一種基于滑動窗口的co-ofdm光相位噪聲估計補償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于滑動窗口的CO-OFDM光相位噪聲估計補償方法，該方法是：估計出每個CO-OFDM符號的共同相位噪聲并在頻域上完成補償，然后進行判決，對判決后的信號進行IFFT變換，得到假設(shè)的“發(fā)送端”時域信號；利用假設(shè)的“發(fā)送端”時域信號和僅受光相位噪聲污染的“接收端”時域信號估計出每個CO-OFDM符號內(nèi)的光相位噪聲時域值，然后采用時域滑動窗口分別對每個時域樣本的光相位噪聲進行滑動平均處理，最后再對每個CO-OFDM符號在時域進行光相位噪聲補償處理。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的精度和整個光通信系統(tǒng)的性能，同時實用性強，能有效降低CO-OFDM系統(tǒng)對激光光源線寬的要求，對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。
【專利說明】-種基于滑動窗口的CO-OFDM光相位噪聲估計補償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于滑動窗口的C0-0FDM光相位噪聲 估計補償方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 相干光正交頻分復(fù)用（C0-0FDM)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)，C0-0FDM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展性。雖然C0-0FDM技術(shù)具有上述諸多 的優(yōu)點，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，C0-0FDM系統(tǒng) 的一個主要缺陷是對光相位噪聲極為敏感。
[0003] 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補償方 法。研究人員提出了利用檢測疊加的射頻導(dǎo)頻來估計光相位噪聲的方案。具體見參考文 獻：S. Randel, S. Adhikari, and S. L. Jansen, "Analysis of RF-pilot-based phase noise compensation for coherent optical OFDM systems,，' IEEE Photonics Technology L etters, vol. 22, no. 17, pp. 1288-1290, 2010.但是這種方法中，光相位噪聲估計的精度受 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 要加入保護間隔，并保持合適的功率比，方案實現(xiàn)起來比較復(fù)雜。另一類估計方案采用 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，從而估計出光相位噪聲引入的相位增量。具體見參考文獻： X. Yi,ff. Shi eh, and Y. Ma, ^Phase Noise Effects on High Spectral Efficiency Coherent Optical OFDM Transmission, J Lightwave Technol, vol. 26, no. 10, pp. 1309-1316, 200 8.這種方案只能估計出單個C0-0FDM符號內(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確地描述光相位噪聲在整個符號內(nèi)的 變化情況。研究人員還提出了一種將一個完整的0FDM符號在時域分割成若干個符號，從 而估計出各個符號內(nèi)相位噪聲的方案，具體見參考文獻：L. Myung-Kyu, Y. Kyeongcheol, and C. Kyungwhoon,''Iterative Receivers Based on Subblock Processing for Phase Noise Compensation in OFDM Systems,，，IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, 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。
[0004] 現(xiàn)有的C0-0FDM系統(tǒng)的光相位噪聲估計補償方法存在以下不足：
[0005] (1)現(xiàn)有的相位噪聲估計方法一般是通過在信號發(fā)送端加入導(dǎo)頻，利用導(dǎo)頻估計 出單個C0-0FDM符號的共同相位噪聲。為了達到設(shè)定的性能指標，該方法需要增加導(dǎo)頻的 數(shù)量，進而降低了系統(tǒng)的有效速率和頻譜利用率；
[0006] (2)在大的光相位噪聲情況下，單個C0-0FDM符號相位噪聲的估計方案的估計誤 差較大，嚴重限制C0-0FDM系統(tǒng)的整體性能。
[0007] 因此，提供一種光相位噪聲估計的精度高、實用性強的C0-0FDM光相位噪聲估計 補償方法具有很大的應(yīng)用價值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于滑動窗口的 C0-0FDM光相位噪聲估計補償方法，該方法采用一定步長的時域滑動窗口分別對每個時域 樣本的光相位噪聲進行滑動平均處理，能夠很好地跟蹤光相位噪聲的變化情況，具有光相 位噪聲估計的精度高、實用性強的優(yōu)點。
[0009] 本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：一種基于滑動窗口的C0-0FDM光相位噪 聲估計補償方法，步驟是：先估計出每個C0-0FDM符號內(nèi)的光相位噪聲時域值，然后利用一 定步長的時域滑動窗口分別對每個時域樣本的光相位噪聲進行滑動平均處理，最后再對每 個C0-0FDM符號在時域進行光相位噪聲補償處理。
[0010] 具體包括步驟：
[0011] (1)接收端對接收到的信號進行串并轉(zhuǎn)換，并移除循環(huán)前綴；
[0012] (2)采用FFT (快速傅里葉變換）將信號從時域變?yōu)轭l域；
[0013] (3)進行信道估計并在頻域上進行均衡，得到信道均衡后的信號；
[0014] (4)對信道均衡后的信號進行IFFT (快速傅里葉逆變換），得到僅受光相位噪聲污 染的"接收端"時域信號；
[0015] (5)估計出每個C0-0FDM符號的共同相位噪聲并在頻域上完成補償；
[0016] (6)對步驟（5)的輸出信號進行判決，對判決后的信號進行IFFT變換，得到假設(shè)的 "發(fā)送端"時域信號；
[0017] (7)利用步驟（6)假設(shè)的"發(fā)送端"時域信號和步驟（4)僅受光相位噪聲污染的 "接收端"時域信號來估計每個C0-0FDM符號內(nèi)的光相位噪聲時域值；
[0018] (8)采用時域滑動窗口分別對每個時域樣本的光相位噪聲進行滑動平均處理；
[0019] (9)對步驟（4)的僅受光相位噪聲污染的"接收端"時域信號在時域進行光相位噪 聲補償處理；
[0020] (10)對補償后的信號進行判決，去導(dǎo)頻，反映射并輸出。
[0021] 優(yōu)選的，所述步驟（5)中，利用導(dǎo)頻來估計每個C0-0FDM符號的共同相位噪聲，并 在頻域上，利用單抽頭均衡器完成共同相位噪聲補償，步驟如下：
[0022] (3-1)利用最小二乘估計法來估計每個C0-0FDM符號的共同相位噪聲& :
[0023]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于滑動窗口的CO-OFDM光相位噪聲估計補償方法，其特征在于，步驟是：先估 計出每個CO-OFDM符號內(nèi)的光相位噪聲時域值，然后利用一定步長的時域滑動窗口分別對 每個時域樣本的光相位噪聲進行滑動平均處理，最后再對每個CO-OFDM符號在時域進行光 相位噪聲補償處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑動窗口的CO-OFDM光相位噪聲估計補償方法，其特征 在于，包括步驟： (1) 接收端對接收到的信號進行串并轉(zhuǎn)換，并移除循環(huán)前綴； (2) 采用FFT變換將信號從時域變?yōu)轭l域； (3) 進行信道估計并在頻域上進行均衡，得到信道均衡后的信號； (4) 對信道均衡后的信號進行IFFT變換，得到僅受光相位噪聲污染的"接收端"時域信 號； (5) 估計出每個CO-OFDM符號的共同相位噪聲并在頻域上完成補償； (6) 對步驟（5)的輸出信號進行判決，對判決后的信號進行IFFT變換，得到假設(shè)的"發(fā) 送端"時域信號； (7) 利用步驟（6)假設(shè)的"發(fā)送端"時域信號和步驟（4)僅受光相位噪聲污染的"接收 端"時域信號來估計每個CO-OFDM符號內(nèi)的光相位噪聲時域值； (8) 采用時域滑動窗口分別對每個時域樣本的光相位噪聲進行滑動平均處理； (9) 對步驟（4)的僅受光相位噪聲污染的"接收端"時域信號在時域進行光相位噪聲補 償處理； (10) 對補償后的信號進行判決，去導(dǎo)頻，反映射并輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于滑動窗口的CO-OFDM光相位噪聲估計補償方法，其特征 在于，所述步驟（5)中，利用導(dǎo)頻來估計每個CO-OFDM符號的共同相位噪聲，并在頻域上，利 用單抽頭均衡器完成共同相位噪聲補償，步驟如下： (5-1)利用最小二乘估計法來估計每個CO-OFDM符號的共同相位噪聲& :
其中，Sp表示發(fā)射端加入的分散導(dǎo)頻所對應(yīng)的頻域樣本序號的集合，表示復(fù)共軛運 算，Xk是發(fā)射端第k個頻域樣本，Yk是信道均衡后的第k個樣本值； (5-2)在頻域上，利用單抽頭均衡器補償共同相位噪聲，均衡器系數(shù)為：
其中/表示復(fù)共軛運算，在頻域上，補償每個CO-OFDM符號內(nèi)的第k個樣本的共同相位 噪聲，補償公式是：
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于滑動窗口的CO-OFDM光相位噪聲估計補償方法，其特征 在于，步驟（7)的光相位噪聲時域值是利用假設(shè)的"發(fā)送端"時域信號毛和僅受光相位噪聲 污染的"接收端"時域信號A來估計的，估計公式為：
其中，arg()表示對括號內(nèi)的值取相位角，exp()表示復(fù)指數(shù)運算。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于滑動窗口的CO-OFDM光相位噪聲估計補償方法，其特征 在于，步驟（8)，采用時域滑動窗口分別對每個時域樣本的光相位噪聲進行滑動平均處理， 每一個時域樣本的光相位噪聲的最終估計值是由其自己和左右各m個時域樣本的光相位 噪聲估計值共同確定的，步長為2m+l，則最終的光相位噪聲時域值為：
其中，k'和k分別表示滑動平均處理之前和之后的樣本序號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于滑動窗口的CO-OFDM光相位噪聲估計補償方法，其特征 在于，步驟（9)，在時域上，采用單抽頭均衡器對僅受光相位噪聲污染的"接收端"時域信號 A進行相位噪聲補償處理，補償?shù)墓綖椋?br> 其中/表示復(fù)共軛運算，分別對每個CO-OFDM符號內(nèi)僅受光相位噪聲污染的"接收端" 時域信號分別進行上述的補償處理，直到所有光相位噪聲被補償完為止。
【文檔編號】H04L27/26GK104243390SQ201410546965
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】洪學(xué)智, 洪曉建, 何賽靈 申請人:華南師范大學(xué)