一种适用于CO-OFDM系统的多子块相位噪声估计补偿方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于CO-OFDM系统的多子块相位噪声估计补偿方法，该方法将每个CO-OFDM符号切割成若干个子块符号，从而对每个子块符号的光相位噪声分别进行估计，提高了光相位噪声的估计精度和时间分辨率。同时，选择信道均衡后的信号作为切块的输入，在子块相位噪声估计过程中无需采用复杂的残余符号间串扰补偿算法，降低了算法的复杂度。本发明专利技术方法实用性强，能有效地降低CO-OFDM系统对激光光源线宽的要求，对CO-OFDM系统在下一代高速光纤通信网络中的应用具有的重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于CO-OFDM系统的多子块相位噪声估计补偿方法
本专利技术属于光通信
，特别涉及一种适用于CO-OFDM(相干光正交频分复用)系统的多子块相位噪声估计补偿方法。
技术介绍
相干光正交频分复用(CO-OFDM)作为一种多载波相干光通信技术在近几年得到学者的广泛关注。CO-OFDM系统结构如图1所示，按其功能可以分为5个模块：CO-OFDM发射端模块101、电光调制模块102、光纤传输模块103、光电检测模块104以及CO-OFDM接收端模块105，CO-OFDM发射端模块产生的电域信号经过电光调制的上变频变成光域的CO-OFDM信号，CO-OFDM信号经光纤传输、平衡探测器后经光电转换成电域的信号，CO-OFDM接收端再对接收到的电域信号进行信号处理以期恢复原始的发送端数据。结合图1，对整个系统的工作过程进行详细表述。CO-OFDM系统输入的数据106经过串并转换模块107，变为并行的N路数据；按照不同的调制格式将串并转换后的信号进行108数字调制；快速傅里叶逆变换IFFT模块109实现信号从频域到时域的转换；加入110循环前缀CP，解决信道衰落引起的ISI和ICI；将得到的电域的信号进行并串转换111。上述信号的同相分量和正交分量信号分别通过数模转换器112、113变换为模拟信号并通过低通滤波器114、115；采用放大器将信号的同相分量I116和正交分量Q117放大并注入到I/Q调制器中实现同相分量I和正交分量Q对光信号的正交调制；I/Q调制器由3个双臂的马赫增德尔MZM调制器120、121、122组成，其中两个调制器120、121实现对信号的调制，第三个调制器122控制光调制的同相分量I和正交分量Q的相位差；分别调节两个调制器120、121的直流偏置保证实现信号调制的调制器工作在最小功率点，而第三个控制相位差的调制器122工作在正交点以保证两路信号存在π/2的相位差；118表示CO-OFDM系统的发射激光器，通过分路器119分成两束同样的激光，用于驱动120和121。120和122输出的信号通过耦合器123，变成单路的光信号，接着输入到光纤信道进行传输中。产生的CO-OFDM信号在光纤中经过长距离的传输后，经过直接的光-光放大器——掺铒光纤放大器(EDFA)124补偿光纤损耗后再进行传输，125表示长距离的传输光纤。经过长距离的光纤传输后，光电检测模块104将光域信号变换为电域的信号。126表示CO-OFDM系统接收端的本地激光器，通过分路器分成两束同样的激光，127表示一个的π/2相移器；128和129表示两个耦合器，驱动4个光电二极管(PD)130、131、132、133。134和135表示两个减法器，分别对应输出接收信号的同相分量I部分和正交分量Q。得到的同相分量I和正交分量Q经过低通滤波器136、137和模数转换器138、139转换后进入CO-OFDM接收端。CO-OFDM接收端进行CO-OFDM发送端的逆过程，进行串并转换140，移除循环前缀CP141，然后进行FFT变换142，对CO-OFDM信号进行数字解调143，最后经过并串转换144恢复得到原始的发送端数据145。上述是多载波相干光通信系统的一般结构，其相比于单载波的相干光通信技术(如目前100Gb/s工业标准采用的PDM-QPSK)，CO-OFDM能够实现更高的光谱效率(即带宽利用率)、更灵活的频谱使用、更高效的信道均衡和更高频谱扩展性，被学者广泛地认为是下一代400Gb/s及1Tb/s(1T＝1000G)光纤通信系统的重要解决方案。但是CO-OFDM在高速光纤通信系统中的应用仍然存在一些技术上的挑战。CO-OFDM系统其中一个主要缺陷是对光相位噪声的容忍度较单载波的相干光通信系统要低。CO-OFDM系统采用了多个正交子载波通道并行传输相互独立的数据，而光相位噪声将导致这些通道间产生互扰。在CO-OFDM系统中，光相位噪声主要源至发射机及接收机中的光源。由于实际系统所使用的激光器并非理想的单频(非零线宽)光源，其输出的光载波的相位随着时间有一个随机的变化，即光相位噪声。光相位噪声中的高阶频谱分量在CO-OFDM系统中各子载波间引入串扰(ICI)，从而劣化系统解调后信号质量，同时也增加了CO-OFDM系统的信道估计误差，加大了系统的误码率。为了抑制CO-OFDM系统中光相位噪声的这些影响，研究人员提出了多种不同的相位噪声估计补偿方法。研究人员提出了利用检测叠加的射频导频(RFP)来估计光相位噪声的方案。具体见参考文献：S.Randel,S.Adhikari,andS.L.Jansen,“AnalysisofRF-pilot-basedphasenoisecompensationforcoherentopticalOFDMsystems,”IEEEPhotonicsTechnologyLetters,vol.22,no.17,pp.1288-1290,2010.但是这种方法中，光相位噪声估计的精度受射频导频与承载数据子载波带间的互扰影响，RFP与承载数据的子载波频带两者间都需要加入保护间隔，并保持合适的功率比，方案实现起来比较复杂。研究人员还提出数据辅助(data-aided)估计方案。方案利用了待传输数据的相位的有限取值特性，通过将接收端受相位噪声污染的数据取M次方，从而从信号相位中分离出光相位噪声引入的随机相位量。具体见参考文献：X.Yi,W.Shieh,andT.Yan,“PhaseEstimationforCoherentOpticalOFDM,”IEEEPhotonicsTechnologyLetters,vol.19,no.12,pp.919-921,2007.但是这种方法存在相位模糊问题，同时由于常用的方型mQAM信号的相位在m>4时沿圆周方向并非均匀分布，因此上述方法不能直接用到方型mQAM调制的多载波通信系统中。另一类估计方案采用在发射端将部分子载波设为导频子载波，通过在接收端检测承载了已知信息的导频子载波的相位与预期相位的差值，从而估计出光相位噪声引入的相位增量。具体见参考文献：X.Yi,W.Shieh,andY.Ma,“PhaseNoiseEffectsonHighSpectralEfficiencyCoherentOpticalOFDMTransmission,”JLightwaveTechnol,vol.26,no.10,pp.1309-1316,2008.但是这种方案只能估计出单个CO-OFDM符号内的相位噪声均值CPE，光相位噪声引起的ICI被近似为高斯噪声忽略掉了，所以这种方法不能够准确地描述光相位噪声在整个符号内的变化情况。上述的技术方法大部分都是将单个CO-OFDM符号当作一个整体来估计相位噪声，即共同相位噪声估计(CPE)。单个CO-OFDM符号的估计方案只能估计出整个CO-OFDM符号的相位噪声的均值，其在原理上不能够准确地描述相位噪声随时间在符号内的变化情况。这类相位噪声估计方案的误差会随光相位噪声的增加而增加。在大的光相位噪声情况下，单个CO-OFDM符号相位噪声的估计方案的估计误差将会严重限制CO-OFDM系统的整体性能。因此，为了提升系统对光相位噪声的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于CO‑OFDM系统的多子块相位噪声估计补偿方法，其特征在于，将每个CO‑OFDM符号切割成若干个子块符号，对每个子块符号的光相位噪声分别进行估计和补偿。

【技术特征摘要】
1.一种适用于CO-OFDM系统的多子块相位噪声估计补偿方法，其特征在于，包括步骤：(1)接收端对接收到的CO-OFDM信号进行相干探测接收，然后进行模数转换，得到电域的信号；(2)对电域的信号进行串并转换，移除循环前缀CP并进行频率偏移估计和补偿；(3)采用FFT变换将信号从时域变为频域；(4)进行光纤信道估计和补偿，得到信道均衡后的信号；(5)对信道均衡后的信号进行IFFT变换，得到假设的仅受相位噪声污染的“接收端”的时域信号；(6)估计出每个CO-OFDM符号的共同相位噪声CPE的值并完成CPE补偿；初始化迭代计数器：K＝0；(7)判断迭代计数器中的K值是否超过设定的迭代次数，若是，则转到步骤(12)；若否，则执行步骤(8)；(8)若K＝0，则对步骤(6)得到的相位噪声补偿后的信号进行判决，将判决后的信号当作“发送端”信号；若K>0，则对步骤(11)得到的相位噪声补偿后的信号进行判决，将判决后的信号当作“发送端”信号；(9)对步骤(8)的“发送端”信号进行IFFT变换，得到假设的“发送端”的时域信号；(10)对步骤(9)得到的假设的“发送端”时域信号、步骤(5)得到的假设的仅受相位噪声污染的“接收端”时域信号分别进行切块处理，即将单个的CO-OFDM符号切割成若干个子块符号；(11)利用切块得到的“发送端”和仅受相位噪声污染的“接收端”各子块符号来估计所对应子块的共同相位噪声CPE；并在时域上，分别对每个子块符号的共同相位噪声进行补偿；同时迭代计数器K值加上1；然后转入步骤(7)；步骤(11)，设假设的“发送端”时域信号的第m个CO-OFDM符号的第n个子块符号中的第k个值为假设的仅受相位噪声污染的“接收端”时域信号的第m个CO-OFDM符号的第n个子块符号中的第k个值为切割成的每一个子块符号的长度为S，则第m个CO-OFDM符号中的第n个子块符号的共同相位噪声表示为：在时域上，对第m个CO-OFDM符号中的第n个子块符号中的第k个子载波数据进行相位噪声补偿，补偿公式是：其中，*表示复共轭运算，对所有切割成的CO-OFDM子块符号分别进行上述的补偿，直到所有的子块符号的相位噪声补偿完成为止；(12)对数据进行判决，去导频，反映射，输出最终的数据。2.根据权利要求1所述的适用于CO-OFDM系统的多子块相位噪声估计补偿方法，其特征在于，所述步骤(4)光纤信道估计采用基于训练序列的估计方法，在CO-OFDM发射端模块加入循环前缀CP后，在得到的信号的开始处插入若干个用于信道估计的训练序列；步骤(4)包括：(4-1)提取用于信道估计的训练序列进行光纤信道的估计；(4-2)利用单抽头频域滤波器进行信道均衡。3.根据权利要求2所述的适用于CO-OFDM系统的多子块相位噪声估计补偿方法，其特征在于，所述步骤(4-1)，通过依次采用多个训练序列后均值方法和...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪学智，洪晓建，何赛灵，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44