[发明专利]一种时频域卡尔曼滤波大线宽CO-OFDM相位噪声补偿方法

权利要求书

1.一种时频域卡尔曼滤波的大线宽CO-OFDM相位噪声补偿方法，其特征在于：所述相位噪声补偿方法包括以下步骤：

(1)接收端对接收到的CO-OFDM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；

(2)电域光纤色散补偿：将光纤信道频域传递函数的解析形式经傅立叶变换到时域，设计时域有限长单位冲激响应FIR滤波器来实现，该滤波器的阶数随色散累积而增加；

(3)串并转换；

(4)移除循环前缀CP；

(5)频率偏移估计和补偿；

(6)采用快速傅里叶变换FFT将信号从时域变为频域,同时保存该时域信号；

(7)在频域用卡尔曼滤波进行信道估计：假定一个OFDM帧在时域包含N_s个OFDM符号，前N_p个为训练符号,每个OFDM符号在频域包含N_f个子载波，信道均衡前接收到的第i个符号第k个子载波的频域数据R'_i,k表示为:

R'_i,k＝H_i,kC_i,k+ξ,i＝0,…,N_p-1

这里H_i,k第i个OFDM符号第k个子载波的信道转移函数，C_i,k为发送端导符号中第i个OFDM符号第k个子载波的频域数据，ξ为系统噪声，H_i,k先采用LS估计，即再对其进行卡尔曼滤波，卡尔曼滤波求出所有子载波信道转移函数估计值后，再用符号内频域平均算法ISFA计算每个子载波的信道转移函数精确估值；

(8)粗略相位噪声补偿，用扩展卡尔曼滤波对相位噪声值进行粗略估计并补偿；

(9)基于扩展卡尔曼滤波的精细相位噪声补偿，基于步骤(8)得到的时域信号，以及步骤(6)获得的时域信号，在每个时域采样点处，进行扩展卡尔曼滤波，求出每个时域采样点的精细相位噪声估计值，并进行补偿；

(10)将步骤(9)补偿后的OFDM时域数据变换为频域数据进行最终判决。

2.根据权利要求1所述的一种时频域卡尔曼滤波的大线宽CO-OFDM相位噪声补偿方法，其特征在于：所述步骤(7)中，包括以下步骤：

7-1、在每个OFDM帧的导符号处，采用LS估计得到每个子载波的信道转移函数LS估值：

然后进行卡尔曼滤波，包括步骤7-2至7-6；

7-2、确定初始条件，第0个符号的第k个子载波的初始值：

P_0,k＝σ²

这里P是协方差矩阵，σ²＝2πΔf/f_s,其中Δf是发射端和接收端激光器线宽之和，f_s是OFDM基带信号数模转换的采样速率；

7-3、进行状态预测和协方差预测，

P_i/i-1,k＝P_i-1,k+Q_i-1,k

这里Q是过程噪声的协方差矩阵；

7-4、计算卡尔曼增益

K_i,k＝P_i/i-1,k(P_i/i-1,k+R_i,k)^-1

这里K为卡尔曼增益，R是量测噪声的协方差矩阵；

7-5、计算量测估计值：

式中，ν表示实际观测值和预测值之间的误差；

7-6、更新状态及协方差矩阵

P_i,k＝(1-K_i,k)P_i/i-1,k

上述方法在得到第2个符号第k个子载波的卡尔曼滤波信道转移函数估计值后，返回至7-2继续进行下一个OFDM符号第k个子载波的信道估计，直到处理完所有导符号该子载波的信道估计，则进行下一个子载波信道估计精确值的卡尔曼滤波；最后得到第N_p个导符号经卡尔曼滤波得到所有子载波信道转移函数估计值

7-7、对卡尔曼滤波得到第N_p个导符号所有子载波信道转移函数用符号内频域平均算法ISFA进行计算，得到第k个子载波的信道转移函数精确估值

这里m为参与信道估计的相邻子载波信道数；

7-8、对接收端频域数据进行信道均衡，在每个OFDM帧中，对N_p个训练符号之后为N_s个OFDM数据符号，对接收端的数据符号进行信道均衡后，则第i个OFDM符号第k个频域数据R_i,k为：