一種適用于co-ofdm系統(tǒng)的無迭代盲相位噪聲補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于C0-0FDM系統(tǒng)的無迭代盲相位 噪聲補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)由于其出眾的抗色散和偏振模色散能力，是未來高速長 距離光通信系統(tǒng)最有可能采用的備選傳輸技術(shù)之一。
[0003] C0-0FDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，按其功能可以分為5個(gè)模塊：C〇-〇FDM系統(tǒng)發(fā)射端 模塊101、光調(diào)制模塊102、光纖傳輸模塊103、光電檢測(cè)模塊104以及C0-0FDM系統(tǒng)接收端 模塊105，C0-0FDM發(fā)射端模塊產(chǎn)生的電域信號(hào)經(jīng)過電光調(diào)制的上變頻變成光域的C0-0FDM 信號(hào)，C0-0FDM信號(hào)經(jīng)光纖傳輸、平衡探測(cè)器后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換成電域的信號(hào)，C0-0FDM接收端 再對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理以期恢復(fù)原始的發(fā)送段數(shù)據(jù)。結(jié)合圖1，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工 作過程進(jìn)行詳細(xì)表述。C0-0FDM系統(tǒng)串行輸入的數(shù)據(jù)106經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換模塊107,變?yōu)椴⑿?的N路數(shù)據(jù)；按照不同的調(diào)制格式將串并轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制108 ;快速傅里葉逆變 換IFFT模塊109實(shí)現(xiàn)信號(hào)從頻域到時(shí)域的轉(zhuǎn)換；加入循環(huán)前綴CP110 ;將得到的電域信號(hào) 進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換111。上述信號(hào)的同相分量和正交分量信號(hào)分別通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器112、113變 換為模擬信號(hào)并通過低通濾波器114、115 ;采用放大器將信號(hào)的同相分量116和正交分量 117放大并注入到I/Q調(diào)制器中實(shí)現(xiàn)同相分量I和正交分量Q對(duì)光信號(hào)的正交調(diào)制；I/Q調(diào) 制器由3個(gè)雙臂的馬赫增德爾MZM調(diào)制器120、121和122組成，其中兩個(gè)調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對(duì)信 號(hào)的調(diào)制，第三個(gè)調(diào)制器122控制光調(diào)制的同相分量I和正交分量Q的相位差；分別調(diào)節(jié)兩 個(gè)調(diào)制器120、121的直流偏置保證實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的調(diào)制器工作在最小功率點(diǎn)，而第三個(gè)控 制相位差的調(diào)制器工作在正交點(diǎn)以保證兩路信號(hào)存在90°的相位差；118表示C0-0FDM系 統(tǒng)的發(fā)射激光器，通過分路器119分成兩束同樣的激光，用于驅(qū)動(dòng)二個(gè)光調(diào)制器120和121。 二個(gè)光調(diào)制器輸出的信號(hào)通過合束器123,變成單路的光信號(hào)，接著輸入到光纖信道進(jìn)行傳 輸。產(chǎn)生的C0-0FDM信號(hào)在光纖124中經(jīng)過長距離的傳輸后，經(jīng)過直接的光-光放大器-摻 鉺光纖放大器（EDFA) 125補(bǔ)償光纖損耗后再進(jìn)行傳輸，表不長距離的光纖，126表不光帶通 濾波器。經(jīng)過長距離的光纖傳輸后，光電檢測(cè)模塊將光域信號(hào)變換成電域的信號(hào)。127表示 C0-0FDM系統(tǒng)接收端的本地激光器，通過分路器分成兩束同樣的激光，128表不一個(gè)90°的 相移器；129和130表示兩個(gè)耦合器，驅(qū)動(dòng)4個(gè)光電二極管（PD) 131、132、133和134。135和 136表不兩個(gè)減法器，分別對(duì)應(yīng)輸出接收信號(hào)的同相分量I和正交分量Q。得到的同相分量 I和正交分量Q經(jīng)過低通濾波器137、138和模數(shù)轉(zhuǎn)換器139、140轉(zhuǎn)換后進(jìn)入C0-0FDM接收 端。C0-0FDM接收端進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理141，進(jìn)行C0-0FDM發(fā)送端的逆過程，進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換 142,移除循環(huán)前綴CP143,然后進(jìn)行FFT變換144,對(duì)C0-0FDM信號(hào)進(jìn)行數(shù)字解調(diào)145,最后 經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換146恢復(fù)得到原始的發(fā)送端串行數(shù)據(jù)輸出147。
[0004] 上述是多載波相干光通信系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)，其相比于單載波的相干光通信技術(shù) (如目前l(fā)OOG/s工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采用的PDM-QPSK)，C0-0FDM能夠?qū)崿F(xiàn)更高的光譜效率（即帶寬 利用率）、更靈活的頻譜使用、更有效的信道均衡和更高頻譜擴(kuò)展性，被學(xué)者廣泛地認(rèn)為是 下一代400G/s及l(fā)Tb/s(lT= 1000G)光纖通信系統(tǒng)的重要解決方案。
[0005] 但是在這種C0-0FDM多載波相干系統(tǒng)中，激光器相位噪聲會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng) 性能，這種惡化包括公共相位噪聲（CPE)和載波間相互干擾（ICI)二個(gè)方面。Yi Xingwen等提出一種基于導(dǎo)頻的方法來進(jìn)行相位噪聲補(bǔ)償（文獻(xiàn)1，X.Yi,W.Shieh,and Y.Tang,"PhaseestimationforcoherentopticalOFDM,'，IEEEPhoton.Technol. Lett.，vol. 19,no. 12,pp. 1 - 3,Jun. 15，（2007) ?即X.Yi,W.Shieh,andY.Tang, "相干光 OFDM相位估計(jì)，"IEEE光子技術(shù)學(xué)報(bào)，vol. 19,no. 12,pp. 1 -3,（2007).)，但這種方法需 要在發(fā)送端數(shù)據(jù)中周期性的插入導(dǎo)頻符號(hào)，這嚴(yán)重降低了頻譜利用率。為了降低導(dǎo)頻符 號(hào)的使用頻率，YangChuanchuan等人提出一種偽導(dǎo)頻符號(hào)的方法（文獻(xiàn)2,C.Zhao，C. Yang,F.Yang,F.Zhang,andZ.Chen,r，kC0-0FDMSystemWithAlmostBlindPhaseNoise Suppression,"IEEEPhoton.Technol.Lett.，vol. 25,no. 17,pp. 1723-1726，（2013)，即 C.Zhao,C.Yang,F.Yang,F.Zhang,andZ.Chen, 〃C〇-〇FDM系統(tǒng)中近全盲的相位噪聲抑制 方法〃，IEEE光子技術(shù)學(xué)報(bào)，vol. 25,no. 17,pp. 1723-1726,（2013))，這種方法幾乎為盲 相位噪聲補(bǔ)償算法，但這種算法是基于一種正交基展開的，導(dǎo)致其計(jì)算復(fù)雜度較大。在 文獻(xiàn)3 中（文獻(xiàn)3，M.E.Mousa-PasandiandD.V.Plant, "Zero-overheadphasenoise compensationviadecision-directedphaseequalizerforcoherentoptical OFDM,y,Opt.Express,vol. 18,no. 20,pp. 20651 - 20660, (2010),即M.E.Mousa-Pasandi andD.V.Plant, "面向判決的相位均衡方法實(shí)現(xiàn)的零開銷相位噪聲補(bǔ)償方法，"光學(xué)學(xué) 報(bào)，vol. 18,no. 20,pp. 20651 - 20660,（2010)) -種完全盲的相位噪聲均衡方法被提出，被 稱為面向判決的相位均衡方法（DDPE)。這種算法在低階正交幅度（QAM)調(diào)制時(shí)，與導(dǎo)頻 方法相比，具有同樣的相位噪聲補(bǔ)償效果。但當(dāng)高階正交幅度（QAM)調(diào)制時(shí)，DDPE方法將 會(huì)受到判決錯(cuò)誤的較大影響。為了在高階正交幅度（QAM)調(diào)制時(shí)取得較好的相位噪聲補(bǔ) 償效果，一種色散最小算法（DM)被用在DDPE算法之前先進(jìn)行粗相位噪聲補(bǔ)償（文獻(xiàn)4， Y.HaandW.Chung, 〃Non-Data_AidedPhaseNoiseSuppressionSchemeforC0-0FDM Systems,"IEEEPhoton.Technol.Lett.，vol. 25,no. 17,pp. 1703-1705，（2013)，即Y.Ha andW.Chung，"C0-0FDM系統(tǒng)中非數(shù)據(jù)輔助的相位噪聲抑制算法，"IEEE光子技術(shù)學(xué)報(bào)，vol .25,no. 17,pp. 1703-1705,（2013).)。在DM算法中，采用OFDM無線系統(tǒng)中恒模算法同樣的 代價(jià)函數(shù)。盡管該DDPE之前的DM算法使得系統(tǒng)的補(bǔ)償效果極大提高，但DM算法使用的迭 代算法常使其代價(jià)函數(shù)受到系統(tǒng)噪聲的影響難以收斂，算法復(fù)雜度較高，在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用 中面臨著較大的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服已有C0-0FDM系統(tǒng)相位噪聲補(bǔ)償方法的頻率利用率較低、復(fù)雜度較高、 對(duì)硬件資源要求高、實(shí)用性較差的不足，本發(fā)明提供一種頻率利用率較高、復(fù)雜度較低、對(duì) 硬件資源要求低、實(shí)用性強(qiáng)的適用于C0-0FDM系統(tǒng)的無迭代盲相位噪聲補(bǔ)償方法。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種適用于C0-0FDM系統(tǒng)的無迭代盲相位噪聲補(bǔ)償方法，所述補(bǔ)償方法包括以下 步驟：
[0009] (1)接收端對(duì)接收到的C0-0FDM信號(hào)進(jìn)行相干探測(cè)接收，然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到 電域的信號(hào)；
[0010] ⑵電域光纖色散補(bǔ)償；
[0011] (3)對(duì)電域的信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，移除循環(huán)前綴CP并進(jìn)行符號(hào)同步以及頻率偏移 估計(jì)和補(bǔ)償；
[0012] (4)采用快速傅里葉變換（FFT)將信號(hào)從時(shí)域變?yōu)轭l域；
[0013] (5)為取得信道傳遞函數(shù)，將0FDM信號(hào)幀中第一個(gè)0FDM符號(hào)設(shè)置為導(dǎo)符號(hào)，以后 每個(gè)0FDM符號(hào)的信道傳遞函數(shù)根據(jù)前一個(gè)0FDM符號(hào)的信道傳遞函數(shù)進(jìn)行更新，
[0014]
[0015] 這里Sn，k是發(fā)送端第n個(gè)0FDM符號(hào)中的第k個(gè)子載波的導(dǎo)符號(hào)數(shù)據(jù)，Rnik是對(duì)應(yīng) 的發(fā)射端導(dǎo)符號(hào)數(shù)據(jù)，是第