一种基于非判决辅助的次符号光相位噪声抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种在相干光正交频分复用系统中基于非判决辅助的低复杂度时域次符号光相位噪声抑制方法。首先，将接收到的时域信号进行切块处理，以获取零填充后的次符号向量；其次，利用特殊设计的周期性梳状导频的特性，以无需乘法运算的方式获得观测矩阵，同时，提取出离线存储的基于导频的向量；然后，根据已经获得的观测矩阵和基于导频的向量，利用最小二乘法估计出次符号相位噪声向量，并对光相位噪声进行补偿；最后，将已完成相位噪声补偿的信号变换到频域进行信道均衡，对均衡后的信号进行判决输出。本发明专利技术方法复杂度低，实用性强，能有效降低系统对激光器光源线宽的要求，提高系统对光相位噪声的容忍度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光通信
，特别设及相干光正交频分复用系统中的一种基于非 判决辅助的次符号光相位噪声抑制方法。
技术介绍
相比于单载波相干光通信技术，相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统能够实现高 光谱效率、灵活的频谱分配、高效的信道均衡，是下一代弹性光网络中的重要物理层技术之 一。但是CO-OFDM系统的一个主要缺陷是对光相位噪声极为敏感。光相位噪声对CO-OFDM系 统的影响包括两个部分:共同相位噪声(CPE)和子载波间的干扰(ICI)。目前大多数低复杂 度的相位噪声估计方案都只考虑CPE部分的影响，而把ICI部分当作高斯白噪声来处理。当 相位噪声比较大时，未补偿的ICI分量会对系统性能产生极大的劣化，运时就必须考虑ICI 分量的影响。 为了能同时抑制era和ICI，研究人员提出将光相位噪声进行傅里叶基底（DFT-based)展开的方法，该方法虽然能有效的抑制相位噪声的影响，但是在获取观测矩阵的过 程中需要用到多次的傅里叶变换运算，算法复杂度较高。具体见参考文献:Y丄iu，C. Yang, F. Yang,and H丄i，('The application of cost-effective lasers in coherent UDWDM-OFDM-PON aided by effective phase noise suppression methodsOpt .Express 22 (6) ,6276-6286(2014)。研究人员还提出一种将一个完整的CO-OFDM符号在时域分割成若干 个次符号，先估计出各个次符号之间的差值，再估计出残余相位噪声CPE的方法，具体见参 考文南犬：S.Cao, P.Kam,and C . Yu , "Time-domain blind ICI mitigation for non-constant modulus formats in CO-O抑M,"I邸E 曲oton.Technol.Lett.25(24),2490-2493(2013)。运种方案虽然能同时抑制CPE和ICI的影响，但是该方法在系统建模过程中存 在小角度近似，即Sine - 0，在相位噪声比较大时，近似不再成立，算法性能受到限制，另外， 该方法另一个缺点是，为了估计出各个次符号间的差值，该算法需要用到多次的乘法运算， 复杂度比较高。 总的来说，现有的CO-OFDM系统相位噪声抑制方法存在如下不足：（1)对于仅仅考 虑了C阳的方案，其只能估计出整个(FDM符号的平均相位噪声（CPE)，而不能跟踪符号内噪 声的变化情况；（2)对于目前提出的抑制ICI的方案，虽然能够有效的抑制相位噪声的影响， 但是为了获得相应的观测矩阵，算法需要用到多次傅里叶(逆)变换运算，算法复杂度较高。
技术实现思路
为了进一步提高CO-OFDM系统的光相位噪声容忍度W及降低相位噪声抑制方法的 复杂度，本专利技术提出，该方法将光相位 噪声进行切块处理，使CO-OFDM系统能够更加精确地跟踪符号内的相位噪声的变化情况，提 高了光相位噪声估计的精度和整个系统的性能，算法复杂度低、实用性强。 本专利技术通过W下的技术方案实现:一种基于非判决辅助的次符号光相位噪声抑制 方法，包括步骤： (1)对移除循环前缀(CP)的时域信号进行切块处理，获取经过零填充后的次符号 向量yb; (2)利用周期性梳状导频的特性，获取观测矩阵C; (3)利用已知信息的训练序列离线获取相应的基于导频的向量R，并存储起来； (4)根据已经获得的观测矩阵C和基于导频的向量R，利用最小二乘法估计出次符 号相位噪声向量金U,,，，并在时域上完成相位噪声的补偿； (5)将已完成相位噪声补偿的信号变换到频域进行信道均衡，对均衡后的信号进 行判决输出。 优选的，所述步骤（1)中，对移除循环前缀的时域信号y=T进行切块处理，获取经过零填充后的第b个次符号向量yb，处理过程如下：其中，N是CO-O抑M系统的子载波总数，（?）嗦示矩阵转置运算，Nb表示切成的次符 号数目，￡=[_N/#s」表示序号为1至Nb-I的各次符号向量中非零信息的长度，最后一块的 非零信息的长度为N-(Nb-1化，表示取不超过A的最大整数。 优选的，所述步骤(2)中，获取观测矩阵C的步骤如下： (2-1)发送端的导频向量设计如下： S 二[c0,…Al …_1，日/八…, C叫一.2:，0&巧-j，Ca-n。，...， 其中，Np是发送端插入的导频子载波的总数，kq表示插入的导频子载波的位置序 号，0 < q ^P-I，导频子载波的位置对应明等于1，非导频子载波的位置对应〇^等于0;通过 上述设计，导频向量S呈周期性梳状分布； (2-2)导频数目Np必须能够被(FDM子载波总数N整除，且第一个导频子载波的位置 序号ko设置为W下四个中任意一个： (2-3)对导频向量S进行傅里叶逆运算，得到的时域导频向量S同样是一个是周期 性的梳状向量，具体表示如下：其中，（?）嗦示对矩阵取厄米共辆运算^ =坑，韦，-.，:fw_l]/^/矿是一个N行 N列的傅里叶变换矩阵，其列向量满足如下关系： (2-4)将时域的导频向量S与次符号向量yb进行圆周卷积运算，表示如下： M=：s?=;[002引 Ab = aoyb+aici;rcshift(yb,Np)+a2ci;rcshift(yb,2Np)+...+a3ci;rcshift(yb,N-Np) 其中，#表示圆周卷积运算，ci;rcshift(A,k)表示向量A循环移位k个元素，是等比序列且公比为jT，A b的第k个兀素表不为：将矩阵M的前面Np行定义为实际有效的观测矩阵C。由于归一化的是 正交坐标系上的基底，基底与一个复数c+jd相乘仅仅改变了该复数的实部和虚部数值的正 负号，而没有引入任何的复数乘法运算，因此矩阵M的实际计算无需任何乘法运算，只需简 单的加减法运算就能够获取。注意到，仅仅只有前面的Np个向量是线性独立的，矩阵M中有 效向量是前面的Np行，因此将矩阵M的前面Np行定义为实际有效的观测矩阵C。 优选的，步骤(3)中利用已知信息的训练序列离线获取相应的基于导频的向量R， 过程如下： R二{F巧(SOHX)〉、=G巧保0斯； 其中，（A〉k，表示对向量A只取前面的Np行，和分别表示导频子载波的数据和对应的信道 频域响应，?表示向量与向量之间的对应位置元素的点乘运算，G" = [ge.，.g,，…j/V'N 一个Np行Np列的矩阵，其列向量满足如下公式： 由于光纤信道在一般情况下变化是非常缓慢的，通常在传输几百个CO-OFDM符号 后才需要进行一次信道估计，所W在几百个CO-OFDM符号传输过程中仅仅需要计算一次R的 值。 优选的，步骤(4)，利用最小二乘法估计出次符号相位噪声向量并完成相位噪 声补偿，步骤如下：[003引（4-1)利用获取的观测矩阵C和基于导频的向量R，计算次符号相位噪声向量凌。A ; = ^/屏典妊€)一乂娃民； 其中，（?）-嗦示对矩阵求逆运算； (4-2)为了消除幅度噪声的影响，采取如下处理方式：[004引金=e邓扩幻您初余"6前; 其中，angle( ?)表示取幅角运算，exp( ?)表示取We为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于非判决辅助的次符号光相位噪声抑制方法，其特征在于，包括步骤：(1)对移除循环前缀的时域信号进行切块处理，获取经过零填充后的次符号向量yb；(2)利用周期性梳状导频的特性，获取观测矩阵C；(3)利用已知信息的训练序列离线获取相应的基于导频的向量R，并存储起来；(4)根据已经获得的观测矩阵C和基于导频的向量R，利用最小二乘法估计出次符号相位噪声向量并在时域上完成相位噪声的补偿；(5)将已完成相位噪声补偿的信号变换到频域进行信道均衡，对均衡后的信号进行判决输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪学智，洪晓建，何赛灵，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44