提升oqam-ofdm光傳輸系統(tǒng)接收靈敏度的信道估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種提升OQAM-OFDM光傳輸系統(tǒng)接收靈敏度的信道估計(jì)方法，針對(duì)光OQAM-OFDM傳統(tǒng)的信道估計(jì)算法沒有很好地處理子載波正交性破壞帶來(lái)的符號(hào)間干擾及子載波間干擾，并且忽略了系統(tǒng)器件帶來(lái)的隨機(jī)分布高斯噪聲等造成系統(tǒng)的接收靈敏度的下降的問題，在接收過程中，通過一階LS信道估計(jì)、二階LS信道估計(jì)、ZF均衡步驟組成的基于干擾近似利用的時(shí)域平均信道估計(jì)方法(IATA-CE)，準(zhǔn)確地估計(jì)了光纖信道的復(fù)增益和相位響應(yīng)，且能很好地對(duì)抗系統(tǒng)器件高斯噪聲的干擾，獲得更準(zhǔn)確的信道估計(jì)系數(shù)，提升了系統(tǒng)的BER性能和接收靈敏度。
【專利說明】提升OQAM-OFDM光傳輸系統(tǒng)接收靈敏度的信道估計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光0FDM通信技術(shù)，具體地，涉及一種提升0QAM-0FDM光傳輸系統(tǒng)接收 靈敏度的信道估計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著各類網(wǎng)絡(luò)新興業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，用戶數(shù)量的持續(xù)增加，用戶的帶寬需求也在 不斷提高。為了滿足用戶和市場(chǎng)的需求，提供超帶寬業(yè)務(wù)的光網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)將被要求在 每個(gè)子信道上提供lTb/s甚至更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。作為應(yīng)用在高速光傳輸系統(tǒng)中的一 種新興多載波傳輸方案，交錯(cuò)正交幅度調(diào)制正交頻分復(fù)用技術(shù)（Offset QAM Orthogonal Frequency Division Multiple, 0QAM-0FDM)利用具有良好時(shí)頻聚焦特性的濾波器組改進(jìn) 了傳統(tǒng)的0FDM的時(shí)域矩形成型脈沖，從而將0FDM子載波在頻域上只有10dB旁瓣抑制比 的sine包絡(luò)改進(jìn)成具有超過35dB旁瓣抑制比的sine包絡(luò)以適應(yīng)信道的頻率偏移和相位 噪聲等特征。0QAM-0FDM在繼承傳統(tǒng)的0FDM靈敏度高、頻譜效率高、抗色散能力強(qiáng)、靈活的 帶寬分配等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，不僅降低了 0FDM對(duì)時(shí)域和頻域嚴(yán)格同步性的要求，對(duì)符號(hào)間干 擾（Inter Symbol Interference，ISI)和子載波間干擾（Inter carrier Interference， ICI)有很好的魯棒性和松弛性，降低了系統(tǒng)對(duì)光電器件線性度的要求，而且能夠以很小的 信道間隔（〈20MHz)構(gòu)建具有高頻譜效率的"超級(jí)信道（Super-channel)"，進(jìn)而"無(wú)縫"地 融合來(lái)自各個(gè)用戶的信號(hào)帶。
[0003] 對(duì)于傳統(tǒng)的光0FDM，利用循環(huán)前綴（Cyclic Prefix，CP)對(duì)抗ISI，保留了嚴(yán)格的 復(fù)數(shù)域正交條件，從而在接收端利用LS (Least Square)最小二乘法便可以有效地估計(jì)信道 響應(yīng)，然后利用單抽頭ZF迫零均衡器便可補(bǔ)償信道的響應(yīng)。光0QAM-0FDM系統(tǒng)利用濾波器 取代了 CP去對(duì)抗ISI，其正交性條件由復(fù)數(shù)域嚴(yán)格正交放寬至實(shí)數(shù)域嚴(yán)格正交，雖然時(shí)-頻 坐標(biāo)上的每一個(gè)點(diǎn)都會(huì)受到周圍點(diǎn)的干擾，但這些干擾均為虛數(shù)，對(duì)實(shí)響應(yīng)信道，在譯碼過 程中可以通過取實(shí)部操作加以消除。然而，作為復(fù)響應(yīng)信道，光纖信道的響應(yīng)可簡(jiǎn)化表示如 下：H(?) = Hbtb(?) ? eXp(j@2?2L/2) ? eXp(-j t ?)，其中《 為對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)，Hbtb(?)為 光纖信道背靠背傳輸時(shí)的信道響應(yīng)，1和32分別為光纖的長(zhǎng)度和群速度色散常數(shù)，t表示 信道的時(shí)延，其復(fù)增益響應(yīng)和相位響應(yīng)會(huì)破壞0QAM-0FDM系統(tǒng)的嚴(yán)格正交性，利用導(dǎo)頻所 估計(jì)出的信道值是信道真實(shí)值與周圍點(diǎn)干擾的疊加，導(dǎo)致嚴(yán)重的ICI和ISI，因此光0FDM的 信道估計(jì)算法不能直接用于光0QAM-0FDM中。
[0004] 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前無(wú)線通信系統(tǒng)主要從干擾消除和干擾利用這兩個(gè)思 路對(duì)0FDM/0QAM導(dǎo)頻進(jìn)行研究，提出相應(yīng)的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)。例如S. Kang, K. Chang等于2007年 發(fā)表的《A novel channel estimation scheme for 0FDM/0QAM-I0TA system》考慮鄰域的 影響，通過預(yù)留一些時(shí)頻格點(diǎn)，用以抵消內(nèi)部的ISI干擾，使得所有外圍時(shí)頻格點(diǎn)對(duì)導(dǎo)頻的 總干擾為零，但由于這種方法需要計(jì)算其它數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)導(dǎo)頻的總干擾，因而計(jì)算量較大，實(shí)時(shí) 性也較差。再如 J. Du 等于 2009 年發(fā)表《Novel Preamble-Based Channel Estimation for 0FDM/0QAM System》，提出基于干擾利用的IAM "偽"導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)，它通過確定導(dǎo)頻周圍的時(shí)頻 點(diǎn)，計(jì)算出已知的ISI干擾量，并利用于信道估計(jì)中，該方法能夠較好地估計(jì)出復(fù)信道的響 應(yīng)包絡(luò)。
[0005] 而在光傳輸系統(tǒng)中，0QAM-0FDM傳統(tǒng)的信道估計(jì)采用的則是簡(jiǎn)單的基于已知導(dǎo)頻 序列的信道估計(jì)算法，其工作原理如圖1所示。這里0QAM-0FDM的FFT快速實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)根據(jù) J. Zhao 于 2014 年發(fā)表的《DFT-based offset-QAM OFDM for optical communications》 實(shí)現(xiàn)。在發(fā)射端，每L幀用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過QAM映射1之后得到L幀調(diào)制信號(hào)，這里以atl表示 第1幀中的第k個(gè)子載波上的符號(hào)，一幀導(dǎo)頻序列btl與L幀調(diào)制信號(hào)a 合成2 -個(gè)完 整的結(jié)構(gòu)ctl送入下一步處理，其中，b tl經(jīng)常取值為間插的+1，-1，即{+1，-1，+1，-1…}， 其目的是去除光纖色散對(duì)導(dǎo)頻信號(hào)直流分量的影響，為了避免0QAM中相鄰符號(hào)對(duì)導(dǎo)頻的 內(nèi)部符號(hào)間干擾，通常在導(dǎo)頻兩側(cè)各加一列全零幀保護(hù)。用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過QAM映射之后，被 分為I路3(實(shí)部）和Q路4(虛部）兩路信號(hào)cfpcL。然后，的奇數(shù)子載波5以及c/., 的偶數(shù)子載波6分別進(jìn)行90度的相移的操作，之后，Q路信號(hào)將相對(duì)于I路信號(hào)延遲T/2 的周期時(shí)間7 (T為輸入端信號(hào)的符號(hào)周期），至此完成0QAM調(diào)制。延遲后的信號(hào)再一起 通過N點(diǎn)的IFFT運(yùn)算8。IFFT運(yùn)算后的數(shù)據(jù)通過發(fā)射端濾波器組后9,得到的信號(hào)實(shí)部

【權(quán)利要求】
1. 一種提升OQAM-OFDM光傳輸系統(tǒng)接收靈敏度的信道估計(jì)方法，其特征在于，包括以 下步驟： 步驟1 :在發(fā)射端，將L幀用戶數(shù)據(jù)atl分為L(zhǎng)/T±夬，每隔T幀用戶數(shù)據(jù)aU便周期性地 插入一巾貞導(dǎo)頻符號(hào)Ptl經(jīng)過M-QAM映射形成第一發(fā)射信號(hào)，其中，下標(biāo)k為子載波序號(hào)，下 標(biāo)1為數(shù)據(jù)幀序號(hào)； 步驟2 :設(shè)計(jì)IAM-C結(jié)構(gòu)的偽導(dǎo)頻序列bk;1，進(jìn)而，將IAM-C結(jié)構(gòu)的偽導(dǎo)頻序列btl插入 第一發(fā)射信號(hào)的最前面形成第二發(fā)射信號(hào)Clu; 步驟3 :第二發(fā)射信號(hào)Ciu依次經(jīng)傳輸信號(hào)處理模塊、光路傳輸模塊處理后生成第一接 收信號(hào)r(t)傳送至接收端，t為接收時(shí)間，r(t)為模擬信號(hào)； 步驟4 :在接收端，第一接收信號(hào)r(t)經(jīng)接收轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)流p進(jìn)而從數(shù)據(jù) 流中提取出偽導(dǎo)頻序列btl，計(jì)算得到光纖信道的復(fù)增益泣|丨/并對(duì)所述復(fù)增益進(jìn)行一階LS信道估計(jì)得到第二接收信號(hào)；i表示對(duì)信道響應(yīng)的估計(jì)，上標(biāo)（c)表示信道復(fù)增益； 步驟5 :在第二發(fā)射信號(hào)中每隔T幀提取出對(duì)應(yīng)接收到的導(dǎo)頻符號(hào)A,;，對(duì)L/T+1幀導(dǎo) 頻符號(hào)ft,/得到的結(jié)果取時(shí)域平均，即二階LS信道估計(jì)得到第三接收信號(hào)； 步驟6 :對(duì)第三發(fā)射信號(hào)進(jìn)行信道ZF均衡，進(jìn)而解調(diào)成用戶發(fā)射數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升0QAM-0FDM光傳輸系統(tǒng)接收靈敏度的信道估計(jì)方法，其 特征在于，所述IAM-C結(jié)構(gòu)具體為，在奇數(shù)列，IAM-C結(jié)構(gòu)為{+l，+j，-l，-j. . . }的周期性導(dǎo) 頻序列并在兩側(cè)用兩列零保護(hù)，在偶數(shù)列，IAM-C結(jié)構(gòu)為{+1，-j，-1，+j. 的周期性導(dǎo)頻 序列并在兩側(cè)用兩列零保護(hù)；j表不復(fù)數(shù)0+1j。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升0QAM-0FDM光傳輸系統(tǒng)接收靈敏度的信道估計(jì)方 法，其特征在于，所述偽導(dǎo)頻序列btl具體為，一幀經(jīng)過導(dǎo)頻功率優(yōu)化設(shè)計(jì)的取值為{+1， +j，-1，-j. 的IAM-C結(jié)構(gòu)并在兩側(cè)用兩列零保護(hù)形成的三巾貞Preamble結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升0QAM-0FDM光傳輸系統(tǒng)接收靈敏度的信道估計(jì)方法，其 特征在于，所述傳輸信號(hào)處理模塊包括OQAM調(diào)制模塊、IFFT運(yùn)算模塊、發(fā)射端濾波器組、并 串轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器； 所述OQAM調(diào)制模塊用于將第二發(fā)射信號(hào)Ciu分為I路的信號(hào)實(shí)部 和Q路的信號(hào)虛 部;信號(hào)實(shí)部的奇數(shù)子載波進(jìn)行90度的相移生成相移信號(hào)；信號(hào)虛部^^的偶數(shù)子載 波進(jìn)行90度的相移后并對(duì)于I路延遲T/2的周期時(shí)間生成延遲信號(hào)； 所述IFFT運(yùn)算模塊用于將所述OQAM調(diào)制模塊的相移信號(hào)和延遲信號(hào)IFFT運(yùn)算完成 信號(hào)從頻域到時(shí)域的轉(zhuǎn)換生成轉(zhuǎn)換信號(hào)； 所述發(fā)射端濾波器組用于接收所述轉(zhuǎn)換信號(hào)生成濾波信號(hào)；所述濾波信號(hào)依次經(jīng)過串 轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器生成上行發(fā)射信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的提升0QAM-0FDM光傳輸系統(tǒng)接收靈敏度的信道估計(jì)方法，其 特征在于，所述光路傳輸模塊包括任意波形發(fā)生器、射頻放大器、半導(dǎo)體激光器、偏振控制 器、馬赫曾得光調(diào)制器、單模光纖、示波器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器； 所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、所述任意波形發(fā)生器、所述射頻放大器、所述半導(dǎo)體激光器、所 述馬赫曾得光調(diào)制器、所述單模光纖、所述光電探測(cè)器、所述示波器、所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 和所述接收轉(zhuǎn)換模塊順次相連；所述半導(dǎo)體激光器通過所述偏振控制器連接所述馬赫曾得 光調(diào)制器； 所述上行發(fā)射信號(hào)依次經(jīng)所述任意波形發(fā)生器、所述射頻放大器、所述半導(dǎo)體激光器、 所述馬赫曾得光調(diào)制器、所述單模光纖、所述光電探測(cè)器、所述示波器、所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器生成第一接收信號(hào)r(t);所述半導(dǎo)體激光器用于提供種子光源；所述偏振控制器用于控 制馬赫曾得光調(diào)制器的插入損耗且使插入損耗最小。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升OQAM-OFDM光傳輸系統(tǒng)接收靈敏度的信道估計(jì)方法，其 特征在于，所述接收轉(zhuǎn)換模塊包括順次相連的串并轉(zhuǎn)換模塊、接收端濾波器組和FFT運(yùn)算 單元； 所述第一接收信號(hào)r(t)依次串并轉(zhuǎn)換模塊、接收端濾波器組和FFT運(yùn)算單元生成數(shù)據(jù) 流rk;1。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升0QAM-0FDM光傳輸系統(tǒng)接收靈敏度的信道估計(jì) 方法，其特征在于，所述一階LS信道估計(jì)，具體為，所述光纖信道的復(fù)增益/?'/為：
號(hào)時(shí)頻格點(diǎn)距離。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的提升0QAM-0FDM光傳輸系統(tǒng)接收靈敏度的信道估計(jì)方法， 其特征在于，所述二階LS信道估計(jì)具體為，在第二發(fā)射信號(hào)中，每隔L幀提取出對(duì)應(yīng)的導(dǎo) 頻符號(hào)Am，對(duì)L/T+1幀導(dǎo)頻符號(hào)Am得到的結(jié)果取時(shí)域平均，相當(dāng)于對(duì)Wiu的線性變換，即
似估計(jì)值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的提升0QAM-0FDM光傳輸系統(tǒng)接收靈敏度的信道估計(jì)方法，其 特征在于，所述步驟6具體為，利用H(k)表示第k個(gè)子載波的頻率響應(yīng)進(jìn)行迫零均衡，進(jìn)而 解調(diào)成用戶發(fā)射數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】H04L25/02GK104506467SQ201410854354
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】張鹿, 肖石林, 周釗, 劉凌, 胡斌濤 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)