一種基于部分判決輔助的光相位噪聲抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中的一種基于部 分判決輔助的光相位噪聲抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 相干光正交頻分復(fù)用(C0-0FDM)能夠?qū)崿F(xiàn)高的光譜效率、靈活的頻譜使用、高效的 信道均衡，是下一代彈性光網(wǎng)絡(luò)中的重要物理層技術(shù)之一。雖然C0-CFDM具有諸多的優(yōu)點， 但是其在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用仍然面臨一些挑戰(zhàn)。其中，C0-0FDM的一個主要缺陷是對光 相位噪聲非常敏感，其對相位噪聲的容忍度比單載波相干光通信系統(tǒng)要低。光相位噪聲影 響C0-CFDM系統(tǒng)的機理是:在接收端時域-頻域轉(zhuǎn)換后，其零階頻譜分量將給各子載波通道 帶來一個隨時間變化的共同相位增量(CPE)，而其非零階頻譜分量在各子載波通道間引入 串擾(ICI)。若不采用適當?shù)姆椒ㄟM行補償，兩者將劣化C0-0FDM系統(tǒng)中解調(diào)后的信號質(zhì)量。
[0003] 為了能有效地抑制光相位噪聲，研究人員提出在發(fā)射端采用厄米對稱的數(shù)據(jù)，利 用數(shù)據(jù)之間的相關(guān)特性，實現(xiàn)對光相位噪聲和光纖非線性的自我抑制，具體見參考文獻： X.Yi,X.Chen,D.Sharma,C.Li,M.Luo,Q.Yang,Z.Li,and K?Qiu,"Digital coherent superposition of optical OFDM subcarrier pairs with Hermitian symmetry for phase noise mitigation/'Opt.Express 22(11) ,13454-13459(2014)。雖然該種方案能夠 實現(xiàn)對光相位噪聲的高效抑制，但是系統(tǒng)性能的提升是以減少發(fā)送端一半數(shù)據(jù)為代價的， 即頻譜利用率降低一半。研究人員還提出基于離散傅立葉變換(DFT-based)基底的正交集 展開(0BE)光相位噪聲抑制方案，該方法利用導(dǎo)頻子載波估計出光相位噪聲的多階頻譜分 量來同時抑制CPE和部分ICI，具體見參考文獻:C? Yang，F(xiàn)? Yang，and Z .Wang，"Phase noise suppression for coherent optical block transmission systems:a unified framework，" Opt ? Express 19 (18)，17013-17020 (2011)。但是0BE算法在利用有限階數(shù)的正 交傅里葉基底重構(gòu)具有洛倫茲頻譜的光相位噪聲時，對光相位噪聲的高頻成分存在較大的 建模誤差(對頻譜存在強制截斷），并且該方法估計出的相位噪聲向量對導(dǎo)頻的依賴度比較 高，這樣，為了獲取比較好的系統(tǒng)性能，就必須增加導(dǎo)頻在系統(tǒng)開銷中的比重。
[0004] 因此，提出一種具有導(dǎo)頻開銷低、性能高、復(fù)雜度低的光相位噪聲抑制方法，對推 動C0-0FDM系統(tǒng)在低成本光接入網(wǎng)/城域網(wǎng)中的應(yīng)用具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了降低光相位噪聲估計補償算法的復(fù)雜度，進一步提高頻譜利用率，本發(fā)明提 出一種基于部分判決輔助的光相位噪聲抑制方法，通過引入部分判決，該方法對導(dǎo)頻子載 波數(shù)目的依賴度降低，可以提高頻譜利用率。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):一種基于部分判決輔助的光相位噪聲抑 制方法，包括步驟：
[0007] (1)將接收到的時域信號切成―塊，獲取經(jīng)過零填充后的次符號向量yb;
[0008] (2)利用次符號向量yb獲取觀測矩陣&，利用觀測矩陣和離線存儲的基于導(dǎo)頻數(shù)據(jù) 的向量求出粗估計的次符號相位噪聲向量；
[0009] (3)對若干個選定的滿足等間距梳狀分布的數(shù)據(jù)子載波上承載的數(shù)據(jù)進行判決；
[0010] (4)對接收到的時域信號再次進行切塊處理，切成nB2塊，獲取經(jīng)過零填充后的次符 號向量y' b;
[0011] (5)利用次符號向量y\獲取觀測矩陣^和^，根據(jù)基于導(dǎo)頻子載波的向量和基 于部分判決的數(shù)據(jù)子載波的向量，以及觀測矩陣亡，求出細估計的次符號相位噪聲向 量，對每個次符號的相位噪聲進行補償；
[0012] (6)將已完成相位噪聲補償?shù)男盘栕儞Q到頻域進行信道均衡，對均衡后的信號進 行判決輸出。
[0013] 優(yōu)選的，所述步驟（1)中，對接收到的時域信號y=[y(0)，y(l)，???，y(N_l)]T進行 切塊處理，獲取經(jīng)過零填充后的第b個次符號向量y b，1 < b < NB1，具體處理過程如下：
[0015]其中，N是⑶-0FDM系統(tǒng)的子載波總數(shù)，（?）T表示矩陣轉(zhuǎn)置運算，NB1表示切成的次 符號數(shù)目，LA_I表示取不超過A的最大整數(shù)。
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟(2)中，利用觀測矩陣和離線存儲的基于導(dǎo)頻數(shù)據(jù)的向量求出粗 估計的次符號相位噪聲向量，步驟如下：
[0017] (2-1)所選取導(dǎo)頻子載波分布為梳狀分布，導(dǎo)頻子載波總數(shù)NP能被0FDM子載波總 數(shù)N整除；
[0018] (2-2)利用次符號向量yb獲取觀測矩陣&，其元素表示為：
[0020] 其中，h是與導(dǎo)頻子載波初始位置相關(guān)的參數(shù)，h e [0，1，2，3]，
為正整數(shù)；
[0021] (2-3)利用已知導(dǎo)頻數(shù)據(jù)獲取基于導(dǎo)頻子載波的向量h，并存儲起來，其第k個元 素表示為：
[0023]其中，X'和IT i分別表示導(dǎo)頻子載波的數(shù)據(jù)和對應(yīng)的信道頻率響應(yīng)；
[0024] (2-4)利用觀測矩陣&和向量求出粗估計的次符號相位噪聲向量：
[0025] ^mb - oxpy j angle [；
[0026] 其中，（?）H表示對矩陣取厄米共輒運算，（?廣1表示對矩陣求逆運算，angle( ?) 表示取幅角運算，exp( ?)表示取以e為底的冪級數(shù)運算。
[0027]優(yōu)選的，所述步驟(3)中，對若干個選定的滿足等間距梳狀分布的數(shù)據(jù)子載波上承 載的數(shù)據(jù)進行判決，步驟如下：
[0028] (3-1)選定NP個滿足梳狀分布的待判決的數(shù)據(jù)子載波，并獲取對應(yīng)的觀測矩陣C2:
[0030]其中，t2是與待判決數(shù)據(jù)子載波初始位置相關(guān)的參數(shù)，e [0，1，2，3]，^矣t2; [0031] (3-2)對數(shù)據(jù)子載波上承載的數(shù)據(jù)進行判決：
\
[0033] 其中，?表示判決運算
是一個與待 判決數(shù)據(jù)位置相關(guān)的對角矩陣，H'2是一個與待判決數(shù)據(jù)位置相對應(yīng)的信道頻率響應(yīng)所組 成的向量，^是一個N#NP列的傅里葉變換矩陣，其列向量滿足如 下公式：
[0035] (3-3)求取基于部分判決的數(shù)據(jù)子載波的向量R2:
[0037]其中，〇表示向量與向量之間的對應(yīng)位置元素的點乘運算。
[0038]優(yōu)選的，步驟(4)，對接收到的時域信號再次進行切塊處理，切成的塊數(shù)為NB2,獲取 經(jīng)過零填充后的第b個次符號向量y' b，1 < b < Nb2,步驟如下：
[0039] (4-1)當切割的塊數(shù)Nb2 = Nbi時，令第一塊次符號向量的非零兀素偏移A個位置， 非零元素的長度由原來的L變?yōu)長-A，中間2至NB2-1塊的次符號向量的非零元素的長度保持 為原來的L，而最后一塊次符號向量的非零元素則變?yōu)镹-(N B2-1)L+A ;
[0040] 當切割的塊數(shù)NB2矣―時，則不進行偏移處理，即A = 0;
[0041 ] 具體的處理過程如下：
[0043] (4-2)利用次符號向量y' b獲取觀測矩陣和￡2，其元素表示為：
[0046] 優(yōu)選的，步驟(5)，求出細估計的次符號相位噪聲向量，以及對每個次符號的相位 噪聲進行補償?shù)牟襟E如下：
[0047] (5-1)提取離線存儲的基于導(dǎo)頻數(shù)據(jù)的向量，并利用部分判決出的數(shù)據(jù)子載波向 量組建新的更大維度的基于子載波的向量：
[0048] Rnew=[Rl；R2]T；
[0049] (5-2)由亡i和亡2組成新的更大維度的觀測矩陣：
[005°] C_ = [C1；€2]r；
[0051] (5-3)根據(jù)獲取的新的觀測矩陣Cne5W和基于子載波的向量Rnew，利用最小二乘法獲 得細估計的次符號相位噪聲向量，并消除幅度噪聲的影響：
[0052] ?
[0053] (5-4)將估計出的次符號相位噪聲向量進一步表示為：
[0054] 氣視…，為f;
[0055] (5-5)對每個次符號進行相位噪聲補償處理，補償公式如下：
[0056] z(n) = y(n)e /(*, 0 < /7 < N-1 ；
[0057] 其中，
，.符號min( ?，?）表不取兩者中最小的值，L表不非 零元素的長度，f $表示估計出的次符號相位噪聲向量中的第b個分量，y(n)表示接收 到的時域C0-0FDM符號的第n個采樣點。
[0058]優(yōu)選的，步驟(6)，將已完成相位噪聲補償?shù)男盘?=[2(0)，2(1)，...， 20-1)]7變 換到頻域進行信道均衡，并判決輸出：
[0059] X =. ?：(H^Fz)
[0060] 其中，11=乜&8{[11(0)，11(1)，'"，110-1)]7}是一個對角矩陣，表示信道的頻率響應(yīng) 矩陣是一個N行N列的傅里葉變換矩陣，其列向量滿足如下公式：
[0062]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：
[0063] 1、本發(fā)明采用部分判決輔助的方式，降低了系統(tǒng)對導(dǎo)頻子載波數(shù)目的依賴度，SP 在維持系統(tǒng)性能變換不大的情況下，可以采用更少的導(dǎo)頻子載波數(shù)目，提高了系統(tǒng)的頻譜 利用率。
[0064] 2、本發(fā)明中導(dǎo)頻子載波在頻域滿足梳狀分布，使得觀測矩陣的獲取無需任何乘法 運算，只需簡單的加減運算就可以實現(xiàn)，算法復(fù)雜度低。
[0065] 3、本發(fā)明中部分判決數(shù)據(jù)子載波同樣滿足梳狀分布，使得判決過程由需要使用N 行N列變成只需使用^行^列的傅里葉變換矩陣(^遠遠小于N)，整體算法復(fù)雜度低，實用性 強。
【附圖說明】
[0066] 圖1是本發(fā)明實施例1的方法流程圖。
[0067] 圖2是實施例1中當?shù)谝淮魏偷诙吻懈畹膲K數(shù)相同時，對次符號向量非零元素的 不同的處理方法。
[0068] 圖3(a)是實施例1采用的導(dǎo)頻子載波的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0069] 圖3(b)是實施例1選用的部分判決數(shù)據(jù)子載波的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0070] 下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。
[0071] 實施例1
[0072] 本發(fā)明方法主要是涉及相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)接收端的數(shù)字信號處理問題。下 面結(jié)合圖1和圖2,對本發(fā)明的一種基于部分判決輔助的光相位噪聲抑制方法進行詳細說 明。
[0073