專利名稱：相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中相位噪聲補償下的信道估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通信和信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及信道的均衡補償?shù)取?
背景技術(shù)：
相干光正交頻分復(fù)用(CO-OFDM)作為高速光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的新技術(shù)，有著補償色散(CD)和偏振模色散(PMD)導(dǎo)致的符號間干擾(ISI)的優(yōu)勢。但是相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)對激光器的相位噪聲很敏感，它會引起公共相位誤差(CPE)和信道間干擾(ICI)。目前國內(nèi)外很多專家學(xué)者都在研究如何能降低相位噪聲的影響。其中CPE會使所有的子載波旋轉(zhuǎn)一定的角度，這是比較好恢復(fù)的。而ICI使子載波的正交性遭到破壞，不消除的話，會嚴重影響系統(tǒng)的性能。為了降低相位噪聲，S. L. Jansen等提出了一種射頻輔助體制，Χ.Υ 等提出一種導(dǎo)頻輔助和數(shù)據(jù)輔助方法。W. Shieh提出一種最大似然估計得方法。X.Yi和 W. Shieh提出了一種相位噪聲的理論建模，簡化了由調(diào)制和接收的相位噪聲，在模型中CPE 能夠被正確估計，并且ICI被近似為加性高斯白噪聲，不考慮相位噪聲受線寬增寬的影響。 基于相位噪聲的分析中，射頻輔助、導(dǎo)頻輔助和數(shù)據(jù)輔助都能有效的解決CPE的補償。但是當激光器線寬較寬時，僅補償CPE是不足夠的。W. Shieh的研究表明，當激光器的線寬比較高時，ICI的補償就顯得很重要了。高線寬導(dǎo)致的相位噪聲通過數(shù)學(xué)線性變換化簡為特征值和特征矩陣，通過補償特征矩陣和迭代的方式來達到抑制相位噪聲的目的。激光器線寬在介于高低線寬之間時的情況，目前研究得還不夠深刻，而這種情況的研究還是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中的相位噪聲干擾問題，該相位噪聲主要受激光器的線寬影響，提供一種相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中相位噪聲補償下的信道估計方法。本發(fā)明針對激光器的高低線寬對于相位噪聲的影響，優(yōu)化了相位噪聲的混合算法，并提出一種混合的半盲的噪聲補償算法，以均衡補償不同的激光器線寬調(diào)制下造成的相位偏差。采用4QAM和16QAM的調(diào)制方式，觀察了相位噪聲在高調(diào)制系數(shù)系統(tǒng)中的變化， 當調(diào)制系數(shù)增大，相位噪聲敏感性能上升。此時增大權(quán)值參數(shù)，然后對相位變化參數(shù)進行加權(quán)處理，在相同誤碼率的條件下，可以看出所需光信噪比(OSNR)比較低，這樣就提高了系統(tǒng)的性能。本發(fā)明提供的相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的相位噪聲補償下的信道估計方法的具體步驟是第1、系統(tǒng)初始化；第2、分別計算相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)在高線寬和低線寬時端到端傳輸?shù)南辔蛔兓瘏?shù)第2. 1、選取激光器在高線寬時研究系統(tǒng)的噪聲情況，計算在高線寬1. 5MHz端到端傳輸時的噪聲引起的相位變化參數(shù)；第2. 2、選取激光器在低線寬時研究系統(tǒng)的噪聲情況，計算在低線寬IOkHz端到端傳輸時的噪聲引起的相位變化參數(shù)；第3、分別計算相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)在高線寬和低線寬時傳輸一定距離L的相位變化參數(shù)第3. 1、計算系統(tǒng)在高線寬1. 5MHz傳輸一定距離L時的噪聲引起的相位變化參數(shù)， 并記錄為ΦΗ ；第3. 2、計算系統(tǒng)在低線寬IOkHz傳輸一定距離L時的噪聲引起的相位變化參數(shù)， 并記錄為Φυ第4、在介于激光器高線寬和低線寬之間的情況下傳輸一定距離L，記錄它們的相位變化參數(shù)為Φ，利用第三步的得到的相位變化參數(shù)ΦΗ和^\，然后用相關(guān)函數(shù)求出相關(guān)
函數(shù)值 α，即《 = AtKifW1^r1.
第5、上述第4步得到的相關(guān)函數(shù)值α值即為介于高線寬和低線寬時融合的權(quán)值參數(shù)；第6、判斷是否是高線寬，如果是高線寬轉(zhuǎn)到第7步，否則轉(zhuǎn)到9步；第7、利用權(quán)值參數(shù)對高線寬時相位變化參數(shù)O1進行第一次加權(quán)修正，即Φ2 = α · CD1 ；第8、利用多個權(quán)值參數(shù)進行MATLAB擬合的曲線的高線寬部分的數(shù)據(jù)對第7步修正后的高線寬時的相位變化參數(shù)進行第二次加權(quán)修正；具體修正是依據(jù)介于高線寬和低線寬時多個權(quán)值參數(shù)MATLAB擬合的二次曲線；取二次曲線的高線寬的權(quán)值參數(shù)；利用此參數(shù)對高線寬時的相位變化參數(shù)進行第二次加權(quán)修正；第9、判斷是否是介于高線寬和低線寬之間，是，則轉(zhuǎn)到第10步，不是則轉(zhuǎn)到第11
止
少；第10、利用權(quán)值參數(shù)對介于高線寬和低線寬之間時相位變化參數(shù)進行修正，即 0 = α·Φ ；第11、用第8步和第9步得到的修正過的相位變化參數(shù)以及低線寬的相位變化參數(shù)的進行信道均衡補償，具體是根據(jù)相位變化參數(shù)，相位變化了多少就補償多少，對應(yīng)到星座圖上是旋轉(zhuǎn)了多少再旋轉(zhuǎn)回來就完成了相位的補償。第12、選用最小二乘(LQ算法進行信道估計，考慮到計算量，進行二次迭代完成整個信道的估計。本發(fā)明方法首先在激光器高、低線寬的情況下對CO-OFDM系統(tǒng)的噪聲進行研究， 對高低線寬下的噪聲要采取不同的信道均衡補償方法才能達到最好。但介于激光器高線寬和低線寬之間時，用高線寬時的補償方法和低線寬時的補償方法都不能很好的進行均衡補償。以激光器線寬從1. 5MHz到IOkHz時的相位為標準，考慮中間IMHz、600kHz、300kHz、 IOOkHz時的結(jié)果，用MATLAB擬合出相位噪聲權(quán)值的二次曲線，取二次曲線的高線寬的權(quán)值參數(shù)；利用此權(quán)值參數(shù)對高線寬時的相位變化參數(shù)進行加權(quán)修正，仿真證明這種算法能很好的優(yōu)化激光器高線寬時系統(tǒng)的性能，說明了選擇這個權(quán)值參數(shù)更為合適。在大量計算的條件下，在激光器高線寬和低線寬時分別得到相位噪聲以及信道響應(yīng)對于單個子載波的影響。進而通過求相關(guān)函數(shù)值得到一個權(quán)值，使之能夠在介于激光器高線寬和低線寬之間時進行均衡補償。此自適應(yīng)算法適用于介于激光器高線寬和低線寬之間系統(tǒng)的相位補償，并可以進行靈活的切換，進行加權(quán)計算即0 = Φ做到自適應(yīng)的補償不同線寬下的相位噪聲。同時也可以改善高調(diào)制級數(shù)下的噪聲補償情況。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果本發(fā)明提出一種的相位噪聲補償方法，對于系統(tǒng)中不同線寬的激光器，通過調(diào)節(jié)權(quán)值系數(shù)進行加權(quán)修正，實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。本發(fā)明取激光器介于高低線寬下的多個權(quán)值，用 MATLAB擬合權(quán)值曲線，選擇合適的權(quán)值系數(shù)對高線寬時的相位變化參數(shù)進行加權(quán)修正，這樣就能夠更好的適用于不同的激光器線寬情況，并且在實用化過程中能夠切換，以適應(yīng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。由于增加調(diào)制級數(shù)會使信號受到嚴重的非線性相位噪聲影響，此時增大激光器高線寬下的相位噪聲權(quán)值也可改善系統(tǒng)性能。該方法不僅適用于介于激光器高、低線寬之間的噪聲相位補償算法，還可以根據(jù)擬合曲線對激光器高線寬時的相位變化參數(shù)進行修正，并可以進行靈活的切換，通過調(diào)節(jié)權(quán)值系數(shù)來做到自適應(yīng)的補償不同線寬下的相位噪聲，能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。同時在高調(diào)制級數(shù)時，通過增大相位噪聲權(quán)值參數(shù)也可以改善系統(tǒng)的噪聲補償情況，提高系統(tǒng)的性能。該發(fā)明實現(xiàn)算法簡單可行，迭代次數(shù)比較少，對計算和硬件要求不高，而且對信道的均衡補償效果很明顯，不管激光器是在高線寬還是低線寬，都能夠很好的優(yōu)化系統(tǒng)的性能。


圖1是本發(fā)明應(yīng)用在CO-OFDM系統(tǒng)的框圖。圖中CO-OFDM系統(tǒng)分為五大模塊，分別為RF OFDM發(fā)送端、RTO上轉(zhuǎn)換器、光傳輸鏈路、OTR下轉(zhuǎn)換器、RF OFDM接收端。圖2是本發(fā)明方法流程圖。圖3是本發(fā)明應(yīng)用于CO-OFDM系統(tǒng)在4QAM和16QAM調(diào)制方式下傳輸800km的性能圖。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的具體說明。
具體實施例方式實施例1如圖1所示為相位噪聲補償下的信道估計方法所應(yīng)用的CO-OFDM系統(tǒng)。在20(ibpS 傳輸速率的CO-OFDM系統(tǒng)進行驗證，其中210個數(shù)據(jù)子載波，每10個數(shù)據(jù)子載波設(shè)置1個導(dǎo)頻，逆傅里葉變換(IFFT)的η值取256，循環(huán)前綴CP設(shè)置為12. 5 %，光纖色散取17ps/ km/nm，傳輸800km。首先采用4QAM調(diào)制方式，激光器線寬設(shè)置為低線寬10kHz，此時的噪聲在端到端傳輸時只考慮調(diào)制時的相位噪聲變化，不考慮加性噪聲；而傳輸一定距離時考慮乘性噪聲和加性噪聲。低線寬時的噪聲可以簡化為線性關(guān)系，而高線寬1. 5MHz時為非線性關(guān)系。首先在高線寬系統(tǒng)模型和低線寬系統(tǒng)模型下分別計算各個子載波(其中210個數(shù)據(jù)子載波)的相位變化參數(shù)，此參數(shù)值比較多，不一一列舉。用求相關(guān)函數(shù)的方法求出一個融合的權(quán)值以適用于激光器線寬在100kHz、300kHz、600kHz、1000kHz、l. 5MHz時的系統(tǒng)模型。此時的權(quán)值分別為0.83、0.93、0.92、0.96、0.98。分別求出的權(quán)值α之后，對實際線寬下的相位參數(shù)進行加權(quán)計算，即0 = Φ，從而得到一個修正過的相位補償值。通過公式坳=yik · e^-h* / | h |2就可以對信號的相位進行補償，其中，h為信道色散所造成的頻率響應(yīng)，在端到端下，h不含有色散的影響，為信道均衡項，可以忽略h項。而在有光纖的傳輸系統(tǒng)中，就需要考慮色散的信道頻率響應(yīng)h，yik為接收到的未經(jīng)處理的信號， 坳為相位補償之后的信號。相位補償之后就可以對信號的幅度進行LS算法的信道估計，每一個導(dǎo)頻子載波的信道頻率響應(yīng)Hls可以表示為，㈨⑷《㈨、廣㈨坳其中，SiQO = IFFTisi (n)}, Si(Ii)為調(diào)制完成的OFDM信號。然后對所有的子載波插值計算，即可得到所有子載波的信道估計。在同樣發(fā)射功率條件下，研究相位噪聲對接收端OSNR的影響。其對應(yīng)的星座圖可以很明顯的看出受到了不同的相位噪聲的影響。在經(jīng)過融合權(quán)值的算法處理之后，可以看出激光器線寬在100kHz、300kHz時接收端信號的星座圖比較好，但隨著相位噪聲增大， 補償效果也相對降低。而激光器線寬在600kHz、1.5MHz時的星座圖較差，使用融合權(quán)值算法補償之后，均衡信號相位噪聲仍比較高，如果降低發(fā)射功率，那么接收端星座圖將迅速混疊。相位噪聲對信號影響十分明顯，提高發(fā)射端和接收端激光器線寬會使接收端相位噪聲增大，即便使用相位補償算法也不能完全抵消相位噪聲增大的影響。同時，通過算法對相位噪聲的緩解可以適當?shù)母淖兏呦辔辉肼暤男阅堋Ｏ旅娴谋砀袷峭ㄟ^MATLAB和0PTISYSYTEM 光學(xué)軟件仿真的CO-OFDM系統(tǒng)的性能表。4QAM調(diào)制時激光器不同線寬下的修正性能
權(quán)利要求
1.相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中相位噪聲補償下的信道估計方法，其特征在于該方法的具體步驟是第1、系統(tǒng)初始化；第2、分別計算相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)在高線寬和低線寬時端到端傳輸?shù)南辔蛔兓瘏?shù)第2. 1、選取激光器在高線寬時研究系統(tǒng)的噪聲情況，計算在高線寬1. 5MHz端到端傳輸時的噪聲引起的相位變化參數(shù)；第2. 2、選取激光器在低線寬時研究系統(tǒng)的噪聲情況，計算在低線寬IOkHz端到端傳輸時的噪聲引起的相位變化參數(shù)；第3、分別計算相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)在高線寬和低線寬時傳輸一定距離L的相位變化參數(shù)第3. 1、計算系統(tǒng)在高線寬1.5MHz傳輸一定距離L時的噪聲引起的相位變化參數(shù)，并記錄為；第3. 2、計算系統(tǒng)在低線寬IOkHz傳輸一定距離L時的噪聲引起的相位變化參數(shù)，并記錄為Φχ ；第4、在介于激光器高線寬和低線寬之間的情況下傳輸一定距離L，記錄它們的相位變化參數(shù)為φ，利用第三步的得到的相位變化參數(shù)《^和，然后用相關(guān)函數(shù)求出相關(guān)函數(shù)值即
全文摘要
相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中相位噪聲補償下的信道估計方法，屬于光纖通信與信號處理技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括針對激光器的不同線寬，計算系統(tǒng)的激光器在高線寬和低線寬傳輸一定距離L的相位變化參數(shù)和，而介于高線寬和低線寬時相位變化參數(shù)為，利用公式求出融合的權(quán)值參數(shù)。分別對介于高線寬和低線寬之間的以及高線寬的相位變化參數(shù)進行加權(quán)修正，還可以根據(jù)多個權(quán)值擬合的曲線對高線寬的相位變化參數(shù)進行第二次修正。選用最小二乘算法，二次迭代即完成整個信道的估計。相對于其它算法，本發(fā)明可以對激光器高、低線寬下的不同情況進行靈活的切換，通過調(diào)節(jié)權(quán)值系數(shù)來做到自適應(yīng)的補償不同線寬下的相位噪聲，同時明顯改善了高線寬下的系統(tǒng)性能。
文檔編號H04L25/02GK102281249SQ20111025445
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者曹曄, 楊秀峰, 童崢嶸, 郭敏杰, 陳乾 申請人:天津理工大學(xué)