[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

说明书

一种时频域卡尔曼滤波的大线宽CO‑OFDM相位噪声补偿方法，该方法首先将接收端训练符号数据在频域利用进行卡尔曼滤波后进行信道均衡，其次将每个OFDM符号分割为若干个亚符号，在每个亚符号内的导频序列处，进行时域扩展卡尔曼滤波得到其相位噪声粗略估计值。在相邻亚符号最后一个导频序列处的相位噪声粗略估计值之间进行线性插值，得到每个时域采样点的相位噪声粗略估值并补偿，再用Avg‑BL方法相位噪声补偿后进行预判决。最后将预判决后频域数据变换到时域结合初始时域数据，在每个采样点处进行扩展卡尔曼滤波，求出相位噪声精细估计值并补偿。本发明相位噪声均衡效果较好、补偿效果较好、计算复杂度较小。

技术领域

本发明属于光通信网络技术领域，特别涉及一种大线宽CO-OFDM系统的相位噪声补偿方法。

背景技术

相干光正交频分复用系统正交频分复用(CO-OFDM)技术以其对于光纤色散和偏振模色散具有良好的抑制作用、用数字信号处理灵活地补偿系统损伤的能力、高频谱利用率等优点，已成为长距离高速通信系统和光接入网等领域备受关注的技术之一。

CO-OFDM系统结构如图1所示，按其功能可以分为5个模块：CO-OFDM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 CO-OFDM系统接收端模块105，CO-OFDM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CO-OFDM信号，CO-OFDM信号经光纤传输、平衡探测器后经光电转换成电域的信号，CO-OFDM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。 CO-OFDM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CO-OFDM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CO-OFDM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，表示长距离的光纤,126 表示光带通滤波器。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CO-OFDM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表示一个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表示两个减法器，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CO-OFDM接收端。CO-OFDM接收端进行数字信号处理141，进行CO-OFDM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CO-OFDM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。

源自发射端激光器和本地振荡激光器之间相位噪声的补偿，又被称为载波相位估计或恢复，已成为CO-OFDM系统接收端数字信号处理的重要相关问题。 CO-OFDM系统相位噪声分为公共相位噪声(CPE)和载波间干扰(ICI)相位噪声两种。前者引起星座图旋转，为每个OFDM符号频域数据旋转同样的角度，故称为公共相位噪声；后者源自子载波间干扰，引起星座图严重发散。