一种基于卡尔曼滤波的偏振态快速跟踪监测方法

摘要

本发明提出一种用于相干光通信系统中对接收信号进行偏振态跟踪和均衡的方法，该方法基于线性卡尔曼滤波，包括以下步骤：根据状态向量预测值对输入滤波器的电信号进行解偏得到卡尔曼测量预测值；在理想星座点旋转形成的圆上寻找最靠近测量预测值的点当做卡尔曼实际测量值；将实际测量值与测量预测值做差得到测量余量，输入卡尔曼更新过程；更新后的状态向量进入下一次迭代。本发明可跟踪的最高偏振态旋转速度约为恒模算法和多模算法的100倍，解偏代价更低，计算复杂度与计算量较低，而且适用于各阶相移键控(PSK)和正交调幅(QAM)偏振复用信号。

主权项

一种用于相干光通信系统中进行偏振态快速跟踪监测的方法，所述方法基于卡尔曼滤波，其特征在于：每次迭代包括以下五个步骤：A.解偏：用状态向量预测值变换成的琼斯矩阵乘以接收信号，进行解偏振，得到解偏信号，具体为：把传输琼斯矩阵变为实数向量作为卡尔曼状态向量：传输琼斯矩阵J＝[a+jb c+jd；‑c+jd a‑jb]，状态向量S＝[a b c d]^T，把根据状态向量预测值S^－变换成的琼斯矩阵J(k)与输入信号Z(k)的乘积作为卡尔曼滤波的测量预测值U(k)，解偏过程就是U(k)＝J(k)Z(k)；B.判决：在理想星座点旋转形成的圆上寻找最靠近解偏信号的点作为期望输出点；C.求测量余量：计算期望输出点与解偏信号的差得到测量余量；D.卡尔曼更新：根据测量余量，使用卡尔曼更新方程对状态向量更新修正，计算后验误差协方差矩阵，具体为：$H=\left[\begin{array}{cccc}{Z}_x& {\mathrm{jZ}}_x& Z_y& {\mathrm{jZ}}_y\\ Z_y& -{\mathrm{jZ}}_y& -Z_x& Z_x\end{array}\right],$Κ(k)＝P^‑(k)H^T(k)(H(k)P^‑(k)H^T(k)+R)^‑1,S(k)＝S^‑(k)+K(k)ΔU(k),P(k)＝P^‑(k)‑K(k)H(k)P^‑(k),其中，P和P^－是辅助计算量，分别指后验误差协方差矩阵和先验误差协方差矩阵，Q和R指滤波器调优参量，以上运算均为复数向量运算；E.卡尔曼预测：状态向量更新值等于下一次迭代的状态向量预测值，后验误差协方差矩阵等于下一次迭代的先验误差协方差矩阵。