基于LMS的信道均衡和频偏估计联合并行方法技术

本发明专利技术公开了一种基于LMS的信道均衡和频偏估计联合并行方法，在光接收机的初始化阶段将训练序列信号转换为并行信号后送入并行信号处理支路分别进行均衡和频偏估计，计算所有支路的频偏估计平均值和每条支路的误差信号，每组并行信号采用统一的均衡器抽头系数，均衡器抽头系数更新时采用支路误差信号的均值；在数据发送阶段发送端在数据符号中插入训练符号，光接收机将数据信号转换为并行信号，训练信号采用均衡信号和已知训练符号进行频偏估计，数据信号使用对应训练信号的累积相位误差和已得到的频偏估计平均值进行补偿后再判决，再采用均衡信号和判决信号进行频偏估计。本发明专利技术采用信号并行化处理降低了数据信号处理硬件对系统性能的限制影响。

【技术实现步骤摘要】
基于LMS的信道均衡和频偏估计联合并行方法
本专利技术属于光突发接收机
，更为具体地讲，涉及一种基于LMS(LeastMeanSquare，最小均方算法)的信道均衡和频偏估计联合并行方法。
技术介绍
在目前的高速相干光通信系统中，PDM-QPSK(偏振复用-四相绝对相移键控)相干光传输系统是最具潜力的技术方案之一。在PDM-QPSK相干光传输系统中，传输信号主要受到光纤的色度色散(ChromaticDispersion，CD)和偏振模色散(PolarizationModeDispersion，PMD)的线性损伤以及收发端激光器所产生的频率偏移的影响，这两个问题严重影响着光接收机的工作性能。而自适应的均衡技术可以基本消除由色散带来的码间串扰，频偏估计技术可用来解决频偏带来的影响。由于均衡器和频偏估计器间会相互影响，因此可以使用时域均衡和频偏估计的联合算法。对于光突发传输系统，光突发的特点要求光突发接收机中均衡器要能够实现快速的收敛。图1是光突发接收机的系统框图。如图1所示，接收机的输入信号r(t)是两路偏振方向相互垂直的光PDM-QPSK信号经过偏振耦合、并经过一定距离的光纤信道传输的信号。在光纤信道传输过程中，光信号会受到色散、偏振模色散、光放大器噪声等因素的影响，导致传输信号的质量下降。PDM-QPSK信号r(t)与FTLO(快速可调谐激光器)光波一起进入90度混波器进行相干解调。相干解调后的四路信号进行AD采样和量化。经采样和量化后输出的4路信号Ix，Qx，Iy，Qy分别表示两个偏振态x、y的同相和正交调制信号，这4路信号进入数字信号处理模块进行信道均衡(ChannelEqualization)和频偏估计(FrequencyOffsetEstimation，FOE)与补偿，最后相位判决恢复出所发送的数据。基于LMS的信道均衡和频偏估计的联合算法，是一种提高相干光接收机性能的有效方法。但是在光突发接收机的设计中，使用FPGA(Field－ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)或专用集成电路实现数字信号处理算法时，计算速度和芯片面积是两个相互制约的主要问题。因此，有必要在性能和实现复杂性之间做出选择。由于光纤通信的高速率特点，以112Gb/s的PDM-QPSK光纤传输系统为例，相干解调后的四路信号每一路的符号速率为28G/s，4条支路电信号首先需要进行两倍速率的AD采样和量化，每一条支路信号速率高达56G/s，所以进入均衡器的符号是符号速率为56G/s的离散信号。后续的数字信号处理单元(DSPU)在硬件上无法实现对该速率的处理，所以必须采用并行处理的方式，根据输入数据的速率和芯片的处理速度，并行支路数有可能使用较大的数值，这就要求在实时应用时，算法必须满足并行处理的要求。同时均衡器抽头系数的更新以及基于预判决的频偏估计算法都需要信号的反馈，在并行实现中由反馈造成的时延对系统的性能影响也很大。因此，在光突发接收机的具体实现设计中，还必须考虑并行和反馈延时对接收机性能的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于LMS的信道均衡和频偏估计联合并行方法，降低数据信号处理硬件对系统性能的限制影响。为实现上述专利技术目的，本专利技术基于LMS的信道均衡和频偏估计联合并行方法，包括以下步骤：S1：采用训练序列进行初始化，包括步骤：S1.1：发送训练序列至光突发接收机，经过相干解调和采样量化的训练序列信号进行串并变换得到N路并行信号；设置第n＝1组并行信号对应的均衡器抽头系数S1.2：第n组并行信号进入N个并行信号处理支路，每个并行信号处理支路包括均衡器和频偏估计模块，第i个支路的均衡器得到均衡信号其中k＝(n-1)×N+i，1≤i≤N；S1.3：频偏估计模块根据已知训练符号对均衡信号进行频偏估计，得到累积相位误差和频偏估计值S1.4：将N个支路的频偏估计值进行平均得到第n组并行信号的频偏估计平均值S1.5：N个支路分别计算其误差信号εn,i：S1.6：更新第n+1组并行信号使用的均衡器抽头系数：其中，分别表示第n+1组、第n组并行信号所使用的均衡器抽头系数；D表示误差信号的延迟；λ是设置的迭代步长，为正数；Nc表示从N个支路中选择的参与抽头系数计算的误差信号数量，1≤Nc≤N，1≤ic≤Nc；表示对应的观测向量，表示的共轭；S1.7：判断训练序列是否处理完毕，如果未处理完毕，返回步骤S1.2继续处理下一组并行信号，如果处理完毕，则进入步骤S2；S2：进入数据发送阶段对数据进行处理，包括步骤：S2.1：数据发送端在数据符号中插入训练符号，其插入方法为：以N个发送符号为一组，再将N个发送符号分为R个小组，每小组N/R个发送符号中包含一个训练符号，R个训练符号在并行符号中的序号记为ir,1≤r≤R；S2.2：发送数据信号至光突发接收机，对经过相干解调和采样量化的数据信号进行串并变换得到N路并行信号，第n组并行信号进入N个并行信号处理支路，数据发送阶段的并行信号处理支路包括均衡器、频偏估计模块和判决模块，第i个支路的均衡器处理得到均衡信号S2.3：对N条支路分别进行频偏估计：当支路为训练信号时，直接根据已知训练符号对均衡信号进行频偏估计，得到累积相位误差和频偏估计值当支路为数据信号时，先对均衡信号进行相位补偿，相位补偿后的信号为：其中，d表示频偏估计平均值的延迟，表示向上取整；判决模块对信号进行判决得到判决信号根据判决信号对均衡信号进行频偏估计，得到频偏估计值和累积相位误差S2.4：将N个支路的频偏估计值进行平均得到第n组并行信号的频偏估计平均值S2.5：N个支路分别计算其误差信号εn,i：当支路为训练信号，即i＝ir时，误差信号εn,i为：当支路为数据信号时，误差信号εn,i为：S2.6：更新第n+1组并行符号使用的均衡器抽头系数：其中，λ*是数据发送阶段设置的迭代步长，表示数据发送阶段从N个支路中选择的参与抽头系数计算的误差信号数量，S2.7：判断数据是否处理完毕，如果未处理完毕，返回步骤S2.2继续处理，如果处理完毕则结束。进一步地，频偏估计的具体方法包括以下步骤：S3.1：计算均衡信号的累积相位误差：当支路为训练符号时，累积相位误差其中θk表示已知训练符号的相位，Φk表示均衡信号的相位；当支路为数据信号时，累积相位误差其中表示数据判决信号的相位；S3.2：计算本支路的频偏估计值其中表示第k-1个信号的累积相位误差。本专利技术基于LMS的信道均衡和频偏估计联合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LMS的信道均衡和频偏估计联合并行方法，其特征在于包括下步骤：S1：采用训练序列进行初始化，包括步骤：S1.1：发送训练序列至光突发接收机，经过相干解调和采样量化的训练序列信号进行串并变换得到N路并行信号；设置第n＝1组并行信号对应的均衡器抽头系数S1.2：第n组并行信号进入N个并行信号处理支路，每个并行信号处理支路包括均衡器和频偏估计模块，第i个支路的均衡器得到均衡信号其中k＝(n-1)×N+i，1≤i≤N；S1.3：频偏估计模块根据已知训练符号对均衡信号进行频偏估计，得到累积相位误差和频偏估计值S1.4：将N个支路的频偏估计值进行平均得到第n组并行信号的频偏估计平均值S1.5：N个支路分别计算其误差信号εn,i：S1.6：更新第n+1组并行信号使用的均衡器抽头系数：其中，分别表示第n+1组、第n组并行信号所使用的均衡器抽头系数；D表示误差信号的延迟；λ是设置的迭代步长，为正数；Nc表示从N个支路中选择的参与抽头系数计算的误差信号数量，1≤Nc≤N，1≤ic≤Nc；表示对应的观测向量，表示的共轭；S1.7：判断训练序列是否处理完毕，如果未处理完毕，返回步骤S1.2继续处理下一组并行信号，如果处理完毕，则进入步骤S2；S2：进入数据发送阶段对数据进行处理，包括步骤：S2.1：数据发送端在数据符号中插入训练符号，其插入方法为：以N个发送符号为一组，再将N个发送符号分为R个小组，每小组N/R个发送符号中包含一个训练符号，R个训练符号在并行符号中的序号记为ir,1≤r≤R；S2.2：发送数据信号至光突发接收机，对经过相干解调和采样量化的数据信号进行串并变换得到N路...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晨雨，许渤，刘芯羽，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：