Ofdm-pon系統(tǒng)中基于volterra模型的非線性損傷補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種OFDM-PON系統(tǒng)中基于VOLTERRA模型的非線性損傷補(bǔ)償方法。（1）在發(fā)射端與接收端分別存儲(chǔ)相同的序列到數(shù)據(jù)庫；（2）發(fā)送帶有導(dǎo)頻序列的信息并在接收端提??；（3）根據(jù)模型特性構(gòu)建矩陣；（4）構(gòu)建VOLTERRA模型矩陣形式；（5）求解辨識(shí)向量初始值；（6）分析星座圖以構(gòu)建差異因子向量；（7）不斷構(gòu)建新的權(quán)值向量。該方法使用VOLTERRA模型辨識(shí)OFDM-PON系統(tǒng)中的多種非線性損傷，利用QR分解矩陣維數(shù)降低求解復(fù)雜度，對(duì)辨識(shí)系數(shù)向量作自適應(yīng)修正處理，提高了系統(tǒng)抗非線性干擾能力和可靠性。
【專利說明】OFDM-PON系統(tǒng)中基于VOLTERRA模型的非線性損傷補(bǔ)償方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種下一代接入系統(tǒng)補(bǔ)償【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體是涉及一種正交頻分 復(fù)用-無源光網(wǎng)絡(luò)（Orthogonal Frequency Division Multiplexing-Passive Optical Networks, OFDM-PON)系統(tǒng)中基于VOLTERRA模型的非線性補(bǔ)償方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在接收機(jī)上使用基于VOLTERRA模型的非線性損傷補(bǔ)償方法，可以改善OFDM- Ρ0Ν 系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。
[0003] 現(xiàn)有的非線性損傷補(bǔ)償方法主要針對(duì)光纖通信系統(tǒng)中存在相位噪聲、交叉相位 調(diào)制、自相位調(diào)制、四波混頻以及加性非高斯噪聲等非線性影響，目前已有的研究方案主 要集中在光OFDM (Optical OFDM, 0-0FDM)系統(tǒng)之中。現(xiàn)有的基于導(dǎo)頻序列的非線性補(bǔ) 償算法為：在發(fā)射端和接收端存儲(chǔ)一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的相同序列，接收端在利用訓(xùn)練序列得到 并儲(chǔ)存基本信道狀態(tài)信息（Channel State Information, CSI)。發(fā)送端發(fā)送的帶有預(yù) 設(shè)序列的信息到達(dá)接收端后，首先經(jīng)過自相位調(diào)制補(bǔ)償器模塊，再提取特定位置上的信息 與接收端所存儲(chǔ)的預(yù)設(shè)序列相乘，選取對(duì)應(yīng)的結(jié)果用于相位噪聲補(bǔ)償。該方法的缺點(diǎn)是 需要依賴自相位調(diào)制補(bǔ)償模塊才能更好地實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償過程；基于數(shù)字預(yù)失真（Digital Pre-Distortion，DPD)的補(bǔ)償方法為：在發(fā)射端和接收端部署相同的DH)模塊，將接收端 的Dro輸出與發(fā)射端的DH)輸出比較，并將比較結(jié)果作為接收端DH)的輸入信號(hào)之一。DH) 模塊利用多項(xiàng)式函數(shù)逼近0-0FDM系統(tǒng)的非線性影響，依賴于敏感、高速的光電檢測(cè)器和模 數(shù)轉(zhuǎn)換器。該方法的缺點(diǎn)是在實(shí)際部署過程中，需要較高的設(shè)備成本；基于VOLTERRA模型 的補(bǔ)償方法為：在發(fā)射端和接收端存儲(chǔ)相同的序列，發(fā)射端將該序列發(fā)送之后，在接收端利 用VOLTERRA級(jí)數(shù)分解接收序列，該級(jí)數(shù)的基向量由接收端存儲(chǔ)的序列構(gòu)成。之后求解出基 向量的系數(shù)向量即可實(shí)現(xiàn)VOLT- ERRA模型的建立，并進(jìn)一步根據(jù)該模型實(shí)現(xiàn)0-0FDM系統(tǒng) 的辨識(shí)。該方法的缺點(diǎn)在于系數(shù)向量不能自適應(yīng)調(diào)整，且系數(shù)向量求解過程需要的計(jì)算量 較大，使得系統(tǒng)計(jì)算效率惡化。另外，上述3種方法均只實(shí)現(xiàn)針對(duì)0-0FDM系統(tǒng)的非線性補(bǔ) 償，未針對(duì)0FDM-P0N系統(tǒng)作進(jìn)一步分析。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種0FDM-P0N系統(tǒng)中基于 VOLTERRA模型的非線性損傷補(bǔ)償方法，解決現(xiàn)有補(bǔ)償方法不能有效應(yīng)對(duì)0FDM-P0N系統(tǒng)且 補(bǔ)償方法復(fù)雜度高、性能較低以及自適應(yīng)系數(shù)調(diào)整的問題，提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能 力。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思為：在0FDM-P0N系統(tǒng)接收端的數(shù)字信號(hào)處理 (Digital Signal Processing，DSP)模塊中實(shí)現(xiàn)基于VOLTERRA模型的補(bǔ)償器，根據(jù)發(fā)射端 和接收端所存儲(chǔ)序列，構(gòu)建非線性辨識(shí)方案，并將無限的基系數(shù)映射到有限的系數(shù)向量上， 實(shí)現(xiàn)VOLTERRA非線性辨識(shí)模型的求解和系統(tǒng)非線性影響的補(bǔ)償。
[0007] 根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0008] -種0FDM-P0N系統(tǒng)中基于VOLTERRA模型的非線性損傷補(bǔ)償方法，其特征在于具 體操作步驟如下： 步驟一、存儲(chǔ)相同序列：在發(fā)射端與接收端分別存儲(chǔ)相同的序列到數(shù)據(jù)庫； 步驟二、發(fā)送帶有導(dǎo)頻序列的信息：發(fā)射端從數(shù)據(jù)庫中提取部分序列作為導(dǎo)頻序列并 穿插在有用信息內(nèi)發(fā)送給接收端，接收端收到經(jīng)歷非線性損傷的導(dǎo)頻信息并提取出來； 步驟三、構(gòu)建

【權(quán)利要求】
1. 一種OFDM-PON系統(tǒng)中基于VOLTERRA模型的非線性損傷補(bǔ)償方法，其特征在于具體 操作步驟如下： 步驟一、存儲(chǔ)相同序列：在發(fā)射端與接收端分別存儲(chǔ)相同的序列到數(shù)據(jù)庫； 步驟二、發(fā)送帶有導(dǎo)頻序列的信息：發(fā)射端從數(shù)據(jù)庫中提取部分序列作為導(dǎo)頻序列并 穿插在有用信息內(nèi)發(fā)送給接收端，接收端收到經(jīng)歷非線性損傷的導(dǎo)頻信息并提取出來； 步驟三、構(gòu)建
矩陣：將提取的信息按三階VOLTERRA模型的特性，利用KRONECKER乘 積構(gòu)建
矩陣； 步驟四、構(gòu)建VOLTERRA模型矩陣形式：利用
矩陣及接收端數(shù)據(jù)庫中提取的對(duì)應(yīng)序 列，得到辨識(shí)OFDM- P0N系統(tǒng)非線性損傷的VOLTERRA模型矩陣形式； 步驟五、求解辨識(shí)向量初始值：對(duì)步驟四得到的矩陣形式模型作QR分解，得到辨識(shí)系 數(shù)向量的初始值； 步驟六、構(gòu)建差異因子向量：分析接收信息非導(dǎo)頻處序列經(jīng)過VOLTERRA補(bǔ)償器之后的 16QAM星座圖，利用標(biāo)準(zhǔn)星座點(diǎn)與非理想星座點(diǎn)的差異構(gòu)建差異因子向量； 步驟七、構(gòu)建權(quán)值向量：使用步驟六得到的向量更新最新得到的辨識(shí)系數(shù)向量信息值， 并將該信息作為修正當(dāng)前非導(dǎo)頻處序列的權(quán)值向量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的0FDM-P0N系統(tǒng)中基于VOLTERRA模型的非線性損傷 補(bǔ)償方法，其特征在于所述步驟一存儲(chǔ)相同序列的具體操作方法如下：在發(fā)射端與 接收端分別存儲(chǔ)相同的序列到數(shù)據(jù)庫，并在發(fā)射端將該序列作為導(dǎo)頻，其中導(dǎo)頻是指 按照給定規(guī)律穿插在有用信息序列之間的序列；用向量
表示發(fā)射的導(dǎo)頻信息，向 量
表示接收到的經(jīng)歷非線性損傷的信息，其中

表示向量
的元素，
為導(dǎo)頻子載波個(gè)數(shù)，
表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算，
表示向量
的元素。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的0FDM-P0N系統(tǒng)中基于VOLTERRA模型的非線性損傷補(bǔ) 償方法，其特征在于所述發(fā)送帶有導(dǎo)頻序列的信息的具體操作方法如下：步驟二所述給 定穿插的方法是指梳狀插入的方法，有用信息是為達(dá)到通信目的的任意信息，用向量！
表示；將
按梳狀插入到
得到的信息用向量
表示；在接收端與
對(duì)應(yīng)的信息用向 量
表示，與向量對(duì)應(yīng)的信息用向量
表示；其中


分別表示向量
和的
元素，
表示有用信息子載波個(gè)數(shù)，
表示子載波總數(shù)，且
所述非線性損傷是 指0FDM-P0N系統(tǒng)中包括相位噪聲、交叉相位調(diào)制、自相位調(diào)制和四波混頻以及加性非高斯 噪聲在內(nèi)的多種非線性影響。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的0FDM-P0N系統(tǒng)中基于VOLTERRA模型的非線性損傷補(bǔ)償方 法，其特征在于所述步驟三構(gòu)建
矩陣的具體操作方法如下： 利用VOLTERRA模型，假設(shè)接收端收到的向量
經(jīng)過VOLTERRA補(bǔ)償器之后得到向量
其中
于是有
(1) 其中，向量為補(bǔ)償器的輸出
表不該向量的兀素，

為VOLTERRA模型誤差向量的第
個(gè)元素，
為辨識(shí)OFDM- P0N系統(tǒng)模型的第階

辨識(shí)系數(shù)，并稱由該系數(shù)組成的函數(shù)為信道函數(shù)的廣義逆函數(shù)； 將（1)式寫為矩陣形式，有
(2) 其中，矩陣
表示，
維數(shù)的復(fù)實(shí)數(shù)集合，向量
完全由辨識(shí)系數(shù)經(jīng)過 初等矩陣變換得到，
表示矩陣
的第
行元素所組 成的行向量，表示為
(3) 其中，
是VOLTERRA模型所取的最大 階數(shù)，
是0FDM-P0N系統(tǒng)的記憶長(zhǎng)度；可見矩陣
的列維數(shù)，
完全由，
和
確定，
一般而言，總有
；（3)式中的
表示KRONECKER積
表示轉(zhuǎn)置行 向量
得到的列向量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的0FDM-P0N系統(tǒng)中基于VOLTERRA模型的非線性損傷補(bǔ)償方 法，其特征在于所述步驟四建VOLTERRA模型矩陣形式的具體操作方法如下： 從接收端數(shù)據(jù)庫中提取的序列為與向量
完全相同的信息，該序列是VOLTERRA模型 輸出信號(hào)的理想值，即：
或

其中，向量
％序列
與序列
之間的誤差向量，將（4)式誤差序列部分合并，即令
有
(5) (5)式即為所述非線性影響的VOLTERRA模型矩陣形式。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的OFDM-PON系統(tǒng)中基于VOLTERRA模型的非線性損傷補(bǔ)償方 法，其特征在于所述步驟五求解辨識(shí)向量初始值的具體操作方法如下： 求解辨識(shí)系數(shù)向量的過程如下： ① 、對(duì)矩陣
QR分解，有
其中矩陣
為正交矩陣，
為上三角矩陣，且
② 、使用矩陣
對(duì)（5)式作變換，有
從而得到
(6) 其中，
表示取向量的前
個(gè)元素組成新的向量；
③ 、利用后向迭代方法，求解出（6)式中向量'的值，即為所述辨識(shí)系數(shù)向量的初始值，
記為
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的0FDM-P0N系統(tǒng)中基于VOLTERRA模型的非線性損傷補(bǔ)償方 法，其特征在于上述步驟六構(gòu)建差異因子向量的具體操作方法如下： QAM星座圖為正交振幅調(diào)制圖，記導(dǎo)頻向量
之后的第一個(gè)有用信息向量
記為
，經(jīng)歷非線性影響到達(dá)接收端，于是接收信號(hào)
記為
由·
得到與其對(duì)應(yīng)的上三角矩陣
然后使用VOLTERRA補(bǔ)償器對(duì)
樸償，其中補(bǔ)償器的系數(shù)向量為步驟五所得到的辨識(shí) 系數(shù)向量初始值
對(duì)應(yīng)的VOLTERRA補(bǔ)償器輸出記為
其中
分析'
的 16QAM星座圖，將該星座圖與標(biāo)準(zhǔn)星座圖對(duì)比，利用標(biāo)準(zhǔn)星座點(diǎn)與非理想星座點(diǎn)的一系列比 值構(gòu)成向量
即為所述的差異因子向量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的0FDM-P0N系統(tǒng)中基于VOLTERRA模型的非線性損傷補(bǔ)償方 法，其特征在于上述所述步驟七構(gòu)建權(quán)值向量的具體操作方法如下：最新辨識(shí)系數(shù)向量信 息按以下過程得到： 使用差異因子向量
對(duì)補(bǔ)償器的輸出作進(jìn)一步修正，即
其中，
為HADAMARD積，
即為接收信號(hào)
撲償結(jié)果； 若記
其中
使得
成立，于是（7)式即可寫為
且將
的星座圖與標(biāo)準(zhǔn)星座圖對(duì)比，按求解
的方法得到
從而有 接收信號(hào)'
涇過VOLTERRA補(bǔ)償器之后的輸出信號(hào)可以寫為
(8) 其中
即為所述更新后的辨識(shí)系數(shù)向量信息值；于是，第I
個(gè)接收信 號(hào)
經(jīng)過VOLTERRA補(bǔ)償器之后的輸出信號(hào)可以寫為
(9)。
【文檔編號(hào)】H04L27/38GK104158787SQ201410387354
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】方勇, 路振龍, 孫彥贊, 王軍華 申請(qǐng)人:上海大學(xué)