基于子载波偏振态控制的偏振相关损耗缓解方法及系统

本发明属于光学通信，具体地，涉及基于子载波偏振态控制的偏振相关损耗缓解方法及系统。更具体是一种基于子载波偏振态控制的偏振相关损耗缓解方法。

背景技术：

1、在光通信系统中，偏振相关损耗是由链路器件引起的一种偏振效应。它影响链路上的放大自发发射噪声积累，导致偏振复用信号的两个极化之间的信噪比不平衡，从而显著降低通信系统的性能。

2、现有传输系统中的数字信号处理技术，能够有效地补偿色散和偏振模色散等线性损伤，但它很难充分补偿偏振相关损耗，目前常见的应对方法是对偏振相关损耗的大小进行监测，在收端基于偏振相关损耗矩阵进行暴力补偿。考虑到偏振相关损耗与信号偏振态有着密切关系，利用数字子载波光通信系统的灵活性，通过优化发射端处不同子载波的偏振态可以缓解沿链路累积的偏振相关损耗损伤。所述子载波是通信系统中的一个概念，指的是在频域上可独立调制的一小段资源。在通信系统中，载波是频域资源的基本单位，而子载波则是比载波更小的频域资源单位，可以被独立地调制和使用。

3、专利文献cn111999813a公开了一种优化偏振相关损耗的方法。该专利提出通过建立坐标系改变传播角度，降低滤光片型无源器件的偏振相关损耗。但是该专利是基于物理特性的器件层面的偏振相关损耗优化，没有考虑系统传输中的信号特征，没有提出发射端信号层面进行偏振相关损耗的优化。

4、专利文献cn113541817a公开了一种星座概率整形相关光通信系统的偏振相关损耗补偿方法。该专利提出利用偏振复用信号的特性，在无需偏振解复用的情况下补偿星座概率整形信号的偏振相关损耗。但是该专利仍然基于估计偏振相关损耗逆矩阵进行补偿，没有在子载波系统中利用子载波灵活性，也没有提出发射端优化的方案。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于子载波偏振态控制的偏振相关损耗缓解方法及系统。

2、根据本发明提供的一种基于子载波偏振态控制的偏振相关损耗缓解方法，包括：

3、步骤s1：初始化二进制比特序列，获得子载波偏振态参数；

4、步骤s2：根据子载波偏振态参数，赋予不同的偏振态给不同的子载波，并且经信道传输，获得系统的q因子性能指标；

5、步骤s3：通过遗传算法对子载波偏振态参数迭代优化，获得并且通过优化结果，完成对偏振相关损耗效应的缓解。

6、优选地，在所述步骤s1中：

7、步骤s1.1：随机生成长度为5n的二进制比特序列，其中，n为子载波的数量；

8、步骤s1.2：对所述二进制比特序列以每五个比特为划分，进行解码，并且以π/16为最小间隔映射至[0,2π]区间，获得子载波偏振态参数；

9、第i个子载波的偏振态参数，数学表达式为：

10、

11、其中，θi为第i个子载波的偏振态参数；bitstringi为第i个子载波对应的长度为5的二进制比特序列；decimal为二进制-十进制转换函数。

12、优选地，在所述步骤s2中：

13、步骤s2.1：对不同子载波进行偏振态控制，为不同子载波赋予不同初始偏振态；

14、步骤s2.2：复用经步骤s2.1得到的子载波，通过信道进行传输，对接收信号完成解调，进而计算并获得系统的q因子性能指标；

15、所述系统，指光通信系统；

16、所述偏振态控制，数学表达式为：

17、

18、其中，为输入的子载波双偏振信号，为输出的子载波双偏振信号，θ为子载波偏振态参数；

19、所述q因子性能指标，数学表达式为：

20、

21、其中，q为q因子性能指标；erfcinv为逆余补误差函数，ber为系统误码率。

22、优选地，在所述步骤s3中：

23、步骤s3.1：将子载波偏振态参数对应的二进制序列定义为染色体，将不同子载波偏振态参数构成种群，并且通过遗传算法对所述种群进行优化；

24、步骤s3.2：基于所述q因子性能指标对所述种群进行适应度计算，得到个体适应度；

25、步骤s3.3：根据个体适应度，将每个个体映射至[0,1]的概率空间中，并且通过重复生成随机数落在某一区间的方式，选择区间内的个体，获得新的子代种群；

26、步骤s3.4：对所述子代种群进行染色体交叉操作与变异操作；

27、步骤s3.5：重新执行步骤s2，直到达到目标迭代次数，获得并且通过优化结果，完成对偏振相关损耗效应的缓解。

28、优选地，在所述步骤s3.2中：

29、所述适应度的计算，数学表达式为：

30、fitness＝q-qmin+0.01

31、其中，fitness为适应度，qmin为种群中系统q因子性能指标最低个体的q因子数值；

32、在所述步骤s3.4中：

33、对所述子代种群进行染色体交叉操作，包括：设置交叉发生概率为0.7，并且对于新的子代种群中的每两个个体，生成一个[0,1]区间的随机数，判断所述随机数是否小于交叉发生概率；

34、结果为是，则随机选择一个染色体的区间对两个个体进行染色体交叉操作；

35、结果为否，则不进行染色体交叉操作；

36、对所述子代种群进行染色体变异操作，包括：设置变异发生概率为0.1，对于新的子代种群中的每一个个体，生成一个[0,1]区间的随机数，判断所述随机数是否小于变异发生概率；

37、结果为是，则随机选择一个染色体点位进行染色体变异操作；

38、结果为否，则不进行染色体变异操作。

39、根据本发明提供的一种基于子载波偏振态控制的偏振相关损耗缓解系统，包括：

40、模块m1：初始化二进制比特序列，获得子载波偏振态参数；

41、模块m2：根据子载波偏振态参数，赋予不同的偏振态给不同的子载波，并且经信道传输，获得系统的q因子性能指标；

42、模块m3：通过遗传算法对子载波偏振态参数迭代优化，获得并且通过优化结果，完成对偏振相关损耗效应的缓解。

43、优选地，在所述模块m1中：

44、模块m1.1：随机生成长度为5n的二进制比特序列，其中，n为子载波的数量；

45、模块m1.2：对所述二进制比特序列以每五个比特为划分，进行解码，并且以π/16为最小间隔映射至[0,2π]区间，获得子载波偏振态参数；

46、第i个子载波的偏振态参数，数学表达式为：

47、

48、其中，θi为第i个子载波的偏振态参数；bitstringi为第i个子载波对应的长度为5的二进制比特序列；decimal为二进制-十进制转换函数。

49、优选地，在所述模块m2中：

50、模块m2.1：对不同子载波进行偏振态控制，为不同子载波赋予不同初始偏振态；

51、模块m2.2：复用经模块m2.1得到的子载波，通过信道进行传输，对接收信号完成解调，进而计算并获得系统的q因子性能指标；

52、所述系统，指光通信系统；

53、所述偏振态控制，数学表达式为：

54、

55、其中，为输入的子载波双偏振信号，为输出的子载波双偏振信号，θ为子载波偏振态参数；

56、所述q因子性能指标，数学表达式为：

57、

58、其中，q为q因子性能指标；erfcinv为逆余补误差函数，ber为系统误码率。

59、优选地，在所述模块m3中：

60、模块m3.1：将子载波偏振态参数对应的二进制序列定义为染色体，将不同子载波偏振态参数构成种群，并且通过遗传算法对所述种群进行优化；

61、模块m3.2：基于所述q因子性能指标对所述种群进行适应度计算，得到个体适应度；

62、模块m3.3：根据个体适应度，将每个个体映射至[0,1]的概率空间中，并且通过重复生成随机数落在某一区间的方式，选择区间内的个体，获得新的子代种群；

63、模块m3.4：对所述子代种群进行染色体交叉操作与变异操作；

64、模块m3.5：重新执行模块m2，直到达到目标迭代次数，获得并且通过优化结果，完成对偏振相关损耗效应的缓解。

65、优选地，在所述模块m3.2中：

66、所述适应度的计算，数学表达式为：

67、fitness＝q-qmin+0.01

68、其中，fitness为适应度，qmin为种群中系统的q因子性能指标最低个体的q因子数值；

69、在所述模块m3.4中：

70、对所述子代种群进行染色体交叉操作，包括：设置交叉发生概率为0.7，并且对于新的子代种群中的每两个个体，生成一个[0,1]区间的随机数，判断所述随机数是否小于交叉发生概率；

71、结果为是，则随机选择一个染色体的区间对两个个体进行染色体交叉操作；

72、结果为否，则不进行染色体交叉操作；

73、对所述子代种群进行染色体变异操作，包括：设置变异发生概率为0.1，对于新的子代种群中的每一个个体，生成一个[0,1]区间的随机数，判断所述随机数是否小于变异发生概率；

74、结果为是，则随机选择一个染色体点位进行染色体变异操作；

75、结果为否，则不进行染色体变异操作。

76、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

77、1、本发明通过对不同子载波进行初始偏振态控制，从发端信号偏振态的角度出发进行优化，从而实现针对偏振相关损耗效应的优化。

78、2、本发明通过将不同子载波偏振态参数编码为二进制比特序列，从而能够利用参数搜索算法寻找最佳子载波偏振态参数。

79、3、本发明基于系统的q因子性能指标使用遗传算法对子载波偏振态参数进行优化，从而实现对光通信系统偏振相关损耗效应的缓解与系统性能优化。