[发明专利]一种新型盲相位搜索算法结构及实现方法

说明书

本发明公开了一种新型盲相位搜索算法结构及实现方法，能够有效改善现有盲相位搜索算法在低信噪比光纤通信系统中的性能损伤，显著降低所需滤波器长度，提升了相位估计的准确性。本发明通过以下步骤予以实现：首先对输入信号按照测试角度进行旋转；将旋转后的信号送至判决电路，输出与旋转后信号欧式距离最近的标准星座点；计算旋转后的信号与标准星座点的差值并取平方，由此得到旋转后的信号和标准星座点的平方距离；初始化高斯模糊滤波器；将高斯滤波器与具有相同测试角度的平方距离进行卷积；对更新后的平方距离进行求和操作；将求和后的平方距离和送至最小值比较器，输出最小和对应的测试角度作为算法估计出来的相位噪声；当所有信号输出完成，整个算法工作结束。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种新型盲相位搜索算法结构及实现方法

背景技术

随着大数据、云计算和各种新兴智能应用的出现，全球通信数据流量与日俱增，人们对数据传输速率的需求呈现出爆炸式增长的趋势。概率整形技术因其速率调节的灵活性和更加逼近香农极限的特性得到了学术界和工业界广泛的关注。另一方面，概率整形技术使得信号各星座点不再等概率分布，尤其是高幅度信号点出现的概率更低，这等效于降低信号的调制阶数，因此降低了系统所需信噪比的要求。然而，传统的数字信号处理算法设计的初衷都是基于信号各星座点的等概率分布这一前提，因此将这些算法直接应用在概率整形系统中可能会存在不兼容问题。已经有报道称载波相位恢复算法尤其是盲相位搜索算法(Blind phase search，BPS)在概率整形系统中性能会受到严重劣化，主要表现在系统互信息的降低。尤其在较低信噪比中，这种劣化更为明显。

如何应对盲相位搜索算法在低信噪比光纤通信系统中性能的劣化引发了研究中的广泛关注。通常，为了应对这种性能恶化，现有盲相位搜索算法通过增大滤波器长度的方式来缓解性能损失，但是过长的滤波器长度在增加算法处理的复杂度和处理时延的同时，也会降低其追踪相位的能力。

最近，有人通过采用在盲相位搜索算法中添加遗忘因子来改善其性能。然而遗忘因子的选取需要通过复杂的优化过程才能获得，而且遗忘因子还与系统的信噪比相关。不同的信噪比需要改变不同的遗忘因子，这都增加了系统成本。

本发明综合考虑低信噪比光纤通信系统盲相位搜索算法的特性，提出了一种新型盲相位搜索算法结构及实现方法。

发明内容

本发明的目的是为了改善低信噪比光纤通信系统中现有盲相位搜索算法的性能损伤，大幅降低滤波器的长度，引入非等权重的滤波器，因而提出了一种基于高斯模糊的盲相位搜索算法(Gaussian blur aided blind phase search，GBA-BPS)。

本发明的GBA-BPS算法具体实现步骤为：

步骤1：将含有相位噪声的待处理信号r_k与B个测试相位相乘，也就是在星座图平面将信号进行旋转，

其中，测试相位表达式由(1)表征

其中，表示测试相位，B表示测试相位的个数，b表示测试相位的索引。

可以发现，参数B直接影响算法的精度，较大的B会使相位噪声估计更加精准但同时会导致更大的计算量与算法复杂度。

步骤2：将步骤1所得的信号进入判决电路，并输出与步骤1所得的信号距离最近的标准星座点，

步骤3：将步骤1所得的信号和步骤2所得的星座点相减作差后并取平方，由此得到旋转后的信号和理想星座点的平方距离；

步骤4：初始化高斯模糊滤波器；高斯模糊滤波器公式由(2)表征：

其中，高斯滤波器的长度为N，高斯模糊滤波器的长度设置与现有盲相位搜索算法的滤波器长度保持一致，具体的参数应当根据实际情况调节；