提升oqam-ofdm光传输系统接收灵敏度的信道估计方法
【专利摘要】本发明提供了一种提升OQAM-OFDM光传输系统接收灵敏度的信道估计方法，针对光OQAM-OFDM传统的信道估计算法没有很好地处理子载波正交性破坏带来的符号间干扰及子载波间干扰，并且忽略了系统器件带来的随机分布高斯噪声等造成系统的接收灵敏度的下降的问题，在接收过程中，通过一阶LS信道估计、二阶LS信道估计、ZF均衡步骤组成的基于干扰近似利用的时域平均信道估计方法(IATA-CE)，准确地估计了光纤信道的复增益和相位响应，且能很好地对抗系统器件高斯噪声的干扰，获得更准确的信道估计系数，提升了系统的BER性能和接收灵敏度。
【专利说明】提升OQAM-OFDM光传输系统接收灵敏度的信道估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光0FDM通信技术，具体地，涉及一种提升0QAM-0FDM光传输系统接收 灵敏度的信道估计方法。
【背景技术】
[0002] 随着各类网络新兴业务的不断涌现，用户数量的持续增加，用户的带宽需求也在 不断提高。为了满足用户和市场的需求，提供超带宽业务的光网络传输系统将被要求在 每个子信道上提供lTb/s甚至更高的数据传输速率。作为应用在高速光传输系统中的一 种新兴多载波传输方案，交错正交幅度调制正交频分复用技术（Offset QAM Orthogonal Frequency Division Multiple, 0QAM-0FDM)利用具有良好时频聚焦特性的滤波器组改进 了传统的0FDM的时域矩形成型脉冲，从而将0FDM子载波在频域上只有10dB旁瓣抑制比 的sine包络改进成具有超过35dB旁瓣抑制比的sine包络以适应信道的频率偏移和相位 噪声等特征。0QAM-0FDM在继承传统的0FDM灵敏度高、频谱效率高、抗色散能力强、灵活的 带宽分配等优点的基础上，不仅降低了 0FDM对时域和频域严格同步性的要求，对符号间干 扰（Inter Symbol Interference，ISI)和子载波间干扰（Inter carrier Interference， ICI)有很好的鲁棒性和松弛性，降低了系统对光电器件线性度的要求，而且能够以很小的 信道间隔（〈20MHz)构建具有高频谱效率的"超级信道（Super-channel)"，进而"无缝"地 融合来自各个用户的信号带。
[0003] 对于传统的光0FDM，利用循环前缀（Cyclic Prefix，CP)对抗ISI，保留了严格的 复数域正交条件，从而在接收端利用LS (Least Square)最小二乘法便可以有效地估计信道 响应，然后利用单抽头ZF迫零均衡器便可补偿信道的响应。光0QAM-0FDM系统利用滤波器 取代了 CP去对抗ISI，其正交性条件由复数域严格正交放宽至实数域严格正交，虽然时-频 坐标上的每一个点都会受到周围点的干扰，但这些干扰均为虚数，对实响应信道，在译码过 程中可以通过取实部操作加以消除。然而，作为复响应信道，光纤信道的响应可简化表示如 下：H(?) = Hbtb(?) ? eXp(j@2?2L/2) ? eXp(-j t ?)，其中《 为对应的频点，Hbtb(?)为 光纤信道背靠背传输时的信道响应，1和32分别为光纤的长度和群速度色散常数，t表示 信道的时延，其复增益响应和相位响应会破坏0QAM-0FDM系统的严格正交性，利用导频所 估计出的信道值是信道真实值与周围点干扰的叠加，导致严重的ICI和ISI，因此光0FDM的 信道估计算法不能直接用于光0QAM-0FDM中。
[0004] 经对现有文献检索发现，目前无线通信系统主要从干扰消除和干扰利用这两个思 路对0FDM/0QAM导频进行研究，提出相应的导频结构。例如S. Kang, K. Chang等于2007年 发表的《A novel channel estimation scheme for 0FDM/0QAM-I0TA system》考虑邻域的 影响，通过预留一些时频格点，用以抵消内部的ISI干扰，使得所有外围时频格点对导频的 总干扰为零，但由于这种方法需要计算其它数据点对导频的总干扰，因而计算量较大，实时 性也较差。再如 J. Du 等于 2009 年发表《Novel Preamble-Based Channel Estimation for 0FDM/0QAM System》，提出基于干扰利用的IAM "伪"导频结构，它通过确定导频周围的时频 点，计算出已知的ISI干扰量，并利用于信道估计中，该方法能够较好地估计出复信道的响 应包络。
[0005] 而在光传输系统中，0QAM-0FDM传统的信道估计采用的则是简单的基于已知导频 序列的信道估计算法，其工作原理如图1所示。这里0QAM-0FDM的FFT快速实现结构根据 J. Zhao 于 2014 年发表的《DFT-based offset-QAM OFDM for optical communications》 实现。在发射端，每L帧用户数据经过QAM映射1之后得到L帧调制信号，这里以atl表示 第1帧中的第k个子载波上的符号，一帧导频序列btl与L帧调制信号a 合成2 -个完 整的结构ctl送入下一步处理，其中，b tl经常取值为间插的+1，-1，即{+1，-1，+1，-1…}， 其目的是去除光纤色散对导频信号直流分量的影响，为了避免0QAM中相邻符号对导频的 内部符号间干扰，通常在导频两侧各加一列全零帧保护。用户数据经过QAM映射之后，被 分为I路3(实部）和Q路4(虚部）两路信号cfpcL。然后，的奇数子载波5以及c/., 的偶数子载波6分别进行90度的相移的操作，之后，Q路信号将相对于I路信号延迟T/2 的周期时间7 (T为输入端信号的符号周期），至此完成0QAM调制。延迟后的信号再一起 通过N点的IFFT运算8。IFFT运算后的数据通过发射端滤波器组后9,得到的信号实部
【权利要求】
1. 一种提升OQAM-OFDM光传输系统接收灵敏度的信道估计方法，其特征在于，包括以 下步骤： 步骤1 :在发射端，将L帧用户数据atl分为L/T±夬，每隔T帧用户数据aU便周期性地 插入一巾贞导频符号Ptl经过M-QAM映射形成第一发射信号，其中，下标k为子载波序号，下 标1为数据帧序号； 步骤2 :设计IAM-C结构的伪导频序列bk;1，进而，将IAM-C结构的伪导频序列btl插入 第一发射信号的最前面形成第二发射信号Clu; 步骤3 :第二发射信号Ciu依次经传输信号处理模块、光路传输模块处理后生成第一接 收信号r(t)传送至接收端，t为接收时间，r(t)为模拟信号； 步骤4 :在接收端，第一接收信号r(t)经接收转换模块转换为数据流p进而从数据 流中提取出伪导频序列btl，计算得到光纤信道的复增益泣|丨/并对所述复增益进行一阶LS信道估计得到第二接收信号；i表示对信道响应的估计，上标（c)表示信道复增益； 步骤5 :在第二发射信号中每隔T帧提取出对应接收到的导频符号A,;，对L/T+1帧导 频符号ft,/得到的结果取时域平均，即二阶LS信道估计得到第三接收信号； 步骤6 :对第三发射信号进行信道ZF均衡，进而解调成用户发射数据。
2. 根据权利要求1所述的提升0QAM-0FDM光传输系统接收灵敏度的信道估计方法，其 特征在于，所述IAM-C结构具体为，在奇数列，IAM-C结构为{+l，+j，-l，-j. . . }的周期性导 频序列并在两侧用两列零保护，在偶数列，IAM-C结构为{+1，-j，-1，+j. 的周期性导频 序列并在两侧用两列零保护；j表不复数0+1j。
3. 根据权利要求1所述的提升0QAM-0FDM光传输系统接收灵敏度的信道估计方 法，其特征在于，所述伪导频序列btl具体为，一帧经过导频功率优化设计的取值为{+1， +j，-1，-j. 的IAM-C结构并在两侧用两列零保护形成的三巾贞Preamble结构。
4. 根据权利要求1所述的提升0QAM-0FDM光传输系统接收灵敏度的信道估计方法，其 特征在于，所述传输信号处理模块包括OQAM调制模块、IFFT运算模块、发射端滤波器组、并 串转换模块和数字模拟转换器； 所述OQAM调制模块用于将第二发射信号Ciu分为I路的信号实部 和Q路的信号虚 部;信号实部的奇数子载波进行90度的相移生成相移信号；信号虚部^^的偶数子载 波进行90度的相移后并对于I路延迟T/2的周期时间生成延迟信号； 所述IFFT运算模块用于将所述OQAM调制模块的相移信号和延迟信号IFFT运算完成 信号从频域到时域的转换生成转换信号； 所述发射端滤波器组用于接收所述转换信号生成滤波信号；所述滤波信号依次经过串 转换模块、数字模拟转换器生成上行发射信号。
5. 根据权利要求4所述的提升0QAM-0FDM光传输系统接收灵敏度的信道估计方法，其 特征在于，所述光路传输模块包括任意波形发生器、射频放大器、半导体激光器、偏振控制 器、马赫曾得光调制器、单模光纤、示波器和模拟数字转换器； 所述数字模拟转换器、所述任意波形发生器、所述射频放大器、所述半导体激光器、所 述马赫曾得光调制器、所述单模光纤、所述光电探测器、所述示波器、所述模拟数字转换器 和所述接收转换模块顺次相连；所述半导体激光器通过所述偏振控制器连接所述马赫曾得 光调制器； 所述上行发射信号依次经所述任意波形发生器、所述射频放大器、所述半导体激光器、 所述马赫曾得光调制器、所述单模光纤、所述光电探测器、所述示波器、所述模拟数字转换 器生成第一接收信号r(t);所述半导体激光器用于提供种子光源；所述偏振控制器用于控 制马赫曾得光调制器的插入损耗且使插入损耗最小。
6. 根据权利要求1所述的提升OQAM-OFDM光传输系统接收灵敏度的信道估计方法，其 特征在于，所述接收转换模块包括顺次相连的串并转换模块、接收端滤波器组和FFT运算 单元； 所述第一接收信号r(t)依次串并转换模块、接收端滤波器组和FFT运算单元生成数据 流rk;1。
7. 根据权利要求1所述的提升0QAM-0FDM光传输系统接收灵敏度的信道估计 方法，其特征在于，所述一阶LS信道估计，具体为，所述光纤信道的复增益/?'/为：
号时频格点距离。
8. 根据权利要求7所述的提升0QAM-0FDM光传输系统接收灵敏度的信道估计方法， 其特征在于，所述二阶LS信道估计具体为，在第二发射信号中，每隔L帧提取出对应的导 频符号Am，对L/T+1帧导频符号Am得到的结果取时域平均，相当于对Wiu的线性变换，即
似估计值。
9. 根据权利要求8所述的提升0QAM-0FDM光传输系统接收灵敏度的信道估计方法，其 特征在于，所述步骤6具体为，利用H(k)表示第k个子载波的频率响应进行迫零均衡，进而 解调成用户发射数据。
【文档编号】H04L25/02GK104506467SQ201410854354
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】张鹿, 肖石林, 周钊, 刘凌, 胡斌涛 申请人:上海交通大学