利用非線性效應(yīng)中的四波混頻(FWM)效應(yīng)提供的非線性功率傳輸函數(shù)(NPTF)對(duì)信號(hào)波形隨色散的變化進(jìn)行檢測(cè)，獲取其變化曲線，進(jìn)而將所述曲線與已知調(diào)制格式的曲線樣本進(jìn)行匹配從而識(shí)別信號(hào)調(diào)制格式的。該方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)信號(hào)速率無(wú)限制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是器件體積較大，功耗較高，工作波段受限。
[0009]為解決上述問(wèn)題需要開(kāi)發(fā)一種無(wú)需任何先驗(yàn)信息，適用于各種信號(hào)速率的開(kāi)關(guān)調(diào)制和高級(jí)調(diào)制格式信號(hào)，工作波段寬，對(duì)信號(hào)傳輸色散和OSNR劣化有較大容限的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高的光信號(hào)調(diào)制格式識(shí)別方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種基于數(shù)字非線性處理的光信號(hào)調(diào)制格式識(shí)別方法及系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的工作波段窄，對(duì)信號(hào)傳輸色散和OSNR劣化容限小，器件體積大，功耗聞等缺陷。
[0011]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于數(shù)字非線性處理的光信號(hào)調(diào)制格式識(shí)別方法，包括可調(diào)色散補(bǔ)償器TDC，光放大器0A，光濾波器，高速光探測(cè)器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及主控模塊，包括以下步驟:
[0012]待識(shí)別光信號(hào)首先進(jìn)入所述可調(diào)色散補(bǔ)償器，所述可調(diào)色散補(bǔ)償器對(duì)光信號(hào)施加一定色散值后輸出光信號(hào)至所述光放大器，所述光放大器將光信號(hào)放大至一定功率后經(jīng)所述光濾波器輸入所述高速光探測(cè)器；
[0013]所述光探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并將其輸入低速異步采樣器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述低速異步采樣器以低于信號(hào)波特率的速率進(jìn)行異步采樣，所述采樣值輸入到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將采樣值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將其輸入主控模塊；
[0014]所述主控模塊驅(qū)動(dòng)所述TDC產(chǎn)生一系列色散值，并在每一色散值下記錄N個(gè)采樣數(shù)字信號(hào)P1,P2，…，PN，并以以下數(shù)字非線性計(jì)算輸出信號(hào)
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)字非線性處理的光信號(hào)調(diào)制格式識(shí)別方法，其特征在于，涉及可調(diào)色散補(bǔ)償器TDC，光放大器0A，光濾波器，高速光探測(cè)器，低速異步采樣器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及主控模塊，包括以下步驟: 待識(shí)別光信號(hào)首先進(jìn)入所述可調(diào)色散補(bǔ)償器，所述可調(diào)色散補(bǔ)償器對(duì)光信號(hào)施加一定色散值后輸出光信號(hào)至所述光放大器，所述光放大器將光信號(hào)放大至一定功率后經(jīng)所述光濾波器輸入所述高速光探測(cè)器； 所述光探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并將其輸入低速異步采樣器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述低速異步采樣器以低于信號(hào)波特率的速率進(jìn)行異步采樣，所述采樣值輸入到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將采樣值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將其輸入主控模塊； 所述主控模塊驅(qū)動(dòng)所述TDC產(chǎn)生一系列色散值，并在每一色散值下記錄N個(gè)采樣數(shù)字信號(hào)P1, P2^…，Pn，并以以下公式計(jì)算輸出信號(hào)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字非線性處理的光信號(hào)調(diào)制格式識(shí)別方法，其特征在于，所述將特征值 數(shù)組與各種已知調(diào)制格式信號(hào)的特征值數(shù)組樣本進(jìn)行匹配的算法包括互相關(guān)算法，模式識(shí)別算法，最大似然算法或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法中的一種。
3.一種利用權(quán)利要求1所述基于數(shù)字非線性處理的光信號(hào)調(diào)制格式識(shí)別方法的系統(tǒng)，其特征在于包括可調(diào)色散補(bǔ)償器TDC，光放大器0A，光濾波器，高速光探測(cè)器，低速異步采樣器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器和主控模塊； 所述TDC，用于接收待識(shí)別光信號(hào)，并對(duì)待識(shí)別光信號(hào)施加一定CD值，其輸出光信號(hào)進(jìn)入所述0A， 所述0A，用于放大光信號(hào)至一定功率，然后將光信號(hào)經(jīng)過(guò)光濾波器注入高速光探測(cè)器； 所述高速光探測(cè)器，用于將輸入光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后將電信號(hào)其輸入低速異步米樣器； 所述低速異步采樣器，用于以低于信號(hào)波特率的速率進(jìn)行采樣，采樣值送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于對(duì)采樣值進(jìn)行量化后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后將數(shù)字信號(hào)輸入主控豐吳塊； 所述主控模塊連接所述TDC，用于驅(qū)動(dòng)所述TDC產(chǎn)生一系列色散值，并在每一色散值下記錄N個(gè)采樣數(shù)字信號(hào)Pl，p2，…，pN，并以以下公式計(jì)算輸出信號(hào)
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于數(shù)字非線性處理的光信號(hào)調(diào)制格式識(shí)別方法的系統(tǒng)，其特征在于，所述TDC器件為基于光纖光柵，GT標(biāo)準(zhǔn)具或娃基液晶之一的能產(chǎn)生一系列一定間隔⑶值的 器件。
【文檔編號(hào)】H04B10/25GK103944638SQ201410157286
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】崔晟, 何晟 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)