一种基于滑动窗口的co-ofdm光相位噪声估计补偿方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于滑动窗口的CO-OFDM光相位噪声估计补偿方法，该方法是：估计出每个CO-OFDM符号的共同相位噪声并在频域上完成补偿，然后进行判决，对判决后的信号进行IFFT变换，得到假设的“发送端”时域信号；利用假设的“发送端”时域信号和仅受光相位噪声污染的“接收端”时域信号估计出每个CO-OFDM符号内的光相位噪声时域值，然后采用时域滑动窗口分别对每个时域样本的光相位噪声进行滑动平均处理，最后再对每个CO-OFDM符号在时域进行光相位噪声补偿处理。此方法能够跟踪光相位噪声的变化情况，提高光相位噪声估计的精度和整个光通信系统的性能，同时实用性强，能有效降低CO-OFDM系统对激光光源线宽的要求，对CO-OFDM系统在下一代高速光通信网络中的应用具有的重要意义。
【专利说明】-种基于滑动窗口的CO-OFDM光相位噪声估计补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光通信【技术领域】，特别涉及一种基于滑动窗口的C0-0FDM光相位噪声 估计补偿方法。
【背景技术】
[0002] 相干光正交频分复用（C0-0FDM)作为一种多载波相干光通信技术在近几年得到 学者的广泛关注。相比于单载波的相干光通信技术，C0-0FDM能够实现更高的光谱效率、更 灵活的频谱使用、更高效的信道均衡和更高频谱扩展性。虽然C0-0FDM技术具有上述诸多 的优点，但是其在光纤通信系统中的应用仍然存在一些技术上的挑战。其中，C0-0FDM系统 的一个主要缺陷是对光相位噪声极为敏感。
[0003] 为了抑制光相位噪声的影响，研究人员提出了多种不同的光相位噪声估计补偿方 法。研究人员提出了利用检测叠加的射频导频来估计光相位噪声的方案。具体见参考文 献：S. Randel, S. Adhikari, and S. L. Jansen, "Analysis of RF-pilot-based phase noise compensation for coherent optical OFDM systems,，' IEEE Photonics Technology L etters, vol. 22, no. 17, pp. 1288-1290, 2010.但是这种方法中，光相位噪声估计的精度受 射频导频与承载数据子载波带间的互扰影响，RFP与承载数据的子载波频带两者间都需 要加入保护间隔，并保持合适的功率比，方案实现起来比较复杂。另一类估计方案采用 在发射端将部分子载波设为导频子载波，通过在接收端检测承载了已知信息的导频子载 波的相位与预期相位的差值，从而估计出光相位噪声引入的相位增量。具体见参考文献： X. Yi,ff. Shi eh, and Y. Ma, ^Phase Noise Effects on High Spectral Efficiency Coherent Optical OFDM Transmission, J Lightwave Technol, vol. 26, no. 10, pp. 1309-1316, 200 8.这种方案只能估计出单个C0-0FDM符号内的相位噪声均值CPE，光相位噪声引起的ICI 被近似为高斯噪声忽略掉了，所以这种方法不能够准确地描述光相位噪声在整个符号内的 变化情况。研究人员还提出了一种将一个完整的0FDM符号在时域分割成若干个符号，从 而估计出各个符号内相位噪声的方案，具体见参考文献：L. Myung-Kyu, Y. Kyeongcheol, and C. Kyungwhoon,''Iterative Receivers Based on Subblock Processing for Phase Noise Compensation in OFDM Systems,，，IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, vol. 59, no. 3， pp. 792-802, 2011.这种方案虽然在一定程度上可以抑制相位噪声的影响，但是不能够很好 地跟踪相位噪声的变化情况。
[0004] 现有的C0-0FDM系统的光相位噪声估计补偿方法存在以下不足：
[0005] (1)现有的相位噪声估计方法一般是通过在信号发送端加入导频，利用导频估计 出单个C0-0FDM符号的共同相位噪声。为了达到设定的性能指标，该方法需要增加导频的 数量，进而降低了系统的有效速率和频谱利用率；
[0006] (2)在大的光相位噪声情况下，单个C0-0FDM符号相位噪声的估计方案的估计误 差较大，严重限制C0-0FDM系统的整体性能。
[0007] 因此，提供一种光相位噪声估计的精度高、实用性强的C0-0FDM光相位噪声估计 补偿方法具有很大的应用价值。
【发明内容】
[0008] 本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于滑动窗口的 C0-0FDM光相位噪声估计补偿方法，该方法采用一定步长的时域滑动窗口分别对每个时域 样本的光相位噪声进行滑动平均处理，能够很好地跟踪光相位噪声的变化情况，具有光相 位噪声估计的精度高、实用性强的优点。
[0009] 本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于滑动窗口的C0-0FDM光相位噪 声估计补偿方法，步骤是：先估计出每个C0-0FDM符号内的光相位噪声时域值，然后利用一 定步长的时域滑动窗口分别对每个时域样本的光相位噪声进行滑动平均处理，最后再对每 个C0-0FDM符号在时域进行光相位噪声补偿处理。
[0010] 具体包括步骤：
[0011] (1)接收端对接收到的信号进行串并转换，并移除循环前缀；
[0012] (2)采用FFT (快速傅里叶变换）将信号从时域变为频域；
[0013] (3)进行信道估计并在频域上进行均衡，得到信道均衡后的信号；
[0014] (4)对信道均衡后的信号进行IFFT (快速傅里叶逆变换），得到仅受光相位噪声污 染的"接收端"时域信号；
[0015] (5)估计出每个C0-0FDM符号的共同相位噪声并在频域上完成补偿；
[0016] (6)对步骤（5)的输出信号进行判决，对判决后的信号进行IFFT变换，得到假设的 "发送端"时域信号；
[0017] (7)利用步骤（6)假设的"发送端"时域信号和步骤（4)仅受光相位噪声污染的 "接收端"时域信号来估计每个C0-0FDM符号内的光相位噪声时域值；
[0018] (8)采用时域滑动窗口分别对每个时域样本的光相位噪声进行滑动平均处理；
[0019] (9)对步骤（4)的仅受光相位噪声污染的"接收端"时域信号在时域进行光相位噪 声补偿处理；
[0020] (10)对补偿后的信号进行判决，去导频，反映射并输出。
[0021] 优选的，所述步骤（5)中，利用导频来估计每个C0-0FDM符号的共同相位噪声，并 在频域上，利用单抽头均衡器完成共同相位噪声补偿，步骤如下：
[0022] (3-1)利用最小二乘估计法来估计每个C0-0FDM符号的共同相位噪声& :
[0023]
【权利要求】
1. 一种基于滑动窗口的CO-OFDM光相位噪声估计补偿方法，其特征在于，步骤是：先估 计出每个CO-OFDM符号内的光相位噪声时域值，然后利用一定步长的时域滑动窗口分别对 每个时域样本的光相位噪声进行滑动平均处理，最后再对每个CO-OFDM符号在时域进行光 相位噪声补偿处理。
2. 根据权利要求1所述的基于滑动窗口的CO-OFDM光相位噪声估计补偿方法，其特征 在于，包括步骤： (1) 接收端对接收到的信号进行串并转换，并移除循环前缀； (2) 采用FFT变换将信号从时域变为频域； (3) 进行信道估计并在频域上进行均衡，得到信道均衡后的信号； (4) 对信道均衡后的信号进行IFFT变换，得到仅受光相位噪声污染的"接收端"时域信 号； (5) 估计出每个CO-OFDM符号的共同相位噪声并在频域上完成补偿； (6) 对步骤（5)的输出信号进行判决，对判决后的信号进行IFFT变换，得到假设的"发 送端"时域信号； (7) 利用步骤（6)假设的"发送端"时域信号和步骤（4)仅受光相位噪声污染的"接收 端"时域信号来估计每个CO-OFDM符号内的光相位噪声时域值； (8) 采用时域滑动窗口分别对每个时域样本的光相位噪声进行滑动平均处理； (9) 对步骤（4)的仅受光相位噪声污染的"接收端"时域信号在时域进行光相位噪声补 偿处理； (10) 对补偿后的信号进行判决，去导频，反映射并输出。
3. 根据权利要求2所述的基于滑动窗口的CO-OFDM光相位噪声估计补偿方法，其特征 在于，所述步骤（5)中，利用导频来估计每个CO-OFDM符号的共同相位噪声，并在频域上，利 用单抽头均衡器完成共同相位噪声补偿，步骤如下： (5-1)利用最小二乘估计法来估计每个CO-OFDM符号的共同相位噪声& :
其中，Sp表示发射端加入的分散导频所对应的频域样本序号的集合，表示复共轭运 算，Xk是发射端第k个频域样本，Yk是信道均衡后的第k个样本值； (5-2)在频域上，利用单抽头均衡器补偿共同相位噪声，均衡器系数为：
其中/表示复共轭运算，在频域上，补偿每个CO-OFDM符号内的第k个样本的共同相位 噪声，补偿公式是：
4. 根据权利要求2所述的基于滑动窗口的CO-OFDM光相位噪声估计补偿方法，其特征 在于，步骤（7)的光相位噪声时域值是利用假设的"发送端"时域信号毛和仅受光相位噪声 污染的"接收端"时域信号A来估计的，估计公式为：
其中，arg()表示对括号内的值取相位角，exp()表示复指数运算。
5. 根据权利要求4所述的基于滑动窗口的CO-OFDM光相位噪声估计补偿方法，其特征 在于，步骤（8)，采用时域滑动窗口分别对每个时域样本的光相位噪声进行滑动平均处理， 每一个时域样本的光相位噪声的最终估计值是由其自己和左右各m个时域样本的光相位 噪声估计值共同确定的，步长为2m+l，则最终的光相位噪声时域值为：
其中，k'和k分别表示滑动平均处理之前和之后的样本序号。
6. 根据权利要求5所述的基于滑动窗口的CO-OFDM光相位噪声估计补偿方法，其特征 在于，步骤（9)，在时域上，采用单抽头均衡器对仅受光相位噪声污染的"接收端"时域信号 A进行相位噪声补偿处理，补偿的公式为：
其中/表示复共轭运算，分别对每个CO-OFDM符号内仅受光相位噪声污染的"接收端" 时域信号分别进行上述的补偿处理，直到所有光相位噪声被补偿完为止。
【文档编号】H04L27/26GK104243390SQ201410546965
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】洪学智, 洪晓建, 何赛灵 申请人:华南师范大学