一種基於時域信道估計的信道均衡方法和系統的製作方法
2023-04-25 06:45:16
一種基於時域信道估計的信道均衡方法和系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於時域信道估計的信道均衡方法和系統。本方法為：首先在發射端信號中插入訓練序列；然後在接收端利用濾波器對接收到的訓練序列部分進行信道均衡，並更新濾波器係數；利用上一步更新後的濾波器在時域對數據信號進行濾波，實現信道均衡。本發明利用訓練序列和時域濾波器進行信道均衡。訓練序列部分幀結構由M序列與0序列間插構成，便於時域濾波器對信號受到的偏振串擾進行均衡，從而解開偏振復用；其次，採用RLS算法對時域濾波器係數更新，算法複雜度較小，能夠節省計算時間，對調製格式不敏感，具有廣泛的適用性。
【專利說明】一種基於時域信道估計的信道均衡方法和系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及相干光通信傳輸領域，涉及一種基於時域信道估計的信道均衡方法，以及實現該方法的系統。
【背景技術】
[0002]基於數位訊號處理技術的相干通信是長距離光纖通信傳輸系統的重要解決方案。如何克服通信信道損傷是需要解決的重要課題。通信信道損傷使信號的信噪比降低，並且引入了碼間幹擾，導致了誤碼的產生。在光纖通信系統中，均衡算法對信道進行估計，並補償信道的線性畸變，以減弱或消除碼間幹擾。
[0003]目前，均衡算法主要有兩類，一類是時域均衡(TDE)，另一類是頻域均衡(FDE)。兩類算法具有相同的均衡效果。
[0004]I)時域均衡(TDE)算法。該算法基於訓練序列或基於信號的星座圖特性進行信道衝激響應估計，在時域對信號進行補償。基於訓練序列的信道估計算法較複雜。基於信號星座圖特性的信道估計算法依賴於調製格式，調製格式改變時，算法也需要隨之改變，並且算法效果也不同。由於光纖中存在色散，當色散較大時，均衡算法需要的均衡器抽頭數較多，導致算法複雜度較高。
[0005]2)頻域均衡(FDE)算法。該算法基於訓練序列進行信道傳遞函數的估計，在頻域對信號進行補償。信道估計算法簡單，當色散較大時，算法複雜度仍然較低。但是該算法需要對信號插入循環前綴/後綴，這會造成一定的信號速率開銷。
【發明內容】
[0006]本發明提供一種有效的基於時域信道估計的信道均衡方法，以及實現該方法的系統。
[0007]為實現上述目的，本發明採用如下技術方案:
[0008]一種基於時域信道估計的信道均衡方法，包括以下步驟:
[0009]第一步:在發射端信號中插入具有平坦頻譜特性的訓練序列；
[0010]第二步:在接收端，經過前端信號處理後，用FIR濾波器對接收到的訓練序列部分進行濾波，即實現信道均衡。並採用RLS算法準則更新FIR濾波器係數。
[0011]第三步:利用第二步得到的時域FIR濾波器在時域對數據信號進行濾波，實現信道均衡。
[0012]進一步地，所述接收端對接收的信號首先進行前端數據處理，包括色散粗補償、載波頻率恢復、接收匹配濾波和數字同步；並在第三步之後進行後端數據處理，包括載波相位恢復。
[0013]進一步地，在發射端的信號成巾貞傳輸，如圖2所不,每一巾貞的巾貞結構包含兩個偏振方向，每個偏振方向均包含訓練序列與數據信號。X偏振方向的訓練序列為在時間上周期排列的序列t1; Y偏振方向的訓練序列為在時間上周期排列的序列t2，並且:[0014]ti= (tx, 0)，t2= (0，ty)，tx=ty,
[0015]其中仁和ty SM序列，「0」表示長度與M序列等長的數值為O的序列。
[0016]更進一步地，M序列長度的選擇由信道載波頻率偏移和相位的飄移程度決定；M序列個數的選擇由信道中自發輻射噪聲強度決定；數據信號(每幀訓練序列之後的數據)長度的選擇由信道傳遞函數的飄變程度決定。
[0017]一種實現上述方法的基於時域信道估計的均衡系統，包括發射端和接收端，
[0018]所述發射端包括:
[0019]訓練序列插入模塊，用於在發射端信號中插入具有平坦的頻譜特性的訓練序列；
[0020]所述接收端包括:
[0021]FIR濾波器，利用時域濾波器抽頭係數在時域對數據信號進行濾波以實現信道均衡。
[0022]訓練序列對比模塊，連接所述FIR濾波器模塊，用於訓練序列與數據信號做差，得到誤差值e。
[0023]濾波器係數更新模塊，連接所述訓練序列對比模塊，根據誤差值e，利用RLS準則，更新FIR濾波器係數。
[0024]進一步地,還包括:
[0025]前端數據處理模塊，用於對從發送端接收的信號進行預處理，然後發送至所述FIR濾波器模塊。
[0026]後端數據處理模塊，連接所述FIR濾波器，用於載波相位恢復。
[0027]更進一步地，所述前端數據處理模塊進行的預處理包括:色散粗補償、載波頻率恢復、接收匹配濾波、數字同步。
[0028]進一步地，還包括判決模塊，連接所述後端數據處理模塊，用於將接收的信號信息恢復成二進位數據。
[0029]與現有技術相比，本發明的積極效果為:
[0030]本發明利用訓練序列和時域濾波器進行信道均衡。該方法與傳統時域盲均衡(CMA)算法相比，幀結構不同，時域濾波器更新算法不同。首先，訓練序列部分由M序列與O序列間插構成，便於時域濾波器對信號受到的偏振串擾進行均衡，從而解開偏振復用。其次，RLS算法與傳統時域盲均衡(CMA)相比具有較好的收斂性，因而本發明只使用訓練序列部分進行時域濾波器係數更新，算法複雜度較小，能夠節省計算時間，對調製格式不敏感，具有廣泛的適用性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是本發明實施例的基於時域信道估計的均衡方法的流程圖。
[0032]圖2是本發明實施例的信號幀結構示意圖。
[0033]圖3是本發明實施例的濾波器係數更新示意圖。
[0034]圖4是本發明實施例的1.24Tb/s64QAM信號400km傳輸實驗結果示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面通過具體實施例和附圖，對本發明做進一步詳細說明；本發明的方法流程如圖1所示，其步驟為:
[0036]第一步:在發射端信號前端插入訓練序列，按照所述幀結構設計。選擇若干個具有平坦頻譜特性的M序列。
[0037]第二步:在接收端，經過前端信號處理後，用FIR濾波器對接收到的訓練序列進行濾波。並根據公知的RLS算法準則更新濾波器係數。
[0038]第三步:利用第二步得到的時域濾波器在時域對數據信號進行濾波，實現信道均衡。
[0039]第四步:後端信號處理，進行載波相位恢復，並判決。
[0040]RLS 原理
[0041]接收端信號處理基於公知的RLS (遞歸最小二乘)算法，其具體原理如下:
[0042]FIR濾波器在η時刻濾波器係數值為向量w (η)，η時刻代價函數值為J (η)。
[0043]設發射端數據中訓練序列為dTS (η)，接收端數據中訓練序列為uTS (η)(角標TS代表訓練序列)，數據中信號部分為u(n)，濾波輸出訓練序列為yTS(η)，濾波輸出信號部分為y(n)
【權利要求】
1.一種基於時域信道估計的信道均衡方法，其步驟為: 1)在發射端信號中插入訓練序列； 2)在接收端利用濾波器對接收到的訓練序列部分進行信道均衡，並更新濾波器係數； 3)利用上一步更新後的濾波器在時域對數據信號進行濾波，實現信道均衡。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述發射端對信號成巾貞傳輸，每一巾貞的巾貞結構包含兩個偏振方向，每個偏振方向均包含訓練序列與數據信號。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於所述偏振方向分別為X偏振方向和Y偏振方向；其中，X偏振方向的訓練序列為在時間上周期排列的序列t1; Y偏振方向的訓練序列為在時間上周期排列的序列t2 A1=Ux, 0),t2=(0, ty)，tx=ty，「o」表示長度與序列tx等長的數值為O的序列。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於所述序列\和序列\為M序列；所述M序列的長度由信道載波頻率偏移和相位的飄移程度決定；所述訓練序列中M序列的個數由信道中自發輻射噪聲強度決定；所述數據信號的長度由信道傳遞函數的飄變程度決定。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟2)所述接收端首先對接收的信號進行前端數據處理，包括色散粗補償、載波頻率恢復、接收匹配濾波和數字同步；然後利用濾波器對接收到的訓練序列部分進行信道均衡；步驟3)實現信道均衡後，進行後端數據處理，包括載波相位恢復。
6.如權利要求1?5任一所述的方法，其特徵在於所述濾波器為FIR濾波器；所述接收端利用RLS算法準則更新FIR濾波器係數。
7.一種基於時域信道估計的信道均衡系統，其特徵在於包括發射端和接收端，其中，所述發射端包括:訓練序列插入模塊，用於在發射端信號中插入訓練序列；所述接收端包括:濾波器，用於對接收到的訓練序列部分進行信道均衡，並更新濾波器係數，以及利用濾波器抽頭係數在時域對數據信號進行濾波以實現信道均衡。
8.如權利要求7所述的系統，其特徵在於包括一訓練序列對比模塊，用於對訓練序列與數據信號做差，得到誤差值e ;濾波器係數更新模塊，用於根據誤差值e，利用RLS準則，更新濾波器係數。
9.如權利要求7所述的系統，其特徵在於所述發射端對信號成幀傳輸，每一幀的幀結構包含兩個偏振方向，每個偏振方向均包含訓練序列與數據信號；所述濾波器為FIR濾波器；所述接收端利用RLS算法準則更新FIR濾波器係數。
10.如權利要求9所述的系統，其特徵在於所述偏振方向分別為X偏振方向和Y偏振方向；其中，X偏振方向的訓練序列為在時間上周期排列的序列t1; Y偏振方向的訓練序列為在時間上周期排列的序列t2 A1=Ux, 0),t2=(0, ty)，tx=ty，「o」表示長度與序列tx等長的數值為O的序列。
【文檔編號】H04L25/02GK103812806SQ201410062434
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月24日 優先權日:2014年2月24日
【發明者】張帆, 王丹, 丁瑞 申請人:北京大學