一種基于時(shí)域信道估計(jì)的信道均衡方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于時(shí)域信道估計(jì)的信道均衡方法和系統(tǒng)。本方法為：首先在發(fā)射端信號(hào)中插入訓(xùn)練序列；然后在接收端利用濾波器對(duì)接收到的訓(xùn)練序列部分進(jìn)行信道均衡，并更新濾波器系數(shù)；利用上一步更新后的濾波器在時(shí)域?qū)?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)信道均衡。本發(fā)明利用訓(xùn)練序列和時(shí)域?yàn)V波器進(jìn)行信道均衡。訓(xùn)練序列部分幀結(jié)構(gòu)由M序列與0序列間插構(gòu)成，便于時(shí)域?yàn)V波器對(duì)信號(hào)受到的偏振串?dāng)_進(jìn)行均衡，從而解開(kāi)偏振復(fù)用；其次，采用RLS算法對(duì)時(shí)域?yàn)V波器系數(shù)更新，算法復(fù)雜度較小，能夠節(jié)省計(jì)算時(shí)間，對(duì)調(diào)制格式不敏感，具有廣泛的適用性。
【專利說(shuō)明】一種基于時(shí)域信道估計(jì)的信道均衡方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及相干光通信傳輸領(lǐng)域，涉及一種基于時(shí)域信道估計(jì)的信道均衡方法，以及實(shí)現(xiàn)該方法的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]基于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的相干通信是長(zhǎng)距離光纖通信傳輸系統(tǒng)的重要解決方案。如何克服通信信道損傷是需要解決的重要課題。通信信道損傷使信號(hào)的信噪比降低，并且引入了碼間干擾，導(dǎo)致了誤碼的產(chǎn)生。在光纖通信系統(tǒng)中，均衡算法對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)，并補(bǔ)償信道的線性畸變，以減弱或消除碼間干擾。
[0003]目前，均衡算法主要有兩類，一類是時(shí)域均衡(TDE)，另一類是頻域均衡(FDE)。兩類算法具有相同的均衡效果。
[0004]I)時(shí)域均衡(TDE)算法。該算法基于訓(xùn)練序列或基于信號(hào)的星座圖特性進(jìn)行信道沖激響應(yīng)估計(jì)，在時(shí)域?qū)π盘?hào)進(jìn)行補(bǔ)償?；谟?xùn)練序列的信道估計(jì)算法較復(fù)雜。基于信號(hào)星座圖特性的信道估計(jì)算法依賴于調(diào)制格式，調(diào)制格式改變時(shí)，算法也需要隨之改變，并且算法效果也不同。由于光纖中存在色散，當(dāng)色散較大時(shí)，均衡算法需要的均衡器抽頭數(shù)較多，導(dǎo)致算法復(fù)雜度較高。
[0005]2)頻域均衡(FDE)算法。該算法基于訓(xùn)練序列進(jìn)行信道傳遞函數(shù)的估計(jì)，在頻域?qū)π盘?hào)進(jìn)行補(bǔ)償。信道估計(jì)算法簡(jiǎn)單，當(dāng)色散較大時(shí)，算法復(fù)雜度仍然較低。但是該算法需要對(duì)信號(hào)插入循環(huán)前綴/后綴，這會(huì)造成一定的信號(hào)速率開(kāi)銷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種有效的基于時(shí)域信道估計(jì)的信道均衡方法，以及實(shí)現(xiàn)該方法的系統(tǒng)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種基于時(shí)域信道估計(jì)的信道均衡方法，包括以下步驟:
[0009]第一步:在發(fā)射端信號(hào)中插入具有平坦頻譜特性的訓(xùn)練序列；
[0010]第二步:在接收端，經(jīng)過(guò)前端信號(hào)處理后，用FIR濾波器對(duì)接收到的訓(xùn)練序列部分進(jìn)行濾波，即實(shí)現(xiàn)信道均衡。并采用RLS算法準(zhǔn)則更新FIR濾波器系數(shù)。
[0011]第三步:利用第二步得到的時(shí)域FIR濾波器在時(shí)域?qū)?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)信道均衡。
[0012]進(jìn)一步地，所述接收端對(duì)接收的信號(hào)首先進(jìn)行前端數(shù)據(jù)處理，包括色散粗補(bǔ)償、載波頻率恢復(fù)、接收匹配濾波和數(shù)字同步；并在第三步之后進(jìn)行后端數(shù)據(jù)處理，包括載波相位恢復(fù)。
[0013]進(jìn)一步地，在發(fā)射端的信號(hào)成巾貞傳輸，如圖2所不,每一巾貞的巾貞結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)偏振方向，每個(gè)偏振方向均包含訓(xùn)練序列與數(shù)據(jù)信號(hào)。X偏振方向的訓(xùn)練序列為在時(shí)間上周期排列的序列t1; Y偏振方向的訓(xùn)練序列為在時(shí)間上周期排列的序列t2，并且:[0014]ti= (tx, 0)，t2= (0，ty)，tx=ty,
[0015]其中仁和ty SM序列，“0”表示長(zhǎng)度與M序列等長(zhǎng)的數(shù)值為O的序列。
[0016]更進(jìn)一步地，M序列長(zhǎng)度的選擇由信道載波頻率偏移和相位的飄移程度決定；M序列個(gè)數(shù)的選擇由信道中自發(fā)輻射噪聲強(qiáng)度決定；數(shù)據(jù)信號(hào)(每幀訓(xùn)練序列之后的數(shù)據(jù))長(zhǎng)度的選擇由信道傳遞函數(shù)的飄變程度決定。
[0017]一種實(shí)現(xiàn)上述方法的基于時(shí)域信道估計(jì)的均衡系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端，
[0018]所述發(fā)射端包括:
[0019]訓(xùn)練序列插入模塊，用于在發(fā)射端信號(hào)中插入具有平坦的頻譜特性的訓(xùn)練序列；
[0020]所述接收端包括:
[0021]FIR濾波器，利用時(shí)域?yàn)V波器抽頭系數(shù)在時(shí)域?qū)?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行濾波以實(shí)現(xiàn)信道均衡。
[0022]訓(xùn)練序列對(duì)比模塊，連接所述FIR濾波器模塊，用于訓(xùn)練序列與數(shù)據(jù)信號(hào)做差，得到誤差值e。
[0023]濾波器系數(shù)更新模塊，連接所述訓(xùn)練序列對(duì)比模塊，根據(jù)誤差值e，利用RLS準(zhǔn)則，更新FIR濾波器系數(shù)。
[0024]進(jìn)一步地,還包括:
[0025]前端數(shù)據(jù)處理模塊，用于對(duì)從發(fā)送端接收的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，然后發(fā)送至所述FIR濾波器模塊。
[0026]后端數(shù)據(jù)處理模塊，連接所述FIR濾波器，用于載波相位恢復(fù)。
[0027]更進(jìn)一步地，所述前端數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行的預(yù)處理包括:色散粗補(bǔ)償、載波頻率恢復(fù)、接收匹配濾波、數(shù)字同步。
[0028]進(jìn)一步地，還包括判決模塊，連接所述后端數(shù)據(jù)處理模塊，用于將接收的信號(hào)信息恢復(fù)成二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果為:
[0030]本發(fā)明利用訓(xùn)練序列和時(shí)域?yàn)V波器進(jìn)行信道均衡。該方法與傳統(tǒng)時(shí)域盲均衡(CMA)算法相比，幀結(jié)構(gòu)不同，時(shí)域?yàn)V波器更新算法不同。首先，訓(xùn)練序列部分由M序列與O序列間插構(gòu)成，便于時(shí)域?yàn)V波器對(duì)信號(hào)受到的偏振串?dāng)_進(jìn)行均衡，從而解開(kāi)偏振復(fù)用。其次，RLS算法與傳統(tǒng)時(shí)域盲均衡(CMA)相比具有較好的收斂性，因而本發(fā)明只使用訓(xùn)練序列部分進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波器系數(shù)更新，算法復(fù)雜度較小，能夠節(jié)省計(jì)算時(shí)間，對(duì)調(diào)制格式不敏感，具有廣泛的適用性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于時(shí)域信道估計(jì)的均衡方法的流程圖。
[0032]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的信號(hào)幀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的濾波器系數(shù)更新示意圖。
[0034]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的1.24Tb/s64QAM信號(hào)400km傳輸實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面通過(guò)具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明；本發(fā)明的方法流程如圖1所示，其步驟為:
[0036]第一步:在發(fā)射端信號(hào)前端插入訓(xùn)練序列，按照所述幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。選擇若干個(gè)具有平坦頻譜特性的M序列。
[0037]第二步:在接收端，經(jīng)過(guò)前端信號(hào)處理后，用FIR濾波器對(duì)接收到的訓(xùn)練序列進(jìn)行濾波。并根據(jù)公知的RLS算法準(zhǔn)則更新濾波器系數(shù)。
[0038]第三步:利用第二步得到的時(shí)域?yàn)V波器在時(shí)域?qū)?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)信道均衡。
[0039]第四步:后端信號(hào)處理，進(jìn)行載波相位恢復(fù)，并判決。
[0040]RLS 原理
[0041]接收端信號(hào)處理基于公知的RLS (遞歸最小二乘)算法，其具體原理如下:
[0042]FIR濾波器在η時(shí)刻濾波器系數(shù)值為向量w (η)，η時(shí)刻代價(jià)函數(shù)值為J (η)。
[0043]設(shè)發(fā)射端數(shù)據(jù)中訓(xùn)練序列為dTS (η)，接收端數(shù)據(jù)中訓(xùn)練序列為uTS (η)(角標(biāo)TS代表訓(xùn)練序列)，數(shù)據(jù)中信號(hào)部分為u(n)，濾波輸出訓(xùn)練序列為yTS(η)，濾波輸出信號(hào)部分為y(n)
【權(quán)利要求】
1.一種基于時(shí)域信道估計(jì)的信道均衡方法，其步驟為: 1)在發(fā)射端信號(hào)中插入訓(xùn)練序列； 2)在接收端利用濾波器對(duì)接收到的訓(xùn)練序列部分進(jìn)行信道均衡，并更新濾波器系數(shù)； 3)利用上一步更新后的濾波器在時(shí)域?qū)?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)信道均衡。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述發(fā)射端對(duì)信號(hào)成巾貞傳輸，每一巾貞的巾貞結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)偏振方向，每個(gè)偏振方向均包含訓(xùn)練序列與數(shù)據(jù)信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述偏振方向分別為X偏振方向和Y偏振方向；其中，X偏振方向的訓(xùn)練序列為在時(shí)間上周期排列的序列t1; Y偏振方向的訓(xùn)練序列為在時(shí)間上周期排列的序列t2 A1=Ux, 0),t2=(0, ty)，tx=ty，“o”表示長(zhǎng)度與序列tx等長(zhǎng)的數(shù)值為O的序列。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述序列\(zhòng)和序列\(zhòng)為M序列；所述M序列的長(zhǎng)度由信道載波頻率偏移和相位的飄移程度決定；所述訓(xùn)練序列中M序列的個(gè)數(shù)由信道中自發(fā)輻射噪聲強(qiáng)度決定；所述數(shù)據(jù)信號(hào)的長(zhǎng)度由信道傳遞函數(shù)的飄變程度決定。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟2)所述接收端首先對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行前端數(shù)據(jù)處理，包括色散粗補(bǔ)償、載波頻率恢復(fù)、接收匹配濾波和數(shù)字同步；然后利用濾波器對(duì)接收到的訓(xùn)練序列部分進(jìn)行信道均衡；步驟3)實(shí)現(xiàn)信道均衡后，進(jìn)行后端數(shù)據(jù)處理，包括載波相位恢復(fù)。
6.如權(quán)利要求1?5任一所述的方法，其特征在于所述濾波器為FIR濾波器；所述接收端利用RLS算法準(zhǔn)則更新FIR濾波器系數(shù)。
7.一種基于時(shí)域信道估計(jì)的信道均衡系統(tǒng)，其特征在于包括發(fā)射端和接收端，其中，所述發(fā)射端包括:訓(xùn)練序列插入模塊，用于在發(fā)射端信號(hào)中插入訓(xùn)練序列；所述接收端包括:濾波器，用于對(duì)接收到的訓(xùn)練序列部分進(jìn)行信道均衡，并更新濾波器系數(shù)，以及利用濾波器抽頭系數(shù)在時(shí)域?qū)?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行濾波以實(shí)現(xiàn)信道均衡。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于包括一訓(xùn)練序列對(duì)比模塊，用于對(duì)訓(xùn)練序列與數(shù)據(jù)信號(hào)做差，得到誤差值e ;濾波器系數(shù)更新模塊，用于根據(jù)誤差值e，利用RLS準(zhǔn)則，更新濾波器系數(shù)。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射端對(duì)信號(hào)成幀傳輸，每一幀的幀結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)偏振方向，每個(gè)偏振方向均包含訓(xùn)練序列與數(shù)據(jù)信號(hào)；所述濾波器為FIR濾波器；所述接收端利用RLS算法準(zhǔn)則更新FIR濾波器系數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于所述偏振方向分別為X偏振方向和Y偏振方向；其中，X偏振方向的訓(xùn)練序列為在時(shí)間上周期排列的序列t1; Y偏振方向的訓(xùn)練序列為在時(shí)間上周期排列的序列t2 A1=Ux, 0),t2=(0, ty)，tx=ty，“o”表示長(zhǎng)度與序列tx等長(zhǎng)的數(shù)值為O的序列。
【文檔編號(hào)】H04L25/02GK103812806SQ201410062434
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】張帆, 王丹, 丁瑞 申請(qǐng)人:北京大學(xué)