CN104468453A - 一种适用于光正交频分复用传输系统的相位盲估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光正交频复用传输系统数字信号处理技术，具体涉及一种适用于光正交频分复用传输系统的相位盲估计方法。本发明的目的在于提供一种适用光正交频分复用传输系统的相位盲估计方法，不同于将已知信息作为导频信号，该方法将未知的经过特定编码的信号作为导频信号，在估计系统相位并补偿相位噪声的同时提升了频谱利用率，该方法计算复杂度低，简单可行，适合大范围推广应用。

Description

一种适用于光正交频分复用传输系统的相位盲估计方法

技术领域

本发明涉及光正交频复用传输系统数字信号处理技术，具体涉及一种适用于光正交频分复用传输系统的相位盲估计方法。

背景技术

为了应对日益增长的带宽需求，在不久的将来，光通信系统的信道传输速率将增加至1Tb/s甚至更高，光OFDM技术被认为是应对这种超大容量超长距离系统应用需求的极具竞争力的技术之一而被广泛的研究，而相位噪声成为限制其系统应用性能的主要因素之一，以最小的代价来补偿相位噪声带来的影响成为了一个技术难点，目前为止，主要有两种方式来对相位噪声进行补偿进而对相位进行估计恢复：导频估计和盲估计。对于导频估计方式，已有很多种方法对相位噪声进行估计，如导频辅助法、射频导频辅助法、伪导频辅助法等，然而这些方法均需要占用一个或者多个导频载波来传输已知信息进而进行载波相位噪声估计和相位恢复，从而降低了系统的谱效率，而盲估计无需占用频带来进行相位噪声估计，通过特定的数字信号处理算法来对未知的信息进行相位噪声估计，已知的盲估计方法如恒模调制的盲估计、无数据辅助的相位噪声抑制法，其虽然可以提升谱效率，但是算法的计算量很大，难以线速处理数据。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用光正交频分复用传输系统的相位盲估计方法，不同于将已知信息作为导频信号，该方法将未知的经过特定编码的信号作为导频信号，在估计系统相位并补偿相位噪声的同时提升了频谱利用率，该方法计算复杂度低，简单可行，适合大范围推广应用。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种适用于光正交频分复用传输系统的相位盲估计方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在OFDM的帧结构中随机选取K个子载波作为相位盲估计的导频信号，其中K的取值范围为：2＜K＜N,N为帧结构中总子载波数，其余子载波进行相位幅度调制；

(2)在发送端将导频信号进行M阶幅度调制，其中M的取值范围为：2≤M＜K；

(3)在接收端将M阶幅度调制的K个子载波导频信号做一阶拟合；

(4)计算出经过一阶拟合后M阶幅度调制的K个子载波导频信号轴与实部坐标轴的夹角θ，该夹角θ即系统相位偏移角；

(5)根据拟合后得到系统相位偏移角对其余信号进行相位补偿，恢复出实际相位信息，经过系统解调后恢复出原始信号；

(6)导频部分的信号经过M阶幅度解调后，恢复出原始信号。

如上所述的相位盲估计方法，其特征在于：所述的步骤2中M阶幅度调制过程中，将一半的导频进行正幅度调制，另一半导频进行负幅度调制。

本发明的有益效果在于：

1)将未知的经过特定编码的未知信号作为导频信号，在估计系统相位并补偿相位噪声的同时提升了频谱利用率；

2)计算复杂度底，简单可行。

附图说明

图1适用光正交频分复用传输系统的相位盲估计方法的流程图

图2a常规相位估计方法中OFDM帧结构的时间/频率二维图；

图2b提出的幅度调制格式；

图2c相位估计的一阶拟合；

图3载波相位盲估计光传输系统的主要数字信号处理流程

具体实施方式

名词解释：OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术。

QAM中文全称：正交振幅调制，其幅度和相位同时变化，属于非恒包络二维调制。

PRBS(Pseudo-Random Binary Sequence)为伪随机二进制序列。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明一种适用光正交频分复用传输系统的相位盲估计方法的实施方式为：

(1)在OFDM的帧结构中随机选取K个子载波作(2＜K＜N,N为帧结构中总子载波数)为相位盲估计的导频信号，其余子载波进行相位幅度调制；

(2)在发送端将导频信号进行M阶幅度(2≤M＜K)调制,调制后的导频信号可表示为s_i＝γ_ie^jkπ，其中γ_i为幅度(γ_i的数量为M个)，其中i为导频符号顺序数，j为虚数单位，k为导频信号的个数，图2b给出的示例中γ_i随机对应1、3、5、7中的一个，k为正整数。为了提高后续步骤中拟合的精度，特将一半的导频信号进行正幅度调制，另一半导频信号进行负幅度调制，这样就保证了后续步骤中用于一阶拟合的点有正有负，从而提高了拟合的精度。

(3)在接收端将经过FFT解调后的M阶幅度调制的K个子载波导频信号做一阶拟合(线性拟合)。收到的导频信号可表示为其中φ为相位偏差，θ_i为相位噪声，由于在一个OFDM符号内不同子载波的相位噪声近似一致，可知在星座图上分布于相位幅角为φ+θ_i的直线周围。具体拟合方法为对导频信号进行一阶拟合，通过拟合得到直线的斜率通过斜率对2π进行取模运算得到相位幅角φ+θ_i，为提高拟合的精度，特将一半的导频信号进行正幅度调制，另一半导频信号进行负幅度调制，图2b的示例显示我们分别将一半的导频信号幅度调制的幅度为1、3、5、7，另一半的导频信号进行幅度调制，其幅度为-1、-3、-5、-7，，这样就保证了用于一阶拟合的点有正有负，从而提高了拟合的精度，如图2c所示。根据最大似然定理，相位噪声在多次平均之后正负相消近似为零，对N个接收信号后幅角取模后的统计值应该满足将统计累加值除以N后即可得到相位偏差φ。

(4)用之前一阶拟合得到的相位幅角与相位偏移角做差得到每个OFDM符号的相位噪声角θ_i，结合拟合后得到系统相位偏移角φ，对OFDM帧中所有信号逐个符号与(θ_i+φ)做差进行相位纠偏，相位纠偏后数据为再对导频信号和帧中其他相位幅度调制的信号解调后即可恢复出原始信号。

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明，本实施例以4-QAM OFDM系统结合4阶幅度调制的导频信号相位估计为例，当然上述方法可以适用于16-QAM、64-QAM等高阶QAM OFDM系统中，需用的导频信号也可采用更高阶的幅度调制从而进一步提高频谱利用率。

该方法适用的系统信号处理流程如图3所示，PRBS分为两部分，一部分经过4QAM映射，另一部分作为相位估计的导频信号，进行4阶幅度映射即每两个比特信息的4种组合与4个幅度(1，3，5，7)进行一一映射(00代表1、01代表3、10代表5、11代表7)，为提高拟合的精度，也可将一半的导频信号进行正幅度调制，另一半导频信号进行负幅度调制(00代表-1、01代表-3、10代表1、11代表3)。两部分信号经过OFDM调制后，在光纤信道传输后，在接收端进行解调制，首先进行OFDM信号解调，导频部分的信号利用本发明方法，进行4阶幅度调制的一阶拟合，得到拟合直线的斜率通过斜率对2π进行取模运算得到相位幅角，对相位进行估计后，在OFDM解调过程，对4QAM调制信号进行相位补偿，随后经过4QAM解映射恢复出原始数据，而导频部分的信号经过4阶幅度解映射得到恢复。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种适用于光正交频分复用传输系统的相位盲估计方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）在OFDM的帧结构中随机选取K个子载波作为相位盲估计的导频信号，其中K的取值范围为：2＜K＜N,N为帧结构中总子载波数；

（2）在发送端将导频信号进行M阶幅度调制，其中M的取值范围为：2≤M＜K；

（3）在接收端将M阶幅度调制的K个子载波导频信号做一阶拟合；

（4）计算出经过一阶拟合后M阶幅度调制的K个子载波导频信号轴与实部坐标轴的夹角θ，该夹角θ即系统相位偏移角；

（5）根据拟合后得到系统相位偏移角对其余信号进行相位补偿，恢复出实际相位信息，经过系统解调后恢复出原始信号；

（6）导频部分的信号经过M阶幅度解调后，恢复出原始信号。

2.如权利要求1所述的相位盲估计方法，其特征在于：所述的步骤2中M阶幅度调制过程中，将一半的导频进行正幅度调制，另一半导频进行负幅度调制。