提升oqam-ofdm光傳輸系統接收靈敏度的信道估計方法

2023-07-26 03:33:46

提升oqam-ofdm光傳輸系統接收靈敏度的信道估計方法
【專利摘要】本發明提供了一種提升OQAM-OFDM光傳輸系統接收靈敏度的信道估計方法，針對光OQAM-OFDM傳統的信道估計算法沒有很好地處理子載波正交性破壞帶來的符號間幹擾及子載波間幹擾，並且忽略了系統器件帶來的隨機分布高斯噪聲等造成系統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、二階LS信道估計、ZF均衡步驟組成的基於幹擾近似利用的時域平均信道估計方法(IATA-CE)，準確地估計了光纖信道的復增益和相位響應，且能很好地對抗系統器件高斯噪聲的幹擾，獲得更準確的信道估計係數，提升了系統的BER性能和接收靈敏度。
【專利說明】提升OQAM-OFDM光傳輸系統接收靈敏度的信道估計方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及光0FDM通信技術，具體地，涉及一種提升0QAM-0FDM光傳輸系統接收 靈敏度的信道估計方法。

【背景技術】
[0002] 隨著各類網絡新興業務的不斷湧現，用戶數量的持續增加，用戶的帶寬需求也在 不斷提高。為了滿足用戶和市場的需求，提供超帶寬業務的光網絡傳輸系統將被要求在 每個子信道上提供lTb/s甚至更高的數據傳輸速率。作為應用在高速光傳輸系統中的一 種新興多載波傳輸方案，交錯正交幅度調製正交頻分復用技術（Offset QAM Orthogonal Frequency Division Multiple, 0QAM-0FDM)利用具有良好時頻聚焦特性的濾波器組改進 了傳統的0FDM的時域矩形成型脈衝，從而將0FDM子載波在頻域上只有10dB旁瓣抑制比 的sine包絡改進成具有超過35dB旁瓣抑制比的sine包絡以適應信道的頻率偏移和相位 噪聲等特徵。0QAM-0FDM在繼承傳統的0FDM靈敏度高、頻譜效率高、抗色散能力強、靈活的 帶寬分配等優點的基礎上，不僅降低了 0FDM對時域和頻域嚴格同步性的要求，對符號間幹 擾（Inter Symbol Interference，ISI)和子載波間幹擾（Inter carrier Interference， ICI)有很好的魯棒性和鬆弛性，降低了系統對光電器件線性度的要求，而且能夠以很小的 信道間隔（〈20MHz)構建具有高頻譜效率的"超級信道（Super-channel)"，進而"無縫"地 融合來自各個用戶的信號帶。
[0003] 對於傳統的光0FDM，利用循環前綴（Cyclic Prefix，CP)對抗ISI，保留了嚴格的 複數域正交條件，從而在接收端利用LS (Least Square)最小二乘法便可以有效地估計信道 響應，然後利用單抽頭ZF迫零均衡器便可補償信道的響應。光0QAM-0FDM系統利用濾波器 取代了 CP去對抗ISI，其正交性條件由複數域嚴格正交放寬至實數域嚴格正交，雖然時-頻 坐標上的每一個點都會受到周圍點的幹擾，但這些幹擾均為虛數，對實響應信道，在解碼過 程中可以通過取實部操作加以消除。然而，作為復響應信道，光纖信道的響應可簡化表示如 下：H(?) = Hbtb(?) ? eXp(j@2?2L/2) ? eXp(-j t ?)，其中《 為對應的頻點，Hbtb(?)為 光纖信道背靠背傳輸時的信道響應，1和32分別為光纖的長度和群速度色散常數，t表示 信道的時延，其復增益響應和相位響應會破壞0QAM-0FDM系統的嚴格正交性，利用導頻所 估計出的信道值是信道真實值與周圍點幹擾的疊加，導致嚴重的ICI和ISI，因此光0FDM的 信道估計算法不能直接用於光0QAM-0FDM中。
[0004] 經對現有文獻檢索發現，目前無線通信系統主要從幹擾消除和幹擾利用這兩個思 路對0FDM/0QAM導頻進行研究，提出相應的導頻結構。例如S. Kang, K. Chang等於2007年 發表的《A novel channel estimation scheme for 0FDM/0QAM-I0TA system》考慮鄰域的 影響，通過預留一些時頻格點，用以抵消內部的ISI幹擾，使得所有外圍時頻格點對導頻的 總幹擾為零，但由於這種方法需要計算其它數據點對導頻的總幹擾，因而計算量較大，實時 性也較差。再如 J. Du 等於 2009 年發表《Novel Preamble-Based Channel Estimation for 0FDM/0QAM System》，提出基於幹擾利用的IAM "偽"導頻結構，它通過確定導頻周圍的時頻 點，計算出已知的ISI幹擾量，並利用於信道估計中，該方法能夠較好地估計出覆信道的響 應包絡。
[0005] 而在光傳輸系統中，0QAM-0FDM傳統的信道估計採用的則是簡單的基於已知導頻 序列的信道估計算法，其工作原理如圖1所示。這裡0QAM-0FDM的FFT快速實現結構根據 J. Zhao 於 2014 年發表的《DFT-based offset-QAM OFDM for optical communications》 實現。在發射端，每L幀用戶數據經過QAM映射1之後得到L幀調製信號，這裡以atl表示 第1幀中的第k個子載波上的符號，一幀導頻序列btl與L幀調製信號a 合成2 -個完 整的結構ctl送入下一步處理，其中，b tl經常取值為間插的+1，-1，即{+1，-1，+1，-1…}， 其目的是去除光纖色散對導頻信號直流分量的影響，為了避免0QAM中相鄰符號對導頻的 內部符號間幹擾，通常在導頻兩側各加一列全零幀保護。用戶數據經過QAM映射之後，被 分為I路3(實部）和Q路4(虛部）兩路信號cfpcL。然後，的奇數子載波5以及c/., 的偶數子載波6分別進行90度的相移的操作，之後，Q路信號將相對於I路信號延遲T/2 的周期時間7 (T為輸入端信號的符號周期），至此完成0QAM調製。延遲後的信號再一起 通過N點的IFFT運算8。IFFT運算後的數據通過發射端濾波器組後9,得到的信號實部

【權利要求】
1. 一種提升OQAM-OFDM光傳輸系統接收靈敏度的信道估計方法，其特徵在於，包括以 下步驟： 步驟1 :在發射端，將L幀用戶數據atl分為L/T±夬，每隔T幀用戶數據aU便周期性地 插入一巾貞導頻符號Ptl經過M-QAM映射形成第一發射信號，其中，下標k為子載波序號，下 標1為數據幀序號； 步驟2 :設計IAM-C結構的偽導頻序列bk;1，進而，將IAM-C結構的偽導頻序列btl插入 第一發射信號的最前面形成第二發射信號Clu; 步驟3 :第二發射信號Ciu依次經傳輸信號處理模塊、光路傳輸模塊處理後生成第一接 收信號r(t)傳送至接收端，t為接收時間，r(t)為模擬信號； 步驟4 :在接收端，第一接收信號r(t)經接收轉換模塊轉換為數據流p進而從數據 流中提取出偽導頻序列btl，計算得到光纖信道的復增益泣|丨/並對所述復增益進行一階LS信道估計得到第二接收信號；i表示對信道響應的估計，上標（c)表示信道復增益； 步驟5 :在第二發射信號中每隔T幀提取出對應接收到的導頻符號A,;，對L/T+1幀導 頻符號ft,/得到的結果取時域平均，即二階LS信道估計得到第三接收信號； 步驟6 :對第三發射信號進行信道ZF均衡，進而解調成用戶發射數據。
2. 根據權利要求1所述的提升0QAM-0FDM光傳輸系統接收靈敏度的信道估計方法，其 特徵在於，所述IAM-C結構具體為，在奇數列，IAM-C結構為{+l，+j，-l，-j. . . }的周期性導 頻序列並在兩側用兩列零保護，在偶數列，IAM-C結構為{+1，-j，-1，+j. 的周期性導頻 序列並在兩側用兩列零保護；j表不複數0+1j。
3. 根據權利要求1所述的提升0QAM-0FDM光傳輸系統接收靈敏度的信道估計方 法，其特徵在於，所述偽導頻序列btl具體為，一幀經過導頻功率優化設計的取值為{+1， +j，-1，-j. 的IAM-C結構並在兩側用兩列零保護形成的三巾貞Preamble結構。
4. 根據權利要求1所述的提升0QAM-0FDM光傳輸系統接收靈敏度的信道估計方法，其 特徵在於，所述傳輸信號處理模塊包括OQAM調製模塊、IFFT運算模塊、發射端濾波器組、並 串轉換模塊和數字模擬轉換器； 所述OQAM調製模塊用於將第二發射信號Ciu分為I路的信號實部 和Q路的信號虛 部;信號實部的奇數子載波進行90度的相移生成相移信號；信號虛部^^的偶數子載 波進行90度的相移後並對於I路延遲T/2的周期時間生成延遲信號； 所述IFFT運算模塊用於將所述OQAM調製模塊的相移信號和延遲信號IFFT運算完成 信號從頻域到時域的轉換生成轉換信號； 所述發射端濾波器組用於接收所述轉換信號生成濾波信號；所述濾波信號依次經過串 轉換模塊、數字模擬轉換器生成上行發射信號。
5. 根據權利要求4所述的提升0QAM-0FDM光傳輸系統接收靈敏度的信道估計方法，其 特徵在於，所述光路傳輸模塊包括任意波形發生器、射頻放大器、半導體雷射器、偏振控制 器、馬赫曾得光調製器、單模光纖、示波器和模擬數字轉換器； 所述數字模擬轉換器、所述任意波形發生器、所述射頻放大器、所述半導體雷射器、所 述馬赫曾得光調製器、所述單模光纖、所述光電探測器、所述示波器、所述模擬數字轉換器 和所述接收轉換模塊順次相連；所述半導體雷射器通過所述偏振控制器連接所述馬赫曾得 光調製器； 所述上行發射信號依次經所述任意波形發生器、所述射頻放大器、所述半導體雷射器、 所述馬赫曾得光調製器、所述單模光纖、所述光電探測器、所述示波器、所述模擬數字轉換 器生成第一接收信號r(t);所述半導體雷射器用於提供種子光源；所述偏振控制器用於控 制馬赫曾得光調製器的插入損耗且使插入損耗最小。
6. 根據權利要求1所述的提升OQAM-OFDM光傳輸系統接收靈敏度的信道估計方法，其 特徵在於，所述接收轉換模塊包括順次相連的串並轉換模塊、接收端濾波器組和FFT運算 單元； 所述第一接收信號r(t)依次串並轉換模塊、接收端濾波器組和FFT運算單元生成數據 流rk;1。
7. 根據權利要求1所述的提升0QAM-0FDM光傳輸系統接收靈敏度的信道估計 方法，其特徵在於，所述一階LS信道估計，具體為，所述光纖信道的復增益/?'/為：
號時頻格點距離。
8. 根據權利要求7所述的提升0QAM-0FDM光傳輸系統接收靈敏度的信道估計方法， 其特徵在於，所述二階LS信道估計具體為，在第二發射信號中，每隔L幀提取出對應的導 頻符號Am，對L/T+1幀導頻符號Am得到的結果取時域平均，相當於對Wiu的線性變換，即
似估計值。
9. 根據權利要求8所述的提升0QAM-0FDM光傳輸系統接收靈敏度的信道估計方法，其 特徵在於，所述步驟6具體為，利用H(k)表示第k個子載波的頻率響應進行迫零均衡，進而 解調成用戶發射數據。
【文檔編號】H04L25/02GK104506467SQ201410854354
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月31日 優先權日:2014年12月31日
【發明者】張鹿, 肖石林, 周釗, 劉凌, 胡斌濤 申請人:上海交通大學