一種基于滑動(dòng)窗口的CO?OFDM光相位噪聲估計(jì)補(bǔ)償方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于滑動(dòng)窗口的CO?OFDM光相位噪聲估計(jì)補(bǔ)償方法，該方法是：估計(jì)出每個(gè)CO?OFDM符號(hào)的共同相位噪聲并在頻域上完成補(bǔ)償，然后進(jìn)行判決，對(duì)判決后的信號(hào)進(jìn)行IFFT變換，得到假設(shè)的“發(fā)送端”時(shí)域信號(hào)；利用假設(shè)的“發(fā)送端”時(shí)域信號(hào)和僅受光相位噪聲污染的“接收端”時(shí)域信號(hào)估計(jì)出每個(gè)CO?OFDM符號(hào)內(nèi)的光相位噪聲時(shí)域值，然后采用時(shí)域滑動(dòng)窗口分別對(duì)每個(gè)時(shí)域樣本的光相位噪聲進(jìn)行滑動(dòng)平均處理，最后再對(duì)每個(gè)CO?OFDM符號(hào)在時(shí)域進(jìn)行光相位噪聲補(bǔ)償處理。此方法能夠跟蹤光相位噪聲的變化情況，提高光相位噪聲估計(jì)的精度和整個(gè)光通信系統(tǒng)的性能，同時(shí)實(shí)用性強(qiáng)，能有效降低CO?OFDM系統(tǒng)對(duì)激光光源線寬的要求，對(duì)CO?OFDM系統(tǒng)在下一代高速光通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用具有的重要意義。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于滑動(dòng)窗口的CO-OFDM光相位噪聲估計(jì)補(bǔ)償方法
本專利技術(shù)涉及光通信
，特別涉及一種基于滑動(dòng)窗口的CO-OFDM光相位噪聲估計(jì)補(bǔ)償方法。
技術(shù)介紹
相干光正交頻分復(fù)用(CO-OFDM)作為一種多載波相干光通信技術(shù)在近幾年得到學(xué)者的廣泛關(guān)注。相比于單載波的相干光通信技術(shù)，CO-OFDM能夠?qū)崿F(xiàn)更高的光譜效率、更靈活的頻譜使用、更高效的信道均衡和更高頻譜擴(kuò)展性。雖然CO-OFDM技術(shù)具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)，但是其在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用仍然存在一些技術(shù)上的挑戰(zhàn)。其中，CO-OFDM系統(tǒng)的一個(gè)主要缺陷是對(duì)光相位噪聲極為敏感。為了抑制光相位噪聲的影響，研究人員提出了多種不同的光相位噪聲估計(jì)補(bǔ)償方法。研究人員提出了利用檢測(cè)疊加的射頻導(dǎo)頻來估計(jì)光相位噪聲的方案。具體見參考文獻(xiàn)：S.Randel,S.Adhikari,andS.L.Jansen,“AnalysisofRF-pilot-basedphasenoisecompensationforcoherentopticalOFDMsystems,”IEEEPhotonicsTechnologyLetters,vol.22,no.17,pp.1288-1290,2010.但是這種方法中，光相位噪聲估計(jì)的精度受射頻導(dǎo)頻與承載數(shù)據(jù)子載波帶間的互擾影響，RFP與承載數(shù)據(jù)的子載波頻帶兩者間都需要加入保護(hù)間隔，并保持合適的功率比，方案實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜。另一類估計(jì)方案采用在發(fā)射端將部分子載波設(shè)為導(dǎo)頻子載波，通過在接收端檢測(cè)承載了已知信息的導(dǎo)頻子載波的相位與預(yù)期相位的差值，從而估計(jì)出光相位噪聲引入的相位增量。具體見參考文獻(xiàn)：X.Yi,W.Shieh,andY.Ma,“PhaseNoiseEffectsonHighSpectralEfficiencyCoherentOpticalOFDMTransmission,”JLightwaveTechnol,vol.26,no.10,pp.1309-1316,2008.這種方案只能估計(jì)出單個(gè)CO-OFDM符號(hào)內(nèi)的相位噪聲均值CPE，光相位噪聲引起的ICI被近似為高斯噪聲忽略掉了，所以這種方法不能夠準(zhǔn)確地描述光相位噪聲在整個(gè)符號(hào)內(nèi)的變化情況。研究人員還提出了一種將一個(gè)完整的OFDM符號(hào)在時(shí)域分割成若干個(gè)符號(hào)，從而估計(jì)出各個(gè)符號(hào)內(nèi)相位噪聲的方案，具體見參考文獻(xiàn)：L.Myung-Kyu,Y.Kyeongcheol,andC.Kyungwhoon,“IterativeReceiversBasedonSubblockProcessingforPhaseNoiseCompensationinOFDMSystems,”IEEETRANSACTIONSONCOMMUNICATIONS,vol.59,no.3,pp.792-802,2011.這種方案雖然在一定程度上可以抑制相位噪聲的影響，但是不能夠很好地跟蹤相位噪聲的變化情況。現(xiàn)有的CO-OFDM系統(tǒng)的光相位噪聲估計(jì)補(bǔ)償方法存在以下不足：(1)現(xiàn)有的相位噪聲估計(jì)方法一般是通過在信號(hào)發(fā)送端加入導(dǎo)頻，利用導(dǎo)頻估計(jì)出單個(gè)CO-OFDM符號(hào)的共同相位噪聲。為了達(dá)到設(shè)定的性能指標(biāo)，該方法需要增加導(dǎo)頻的數(shù)量，進(jìn)而降低了系統(tǒng)的有效速率和頻譜利用率；(2)在大的光相位噪聲情況下，單個(gè)CO-OFDM符號(hào)相位噪聲的估計(jì)方案的估計(jì)誤差較大，嚴(yán)重限制CO-OFDM系統(tǒng)的整體性能。因此，提供一種光相位噪聲估計(jì)的精度高、實(shí)用性強(qiáng)的CO-OFDM光相位噪聲估計(jì)補(bǔ)償方法具有很大的應(yīng)用價(jià)值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于滑動(dòng)窗口的CO-OFDM光相位噪聲估計(jì)補(bǔ)償方法，該方法采用一定步長(zhǎng)的時(shí)域滑動(dòng)窗口分別對(duì)每個(gè)時(shí)域樣本的光相位噪聲進(jìn)行滑動(dòng)平均處理，能夠很好地跟蹤光相位噪聲的變化情況，具有光相位噪聲估計(jì)的精度高、實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。本專利技術(shù)的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于滑動(dòng)窗口的CO-OFDM光相位噪聲估計(jì)補(bǔ)償方法，步驟是：先估計(jì)出每個(gè)CO-OFDM符號(hào)內(nèi)的光相位噪聲時(shí)域值，然后利用一定步長(zhǎng)的時(shí)域滑動(dòng)窗口分別對(duì)每個(gè)時(shí)域樣本的光相位噪聲進(jìn)行滑動(dòng)平均處理，最后再對(duì)每個(gè)CO-OFDM符號(hào)在時(shí)域進(jìn)行光相位噪聲補(bǔ)償處理。具體包括步驟：(1)接收端對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，并移除循環(huán)前綴；(2)采用FFT(快速傅里葉變換)將信號(hào)從時(shí)域變?yōu)轭l域；(3)進(jìn)行信道估計(jì)并在頻域上進(jìn)行均衡，得到信道均衡后的信號(hào)；(4)對(duì)信道均衡后的信號(hào)進(jìn)行IFFT(快速傅里葉逆變換)，得到僅受光相位噪聲污染的“接收端”時(shí)域信號(hào)；(5)估計(jì)出每個(gè)CO-OFDM符號(hào)的共同相位噪聲并在頻域上完成補(bǔ)償；(6)對(duì)步驟(5)的輸出信號(hào)進(jìn)行判決，對(duì)判決后的信號(hào)進(jìn)行IFFT變換，得到假設(shè)的“發(fā)送端”時(shí)域信號(hào)；(7)利用步驟(6)假設(shè)的“發(fā)送端”時(shí)域信號(hào)和步驟(4)僅受光相位噪聲污染的“接收端”時(shí)域信號(hào)來估計(jì)每個(gè)CO-OFDM符號(hào)內(nèi)的光相位噪聲時(shí)域值；(8)采用時(shí)域滑動(dòng)窗口分別對(duì)每個(gè)時(shí)域樣本的光相位噪聲進(jìn)行滑動(dòng)平均處理；(9)對(duì)步驟(4)的僅受光相位噪聲污染的“接收端”時(shí)域信號(hào)在時(shí)域進(jìn)行光相位噪聲補(bǔ)償處理；(10)對(duì)補(bǔ)償后的信號(hào)進(jìn)行判決，去導(dǎo)頻，反映射并輸出。優(yōu)選的，所述步驟(5)中，利用導(dǎo)頻來估計(jì)每個(gè)CO-OFDM符號(hào)的共同相位噪聲，并在頻域上，利用單抽頭均衡器完成共同相位噪聲補(bǔ)償，步驟如下：(3-1)利用最小二乘估計(jì)法來估計(jì)每個(gè)CO-OFDM符號(hào)的共同相位噪聲：其中，Sp表示發(fā)射端加入的分散導(dǎo)頻所對(duì)應(yīng)的頻域樣本序號(hào)的集合，*表示復(fù)共軛運(yùn)算，Xk是發(fā)射端第k個(gè)頻域樣本，Yk是信道均衡后的第k個(gè)樣本值；(3-2)在頻域上，利用單抽頭均衡器補(bǔ)償共同相位噪聲，均衡器系數(shù)為：其中，*表示復(fù)共軛運(yùn)算，在頻域上，補(bǔ)償每個(gè)CO-OFDM符號(hào)內(nèi)的第k個(gè)樣本的共同相位噪聲，補(bǔ)償公式是：優(yōu)選的，步驟(7)的光相位噪聲時(shí)域值是利用假設(shè)的“發(fā)送端”時(shí)域信號(hào)和僅受光相位噪聲污染的“接收端”時(shí)域信號(hào)來估計(jì)的，估計(jì)公式為：其中，arg()表示對(duì)括號(hào)內(nèi)的值取相位角，exp()表示復(fù)指數(shù)運(yùn)算。優(yōu)選的，步驟(8)，采用時(shí)域滑動(dòng)窗口分別對(duì)每個(gè)時(shí)域樣本的光相位噪聲進(jìn)行滑動(dòng)平均處理，每一個(gè)時(shí)域樣本的光相位噪聲的最終估計(jì)值是由其自己和左右各m個(gè)時(shí)域樣本的光相位噪聲估計(jì)值共同確定的，步長(zhǎng)為2m+1，則最終的光相位噪聲時(shí)域值為：其中，k'和k分別表示滑動(dòng)平均處理之前和之后的樣本序號(hào)。優(yōu)選的，步驟(9)，在時(shí)域上，采用單抽頭均衡器對(duì)僅受光相位噪聲污染的“接收端”時(shí)域信號(hào)進(jìn)行相位噪聲補(bǔ)償處理，補(bǔ)償?shù)墓綖椋浩渲校?表示復(fù)共軛運(yùn)算，分別對(duì)每個(gè)CO-OFDM符號(hào)內(nèi)僅受光相位噪聲污染的“接收端”時(shí)域信號(hào)分別進(jìn)行上述的補(bǔ)償處理，直到所有光相位噪聲被補(bǔ)償完為止。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：1、本專利技術(shù)采用一定步長(zhǎng)的時(shí)域滑動(dòng)窗口分別對(duì)每個(gè)時(shí)域樣本的光相位噪聲進(jìn)行滑動(dòng)平均處理，能夠很好地跟蹤光相位噪聲的變化情況，提高了光相位噪聲估計(jì)的精度和整個(gè)光通信系統(tǒng)的性能。2、本專利技術(shù)采用比較成熟的快速傅里葉(逆)變換，實(shí)用性比較強(qiáng)。3、采用本專利技術(shù)的方法，在相同性能的前提下，可降低對(duì)通信系統(tǒng)發(fā)射端和接收端激光器線寬的要求，降低整個(gè)通信系統(tǒng)的成本，實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)CO-OFDM系統(tǒng)在下一代高速光通信網(wǎng)絡(luò)中本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于滑動(dòng)窗口的CO?OFDM光相位噪聲估計(jì)補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟是：先估計(jì)出每個(gè)CO?OFDM符號(hào)內(nèi)的光相位噪聲時(shí)域值，然后利用一定步長(zhǎng)的時(shí)域滑動(dòng)窗口分別對(duì)每個(gè)時(shí)域樣本的光相位噪聲進(jìn)行滑動(dòng)平均處理，最后再對(duì)每個(gè)CO?OFDM符號(hào)在時(shí)域進(jìn)行光相位噪聲補(bǔ)償處理。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于滑動(dòng)窗口的CO-OFDM光相位噪聲估計(jì)補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟是：(1)接收端對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，并移除循環(huán)前綴；(2)采用FFT變換將信號(hào)從時(shí)域變?yōu)轭l域；(3)進(jìn)行信道估計(jì)并在頻域上進(jìn)行均衡，得到信道均衡后的信號(hào)；(4)對(duì)信道均衡后的信號(hào)進(jìn)行IFFT變換，得到僅受光相位噪聲污染的“接收端”時(shí)域信號(hào)；(5)估計(jì)出每個(gè)CO-OFDM符號(hào)的共同相位噪聲并在頻域上完成補(bǔ)償；(6)對(duì)步驟(5)的輸出信號(hào)進(jìn)行判決，對(duì)判決后的信號(hào)進(jìn)行IFFT變換，得到假設(shè)的“發(fā)送端”時(shí)域信號(hào)；(7)利用步驟(6)假設(shè)的“發(fā)送端”時(shí)域信號(hào)和步驟(4)僅受光相位噪聲污染的“接收端”時(shí)域信號(hào)來估計(jì)每個(gè)CO-OFDM符號(hào)內(nèi)的光相位噪聲時(shí)域值；(8)采用一定步長(zhǎng)的時(shí)域滑動(dòng)窗口分別對(duì)每個(gè)時(shí)域樣本的光相位噪聲進(jìn)行滑動(dòng)平均處理，步驟是：每一個(gè)時(shí)域樣本的光相位噪聲的最終估計(jì)值是由其自己和左右各m個(gè)時(shí)域樣本的光相位噪聲估計(jì)值共同確定的，步長(zhǎng)為2m+1，則最終的光相位噪聲時(shí)域值為：其中，k'和k分別表示滑動(dòng)平均處理之前和之后的樣本序號(hào)；(9)對(duì)步驟(4)的僅受光相位噪聲污染的“接收端”時(shí)域信號(hào)在時(shí)域進(jìn)行光相位噪聲補(bǔ)償處理；(10)對(duì)補(bǔ)償后的信號(hào)進(jìn)行判決，去導(dǎo)頻，反映射并輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑動(dòng)窗口的CO-OFDM光相位噪聲估計(jì)補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步驟(5)中，利用導(dǎo)頻來估計(jì)每個(gè)CO-OFDM符號(hào)的共同相位噪聲，并在頻域上，利用單抽頭均衡器完成共同相位噪聲補(bǔ)償，步驟如下：(5-1)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：洪學(xué)智，洪曉建，何賽靈，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華南師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44