一种适用于co-ofdm系统的无迭代盲相位噪声补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光通信技术领域，特别涉及一种适用于C0-0FDM系统的无迭代盲相位 噪声补偿方法。
【背景技术】
[0002] 相干光正交频分复用系统由于其出众的抗色散和偏振模色散能力，是未来高速长 距离光通信系统最有可能采用的备选传输技术之一。
[0003] C0-0FDM系统结构如图1所示，按其功能可以分为5个模块：C〇-〇FDM系统发射端 模块101、光调制模块102、光纤传输模块103、光电检测模块104以及C0-0FDM系统接收端 模块105，C0-0FDM发射端模块产生的电域信号经过电光调制的上变频变成光域的C0-0FDM 信号，C0-0FDM信号经光纤传输、平衡探测器后经光电转换成电域的信号，C0-0FDM接收端 再对接收到的电信号进行信号处理以期恢复原始的发送段数据。结合图1，对整个系统的工 作过程进行详细表述。C0-0FDM系统串行输入的数据106经过串并转换模块107,变为并行 的N路数据；按照不同的调制格式将串并转换后的信号进行数字调制108 ;快速傅里叶逆变 换IFFT模块109实现信号从频域到时域的转换；加入循环前缀CP110 ;将得到的电域信号 进行并串转换111。上述信号的同相分量和正交分量信号分别通过数模转换器112、113变 换为模拟信号并通过低通滤波器114、115 ;采用放大器将信号的同相分量116和正交分量 117放大并注入到I/Q调制器中实现同相分量I和正交分量Q对光信号的正交调制；I/Q调 制器由3个双臂的马赫增德尔MZM调制器120、121和122组成，其中两个调制器实现对信 号的调制，第三个调制器122控制光调制的同相分量I和正交分量Q的相位差；分别调节两 个调制器120、121的直流偏置保证实现信号调制的调制器工作在最小功率点，而第三个控 制相位差的调制器工作在正交点以保证两路信号存在90°的相位差；118表示C0-0FDM系 统的发射激光器，通过分路器119分成两束同样的激光，用于驱动二个光调制器120和121。 二个光调制器输出的信号通过合束器123,变成单路的光信号，接着输入到光纤信道进行传 输。产生的C0-0FDM信号在光纤124中经过长距离的传输后，经过直接的光-光放大器-掺 铒光纤放大器（EDFA) 125补偿光纤损耗后再进行传输，表不长距离的光纤，126表不光带通 滤波器。经过长距离的光纤传输后，光电检测模块将光域信号变换成电域的信号。127表示 C0-0FDM系统接收端的本地激光器，通过分路器分成两束同样的激光，128表不一个90°的 相移器；129和130表示两个耦合器，驱动4个光电二极管（PD) 131、132、133和134。135和 136表不两个减法器，分别对应输出接收信号的同相分量I和正交分量Q。得到的同相分量 I和正交分量Q经过低通滤波器137、138和模数转换器139、140转换后进入C0-0FDM接收 端。C0-0FDM接收端进行数字信号处理141，进行C0-0FDM发送端的逆过程，进行串并转换 142,移除循环前缀CP143,然后进行FFT变换144,对C0-0FDM信号进行数字解调145,最后 经过并串转换146恢复得到原始的发送端串行数据输出147。
[0004] 上述是多载波相干光通信系统的一般结构，其相比于单载波的相干光通信技术 (如目前lOOG/s工业标准采用的PDM-QPSK)，C0-0FDM能够实现更高的光谱效率（即带宽 利用率）、更灵活的频谱使用、更有效的信道均衡和更高频谱扩展性，被学者广泛地认为是 下一代400G/s及lTb/s(lT= 1000G)光纤通信系统的重要解决方案。
[0005] 但是在这种C0-0FDM多载波相干系统中，激光器相位噪声会严重影响系统 性能，这种恶化包括公共相位噪声（CPE)和载波间相互干扰（ICI)二个方面。Yi Xingwen等提出一种基于导频的方法来进行相位噪声补偿（文献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相位估计，"IEEE光子技术学报，vol. 19,no. 12,pp. 1 -3,（2007).)，但这种方法需 要在发送端数据中周期性的插入导频符号，这严重降低了频谱利用率。为了降低导频符 号的使用频率，YangChuanchuan等人提出一种伪导频符号的方法（文献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系统中近全盲的相位噪声抑制 方法〃，IEEE光子技术学报，vol. 25,no. 17,pp. 1723-1726,（2013))，这种方法几乎为盲 相位噪声补偿算法，但这种算法是基于一种正交基展开的，导致其计算复杂度较大。在 文献3 中（文献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, "面向判决的相位均衡方法实现的零开销相位噪声补偿方法，"光学学 报，vol. 18,no. 20,pp. 20651 - 20660,（2010)) -种完全盲的相位噪声均衡方法被提出，被 称为面向判决的相位均衡方法（DDPE)。这种算法在低阶正交幅度（QAM)调制时，与导频 方法相比，具有同样的相位噪声补偿效果。但当高阶正交幅度（QAM)调制时，DDPE方法将 会受到判决错误的较大影响。为了在高阶正交幅度（QAM)调制时取得较好的相位噪声补 偿效果，一种色散最小算法（DM)被用在DDPE算法之前先进行粗相位噪声补偿（文献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系统中非数据辅助的相位噪声抑制算法，"IEEE光子技术学报，vol .25,no. 17,pp. 1703-1705,（2013).)。在DM算法中，采用OFDM无线系统中恒模算法同样的 代价函数。尽管该DDPE之前的DM算法使得系统的补偿效果极大提高，但DM算法使用的迭 代算法常使其代价函数受到系统噪声的影响难以收敛，算法复杂度较高，在实际系统应用 中面临着较大的挑战。
【发明内容】
[0006] 为了克服已有C0-0FDM系统相位噪声补偿方法的频率利用率较低、复杂度较高、 对硬件资源要求高、实用性较差的不足，本发明提供一种频率利用率较高、复杂度较低、对 硬件资源要求低、实用性强的适用于C0-0FDM系统的无迭代盲相位噪声补偿方法。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008] -种适用于C0-0FDM系统的无迭代盲相位噪声补偿方法，所述补偿方法包括以下 步骤：
[0009] (1)接收端对接收到的C0-0FDM信号进行相干探测接收，然后进行模数转换，得到 电域的信号；
[0010] ⑵电域光纤色散补偿；
[0011] (3)对电域的信号进行串并转换，移除循环前缀CP并进行符号同步以及频率偏移 估计和补偿；
[0012] (4)采用快速傅里叶变换（FFT)将信号从时域变为频域；
[0013] (5)为取得信道传递函数，将0FDM信号帧中第一个0FDM符号设置为导符号，以后 每个0FDM符号的信道传递函数根据前一个0FDM符号的信道传递函数进行更新，
[0014]
[0015] 这里Sn，k是发送端第n个0FDM符号中的第k个子载波的导符号数据，Rnik是对应 的发射端导符号数据，是第