CN103401829A - 一种相干光ofdm通信系统iq失衡补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种相干光OFDM通信系统IQ失衡补偿方法,属于通信技术领域。根据接收信号构造其镜像共轭信号,然后将接收信号和镜像共轭信号输入ICA盲源分离模块,完成初步补偿,最后利用二次补偿算法修正补偿结果。有益效果是:实现发送端、接收端IQ失衡的同时补偿,降低了补偿的复杂度,简单易行,硬件实现简单,频谱利用率高,能够同时补偿色散等固有损伤,补偿性能更加可靠。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域,具体涉及一种相干光正交频分复用CO-OFDM单模光纤通信系统和基于独立成分分析ICA的正交/同向IQ失衡补偿方法。
背景技术
近年来,随着通信业务的爆炸式增长,超高速、超大容量、超长距离光纤传输系统成为人们日益关注的焦点,各种新技术不断涌现。相干光正交频分复用CO-OFDM技术作为一种多载波传输技术,以传输速率高、频谱利用率大、抗色散能力强、数字处理算法成熟、在现有网络基础上升级、扩容方便等优势备受瞩目,并有望成为未来光传输的主流方案。图1示出了CO-OFDM通信系统的典型框图,可以看出,无论是发送端还是接收端均存在I、Q两支路,然而,在实际传输系统中,由于器件的固有特性,导致I、Q两支路信号幅度并不严格相等,相位也不严格正交,即存在IQ失衡。这种失衡不可避免,而正交频分复用OFDM技术对IQ失衡异常敏感,造成OFDM子载波间的镜像干扰,严重劣化了系统性能。因此,如何有效补偿IQ失衡是CO-OFDM系统的关键技术之一。
目前,为解决这一技术问题,一般需在系统接收端OFDM解调模块中植入IQ失衡补偿功能,现有的补偿方法分为GSOP法、EC法、数据辅助法、判决辅助法等,但这些方法或不适合发送端IQ失衡补偿,或频谱利用率较低,而且无法实现发送端与接收端IQ失衡的同时补偿。
发明内容
本发明提供一种相干光OFDM通信系统IQ失衡补偿方法,以解决IQ失衡问题。
本发明采取的技术方案是,包括下列步骤:
(1)构建ICA输入信号:利用系统各载波的镜像关系,构造出接收信号的镜像共轭信号,将接收信号和构造的镜像共轭信号作为ICA盲源分离模块的输入信号;
(2)ICA盲源分离:利用基于负熵最大化的不动点复数ICA算法T-CMN和统计平均的思想,将获得的两路频域信号进行首源分离,得到源信号的估计,完成IQ失衡初步补偿;
(3)二次补偿:利用相位修正算法,消除不同镜像子载波分离矩阵的微小差异, 分别对各子载波进行二次相位补偿,恢复出正确的源信号。
本发明所述步骤(1)包括:
步骤301:根据接收复值信号Rk,Rk=RIK+jRQk,判断子载波k的值是否为1或N/2+1,其中,RIk为接收复值信号同向分量、即I分量,RQk为接收复值信号正交分量、即Q分量,N为子载波数;
本发明所述步骤(2)包括:
步骤401:对ICA盲源分离模块的输入信号R进行中心化及白化处理,得到待分离信号x;
步骤402:初始化分离矩阵W,使其正交并具有单位范数;
步骤403:根据待分离信号x迭代更新分离矩阵W,
其中,Wi表示第i次迭代后的分离矩阵,表示第i次迭代后的输出信号, n为迭代次数,H表示共轭转置运算,E{}表示统计平均运算,*表示共轭运算,T表示转置运算,G表示算法中所选取的非线性函数,g表示算法中所选非线性函数的导数,g'表示算法中所选非线性函数的二阶导数;
步骤405:若W未收敛,则返回403;
所述的中心化可使信号具有零均值,白化可削弱信号的维数、噪声功率和相关性,将分离矩阵的搜索范围缩小至正交矩阵空间内,降低了算法的复杂程度。
所述的初始化分离矩阵W是指由于算法中应用的分离矩阵W=(w1,w2,…wn)T为单位正交,所以需对每个Wi(i=l,…,n)进行初始化,使其具有单位范数,并使W正 交。
所述的正则化分离矩阵W是指由于算法的解向量是正交的,但迭代算法并不能使其自动正交,因此必须在每步或一定间隔次数的迭代后对W进行向量正交化处理。
本发明所述步骤(3)包括:
本发明的有益效果是:
1.本发明所述的基于独立成分分析的CO-OFDM通信系统IQ失衡补偿技术可实现发送端、接收端IQ失衡的同时补偿,降低了补偿的复杂度,简单易行。
2.本发明所述的基于独立成分分析的CO-OFDM通信系统IQ失衡补偿技术仅利用接收信号,无需发送训练符号和估计信道信息,硬件实现简单,频谱利用率高。
3.本发明所述的基于独立成分分析的CO-OFDM通信系统IQ失衡补偿技术能同时补偿色散等固有损伤,补偿性能更可靠。
附图说明
图1是本发明所述的CO-OFDM通信系统原理结构图;
图2是本发明所述的基于独立成分分析的CO-OFDM通信系统IQ失衡补偿方法原理框图;
图3是本发明所述的构建ICA输入信号流程图;
图4是本发明采用的ICA盲源分离流程图;
图5是本发明所述的二次补偿流程图;
图6(a)是采用16QAM调制,发送端和接收端IQ失衡补偿前系统星座图,
图6(b)是采用16QAM调制,发送端和接收端IQ失衡补偿后系统星座图;
图7(a)是采用16QPSK调制,发送端和接收端IQ失衡补偿前系统星应图;
图7(b)是采用16QPSK调制,发送端和接收端IQ失衡补偿后系统星座图。
具体实施方式
(1)构建ICA输入信号:利用系统各载波的镜像关系,构造出接收信号的镜像共轭信号,将接收信号和构造的镜像共轭信号作为ICA盲源分离模块的输入信号;
步骤301:根据接收复值信号Rk,Rk=RIk+jRQk,判断子载波k的值是否为1或N/2+1,其中,RIk为接收复值信号同向分量、即I分量,RQk为接收复值信号正交分量、即Q分量,N为子载波数;
(2)ICA盲源分离:利用基于负熵最大化的不动点复数ICA算法T-CMN和统计平均的思想,将获得的两路频域信号进行盲源分离,得到源信号的估计,完成IQ失衡初步补偿;
小骤401:对ICA盲源分离模块的输入信号R进行中心化及白化处理,得到待分离信号x:
步骤402:初始化分离矩阵W,使其正交并具有单位范数;
步骤403;根据待分离信号x迭代更新分离矩阵W,
其中,Wi表示第i次迭代后的分离矩阵,表示第i次迭代后的输出信号, n为迭代次数,H表示共轭转置运算,E{}表示统计平均运算,*表示共轭运算,T表示转置运算,G表示算法中所选取的非线性函数,g表示算法中所选非线性函数的导数,g'表示算法中所选非线性函数的二阶导数;
步骤405:若W未收敛,则返回403;
所述的中心化可使信号具有零均值,白化可削弱信号的维数、噪声功率和相关 性,将分离矩阵的搜索范围缩小至正交矩阵空间内,降低了算法的复杂程度。
所述的初始化分离矩阵W是指由于算法中应用的分离矩阵W=(w1,w2,…wn)T为单位正交,所以需对每个wi(i=1,…,n)进行初始化,使其具有单位范数,并使W正交。
所述的正则化分离矩阵W是指由于算法的解向量是正交的,但迭代算法并不能使其自动正交,因此必须在每步或一定间隔次数的迭代后对W进行向量正交化处理。
3.)二次补偿:利用相位修正算法,消除不同镜像子载波分离矩阵的微小差异,分别对各子载波进行二次相位补偿,恢复出正确的源信号;
至此,本发明利用基于独立成分分析的IQ失衡补偿方法处理完毕。
为验证本发明所能达到的有益效果,通过VPI transmission Maker和Matlab软件进行了联合仿真,主要仿真参数为:光纤长度50km,色散系数为3.5ps/km·nm,光信噪比为30dB,发送端相位失衡因子15°,幅度失衡系数0.8,接收端相位失衡因子10°,幅度失衡系数1.1,仿真结果如图6(a)、图6(b)、图7(a)和图7(b)所示。
可以看出,本发明所选取的基于负熵最大化的不动点复数ICA算法适用于不同的调制格式,普适性强;在色散等固有损伤存在的背景下,本发明所公开的基于独立成分分析的CO-OFDM通信系统IQ失衡补偿技术能够实现发送端和接收端IQ失衡的同时补偿,补偿效果理想,可靠性强。
以上对本发明所述的基于独立成分分析的CO-OFDM系统IQ失衡补偿技术进行了详细的介绍,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上 均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制,在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下,对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种相干光OFDM通信系统IQ失衡补偿方法,其特征在于,包括下列步骤:
(1)构建ICA输入信号:利用系统各载波的镜像关系,构造出接收信号的镜像共轭信号,将接收信号和构造的镜像共轭信号作为ICA盲源分离模块的输入信号;
(2)ICA盲源分离:利用基于负熵最大化的不动点复数ICA算法T-CMN和统计平均的思想,将获得的两路频域信号进行首源分离,得到源信号的估计,完成IQ失衡初步补偿;
(3)二次补偿:利用相位修正算法,消除不同镜像子载波分离矩阵的微小差异,分别对各子载波进行二次相位补偿,恢复出正确的源信号。
3.根据权利要求1所述的相干光OFDM通信系统IQ失衡补偿方法,其特征在于,所述步骤(2)包括:
步骤401:对ICA盲源分离模块的输入信号R进行中心化及白化处理,得到待分离信号x:
步骤402:初始化分离矩阵W,使其正交并具有单位范数;
步骤403:根据待分离信号x迭代更新分离矩阵W,
其中,wi表示第i次迭代后的分离矩阵,表示第i次迭代后的输出信号,n为迭代次数,H表示共轭转置运算,E{}表示统计平均运算,*表示共轭运算,T表示转置运算,G表示算法中所选取的非线性函数,g表示算法中所选非线性函数的导数,g'表示算法中所选非线性函数的二阶导数;
步骤405:若W未收敛,则返回403;
步骤406:若W收敛,则利用y=WHx得到分离信号Sk。
4.根据权利要求3所述的相干光OFDM通信系统IQ失衡补偿方法,其特征在于,所述的中心化可使信号具有零均值,白化可削弱信号的维数、噪声功率和相关性,将分离矩阵的搜索范围缩小至正交矩阵空间内,降低了算法的复杂程度。
5.根据权利要求3所述的相干光OFDM通信系统IQ失衡补偿方法,其特征在于,所述的初始化分离矩阵W是指由于算法中应用的分离矩阵W=(w1,w2,…wn)T为单位正交,所以需对每个wi(i=l,…,n)进行初始化,使其具有单位范数,并使W正交。
6.根据权利要求3所述的相干光OFDM通信系统IQ失衡补偿方法,其特征在于,所述的正则化分离矩阵W是指由于算法的解向量是正交的,但迭代算法并不能使其自动正交,因此必须在每步或一定间隔次数的迭代后对W进行向量正交化处理。
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