本发明属于光纤通信，尤其涉及一种基于双相位共轭孪生波的非线性损伤补偿方法及装置。
背景技术：
1、随着近几十年光纤通信的发展，传统单模光纤的传输容量已经接近香农极限，为了满足日益增长的容量需求，已经利用了单模光纤中的所有自由度，如时间、相位、频率和偏振等。为了实现光通信系统容量的进一步增长，空间是光纤可以考虑的新的自由度，基于少模光纤(few-mode fiber,fmf)的模分复用(mode division multiplexing,mdm)技术应运而生。与基于单模光纤的通信系统一样，由于少模光纤中的串扰引起的模内和模间非线性效应，非线性损伤成为限制mdm系统容量的最终因素。其中，克尔非线性极大影响着少模光纤通信系统的传输容量和传输距离。为了达到满足条件的信噪比，需要不断增加信号功率，克尔非线性随之不断累积，导致信号失真。
2、为了克服这一限制，在传统单模光纤中，已经提出了许多经典的非线性补偿方法，我们知道，少模光纤链路中包含线性模式耦合(linear mode coupling,lmc)和差分模式群时延(differential mode group delay,dmgd)等特有损伤，当使用数字信号处理算法进行均衡后，其单个模式信道与传统单模光纤信道类似。因此，一些适用于单模光纤的经典的非线性损伤补偿算法可以通过改进引入到mdm系统中。如相位共轭孪生波(phase-conjugatedtwin waves，pctw)技术、光相位共轭(optical phase conjugation，opc)技术和模分复用系统中的数字反向传输(digital backward propagation，dbp)算法等。然而，pctw方案牺牲了一半的系统频谱效率，例如，每个模式上传输的pctw-qpsk信号的数据速率仅为标准pdm-qpsk信号传输的一半；由于opc模块的加入，使得该方案的器件成本较高；dbp算法具有高复杂度的缺点。
3、从专利检索情况可知，mdm系统中的非线性损伤补偿方法有：现有研究中，将数据符号按记忆长度分组，根据误码率要求不断改变样本形式和长度，构建概率神经网络并不断逼近真实oam通信系统模型，实现基于概率神经网络的oam通信系统pam传输的非线性补偿。现有研究中，以接收到的pam数据符号构建数据特征向量，利用训练数据集对均衡器进行训练，将测试数据集输入affinitynet均衡器得到信号的预测值，实现高准确度的数据恢复从而实现非线性补偿。现有研究中，采用treebagger函数根据目标训练集获取随机森林模型，通过随机森林模型对待检测数据的非线性随机性进行判决。以上所述mdm系统非线性损伤补偿研究均是基于机器学习的，需要不断迭代训练更新参数，计算复杂度较高。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于双相位共轭孪生波的非线性损伤补偿方法及装置，解决了现有缺乏一种在mdm系统中有效补偿非线性损伤且复杂度低的方法的问题。
2、为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种基于双相位共轭孪生波的非线性损伤补偿方法，包括以下步骤：
3、s1、在mdm系统发射端每个模式上分别构造一对双相位共轭孪生波信号，并进行50％色散预补偿；
4、s2、在mdm系统接收端每个模式上分别进行50％后色散补偿，并利用mimo均衡器实现模式解复用和偏振解复用；
5、s3、根据经mimo均衡器处理后的信号，通过相干叠加，对双相位共轭孪生波信号进行恢复，并经自适应滤波器消除失真，完成非线性损失补偿。
6、本发明的有益效果是：本发明在mdm相干光通信系统发射端每个模式上分别构造一对双相位共轭孪生波信号，并进行50％色散预补偿，对接收端每个模式的输出信号首先进行50％后色散补偿和其他数字信号处理，然后分别将x偏振和y偏振信号进行相干叠加和相减操作，最后使用自适应滤波器进一步消除残余失真，从而实现非线性损伤的补偿。本发明对非线性补偿的收益不受调制格式的限制，且具有复杂度低的优点。
7、进一步地，所述步骤s1具体为：
8、在mdm系统发射端每个模式上，将两路原始信号用a1和a2表示，并将两路原始信号映射至两个正交偏振上，形成一对双相位共轭孪生波信号，并进行50％色散预补偿，其中，双相位共轭孪生波信号的表达式如下：
9、
10、其中，和分别表示原始信号a1和a2的共轭信号，ax和ay分别表示在x偏振和y偏振上传输的信号。
11、上述进一步方案的有益效果是：针对每个空间模式，通过共轭变换将两路原始信号同时映射到两个正交的偏振上，使同种调制格式下的dual-pctw传输能够达到与传统偏振复用传输相同的比特率和频谱效率。
12、再进一步地，所述步骤s2中色散补偿的受非线性失真影响的信号的表达式如下：
13、
14、其中，atx和aty分别表示接收端色散补偿后x偏振和y偏振上传输的信号，δ1和δ2分别表示x偏振和y偏振信号的非线性失真，和分别表示δ1和δ2的共轭信号。
15、上述进一步方案的有益效果是：描述经过光纤传输和其他数字信号处理后，仅包含非线性损伤的信号。
16、再进一步地，所述步骤s2中利用mimo均衡器实现模式解复用和偏振解复用，其具体为：
17、a1、初始化滤波器抽头系数：
18、w(n)＝[0,…,1,…,0]t
19、其中，w(n)表示滤波器初始化抽头系数，t表示转置运算；
20、a2、对输入的经色散补偿后的双相位共轭孪生波信号进行滤波处理，产生期望响应的估计值：
21、y(n)＝xt(n)·w(n)
22、x(n)＝[x(n),x(n-1),…,x(n-l+1)]t
23、w(n)＝[w0(n),w1(n-1),…,wl-1(n-l+1)]t
24、其中，n表示符号长度，l表示滤波器抽头个数，且n≥l，y(n)表示输出的经滤波处理的双相位共轭孪生波信号，x(n)表示输入的经色散补偿后的双相位共轭孪生波信号，x(n)表示第n个符号，x(n-1)表示第n-1个符号，x(n-l+1)表示第n-l+1个符号，w0(n)表示滤波器的第1个抽头，w1(n-1)表示滤波器的第2个抽头，wl-1(n-l+1)表示滤波器的第l个抽头。
25、a3、根据期望响应的估计值，产生估计误差信号：
26、e(n)＝d(n)-y(n)
27、其中，e(n)表示产生的估计误差信号，d(n)表示受非线性损伤影响的信号；
28、a4、根据产生的估计误差信号，更新抽头权向量，完成模式解复用和偏振解复用：
29、w(n+1)＝w(n)+2μ·e(n)·x(n)
30、其中，w(n+1)表示更新的抽头权向量，μ为迭代步长。
31、上述进一步方案的有益效果是：本发明通过对频域lms算法进行详细描述，频域lms算法相比于时域算法收敛速度更快，复杂度更低。
32、再进一步地，所述步骤s3包括以下步骤：
33、s301、根据经mimo均衡器处理后的信号，在每个模式上，通过相干叠加对信号进行恢复，得到恢复后的信号；
34、s302、根据恢复后的信号，利用自适应滤波器消除失真，完成非线性损失补偿。
35、上述进一步方案的有益效果是：本发明与传统接收端离线dsp的非线性补偿方案的主要复杂度差异在于需要在发射机和接收机分别进行50％的色散补偿，这意味着色散补偿的复杂度实际上增加了一倍。这与基于dbp的非线性补偿方案形成鲜明对比，但dbp的复杂度通常比频域色散补偿高一个数量级以上，因此，dual-pctw方案的复杂度远远低于dbp的复杂度。
36、再进一步地，所述恢复后的信号的表达式如下：
37、
38、其中，ar1和ar2分别表示经信号恢复后的两路信号，atx表示接收端色散补偿后x偏振上传输的信号，表示接收端色散补偿后y偏振上传输信号的共轭信号，a1和a2分别表示发射端的两路原始信号，δ1和δ2分别表示经接收端信号恢复后x偏振和y偏振的残余非线性失真。
39、本发明提供了一种、基于双相位共轭孪生波的非线性损伤补偿装置，包括：
40、第一处理模块，用于在mdm系统发射端每个模式上分别构造一对双相位共轭孪生波信号，并进行50％色散预补偿；
41、第二处理模块，用于在mdm系统接收端每个模式上分别进行50％后色散补偿，并利用mimo均衡器实现模式解复用和偏振解复用；
42、第三处理模块，用于根据经mimo均衡器处理后的信号，通过相干叠加，对双相位共轭孪生波信号进行恢复，并经自适应滤波器消除失真，完成非线性损失补偿。
43、本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于双相位共轭孪生波的非线性损伤补偿装置，改进了原有基于pctw的mdm系统非线性补偿方法，在有效缓解系统非线性失真的同时兼顾了频谱效率。包括：在mdm系统发射机中实现共轭变换，构造dual-pctw信号；在发射端进行50％色散预补偿；在接收端对接收信号进行50％的后色散补偿和模式耦合均衡；将每个模式中的信号进行相干叠加，并经过自适应滤波器进一步消除残余失真，完成非线性损伤补偿。本发明解决了现有缺乏一种在mdm系统中有效补偿非线性损伤且复杂度低的方法的问题。
1.一种基于双相位共轭孪生波的非线性损伤补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于双相位共轭孪生波的非线性损伤补偿方法，其特征在于，所述步骤s1具体为：
3.根据权利要求2所述的基于双相位共轭孪生波的非线性损伤补偿方法，其特征在于，所述步骤s2中色散补偿后受非线性失真影响的信号的表达式如下：
4.根据权利要求3所述的基于双相位共轭孪生波的非线性损伤补偿方法，其特征在于，所述步骤s2中利用mimo均衡器实现模式解复用和偏振解复用，其具体为：
5.根据权利要求1所述的基于双相位共轭孪生波的非线性损伤补偿方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于双相位共轭孪生波的非线性损伤补偿方法，其特征在于，所述恢复后的信号的表达式如下：
7.一种执行权利要求1-6任一所述的基于双相位共轭孪生波的非线性损伤补偿方法的非线性损失补偿装置，其特征在于，包括：
