CN104506467B - 提升oqam‑ofdm光传输系统接收灵敏度的信道估计方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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

本发明涉及光OFDM通信技术，具体地，涉及一种提升OQAM-OFDM光传输系统接收灵敏度的信道估计方法。

背景技术

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1Tb/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 OrthogonalFrequency Division Multiple，OQAM-OFDM)利用具有良好时频聚焦特性的滤波器组改进了传统的OFDM的时域矩形成型脉冲，从而将OFDM子载波在频域上只有10dB旁瓣抑制比的sinc包络改进成具有超过35dB旁瓣抑制比的sinc包络以适应信道的频率偏移和相位噪声等特征。OQAM-OFDM在继承传统的OFDM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OFDM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。

对于传统的光OFDM，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OQAM-OFDM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(ω)＝H_btb(ω)·exp(jβ₂ω²L/2)·exp(-jτω)，其中ω为对应的频点，H_btb(ω)为光纤信道背靠背传输时的信道响应，L和β₂分别为光纤的长度和群速度色散常数，τ表示信道的时延，其复增益响应和相位响应会破坏OQAM-OFDM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OFDM的信道估计算法不能直接用于光OQAM-OFDM中。

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OFDM/OQAM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 OFDM/OQAM-IOTA 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 forOFDM/OQAM 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。

而在光传输系统中，OQAM-OFDM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OQAM-OFDM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a_k,l表示第l帧中的第k个子载波上的符号，一帧导频序列b_k,l与L帧调制信号a_k,l合成2一个完整的结构c_k,l送入下一步处理，其中，b_k,l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OQAM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 然后，的奇数子载波5以及的偶数子载波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OQAM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，得到的信号实部为：对应的信号虚部为：k＝0,1,...N-1，其中g(t)为脉冲成型函数。最后，滤波后的信号通过并串转换10以及DAC11，进而生成基带的OQAM-OFDM信号调制到光路17上进行发射。在接收端，经过光纤信道传输后的OQAM-OFDM信号，由光电探测器18完成其光电转换后，得到接收信号r(t)。进入ADC20进行模数转换，转换后的数字信号通过串并转换模块21后，再经过与发送端相匹配的接收滤波器组22后进入FFT运算单元23。FFT运算完成后，经过相位估计后，信号再次被分成I/Q两路后分别移除相邻子载波的90度相移2425，从而完成offset-QAM信号到QAM的转变，即OQAM解调过程，得到均衡前的实部频域数据和虚部之后，从得到的数据中提取出之前导频序列b_k,l相对应的位置上的接收数据实部频域数据通过与b_k,l相除得到信道估计系数利用对和进行单抽头ZF(Zero Forcing)均衡26，经过取实27和取虚28后，进入QAM信号解映射模块29，从而完成OQAM-OFDM的解调。

综上所述，OQAM-OFDM虽然利用滤波器组来对抗光纤信道的色散和非线性效应，降低对频率偏移和相位噪声的敏感性，但是用一列取值固定为+1、-1的导频序列没有很好地处理子载波正交性破坏带来的ISI和ICI，即使没有信号畸变和噪声引入，也不能准确地估计信道的真实值。而且，大部分算法在补偿光纤色散和非线性效应引起的信号畸变时，往往忽略了系统器件带来的随机分布高斯噪声问题，这更加直接影响了系统的接收灵敏度。这是OQAM-OFDM在光传输系统走向应用的一大障碍，也是本发明主要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种提升OQAM-OFDM光传输系统接收灵敏度的信道估计方法。

根据本发明提供的提升OQAM-OFDM光传输系统接收灵敏度的信道估计方法，包括以下步骤：

步骤1：在发射端，将L帧用户数据a_k,l分为L/T块，每隔T帧用户数据a_k,l便周期性地插入一帧导频符号p_k,l，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l为数据帧序号；

步骤2：设计IAM-C结构的伪导频序列b_k,l，进而，将IAM-C结构的伪导频序列b_k,l插入第一发射信号的最前面形成第二发射信号c_k,l；

步骤3：第二发射信号c_k,l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)经接收转换模块后为数据流r_k,l，进而从数据流r_k,l中提取出伪导频序列b_k,l，计算得到光纤信道的复增益并对所述复增益进行一阶LS信道估计得到第二接收信号；表示对信道响应的估计，上标(c)表示信道复增益；

步骤5：在第二接收信号中每隔T帧提取出对应接收到的导频符号对L/T+1帧导频符号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：对第三接收信号进行信道ZF均衡，进而解调成用户发射数据。

优选地，所述IAM-C结构具体为，在奇数列，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，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表示复数0+1j。

优选地，所述伪导频序列b_k,l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帧Preamble结构。

优选地，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c_k,l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并串转换模块、数字模拟转换器生成上行发射信号。

优选地，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、光电探测器和示波器；

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。

优选地，所述接收转换模块包括顺次相连的模拟数字转换器、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)依次经过模拟数字转换器、串并转换模块、接收端滤波器组和FFT运算单元生成数据流r_k,l。

优选地，所述一阶LS信道估计，具体为，所述光纤信道的复增益为：其中，w_k,l为附加的随机分布高斯噪声，为发送第l个OFDM/OQAM符号时第k个子载波的信道频率值，表示为： 为发送导频序列b_k,l与码间干扰分量的叠加，在IAM-C结构中，能够简化为Ag为衡量时频聚焦性的模糊函数，其定义为：g(t)为滤波成型函数，τ₀、v₀为OQAM-OFDM的信号时频格点距离。

优选地，所述二阶LS信道估计具体为，在第二发射信号中，每隔T帧提取出对应的导频符号对L/T+1帧导频符号得到的结果取时域平均，相当于对w_k,l的线性变换，即H(k)为第k个子载波的响应，代表的第k个子载波干扰近似估计值。

优选地，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。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过基于干扰利用的干扰近似方法，消除了信道复增益给信道估计带来的干扰，能够准确地估计光纤信道的复增益和相位响应；

2、本发明通过时域平均的方法，很好地对抗系统随机分布高斯噪声影响，使接收数据噪声均值趋近于零；

3、本发明相比传统的信道估计算法，IATA-CE有更好的误码率性能和更高的接收灵敏度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为基于传统的信道估计的光OQAM-OFDM高速传输系统的工作结构图。

图2为本发明中包括Pilots导频符号和Preamble导频序列的一帧完整的数据符号结构图。

图3为基于本发明——IATA-CE的光OQAM-OFDM高速传输系统的工作结构图。

图4为OQAM-OFDM无源光网络传输系统在不同信道估计条件下的BER性能对比图，图中：横轴为接收端的光功率，纵轴是BER表示误码率大小，IATA-CE表示本发明提出的基于干扰近似估计的时域平均算法，IAM-C表示干扰伪导频估计，Avg表示用于OFDM的信道平均估计算法，FFT表示用于OFDM的信道FFT插值估计算法。

图5为基于IATA-CE的OQAM-OFDM信号在BtB及传输25km和50km的BER曲线对比图。

图中：

1为QAM映射，2为合成数据帧，3为取实部，4为取虚部4，5为奇数子载波90度相移，6为偶数子载波90度相移，7为T/2延时，8为IFFT8，9为发射端滤波器组，10为P/S转换，11为DAC11，12为AWG，13为射频放大器，14为LD，15为，16为MZM，17为G.652SMF，18为PD，19为OSC，20为ADC，21为S/P转换，22为接收端滤波器组，23为FFT，24为奇数子载波90度相移，25为偶数子载波90度相移，26为单抽头均衡器，27为Q路解调信号，28为I路解调信号，29为QAM解映射，30为IAM-C结构；31为导频符号映射；32为一阶LS估计，33为二阶LS估计，34为ZF均衡。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在阐述具体实施方式之前，首先介绍其中所使用的术语：

1、本信道估计算法全称是基于干扰近似估计的时域平均信道估计算法，其英文全称是Interference-Approximation based Time domain Averaging Channel EstimationMethod，简称IATA-CE。

2、IAM-C结构30就是基于干扰近似估计的伪导频序列，为传统的IAM结构和IAM-I结构的改进，在保留与IAM-I相同的等效导频功率的基础上，区分奇偶列：在奇数列，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，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，在本发明中IAM、IAM-I、IAM-C结构均适用。

3、OQAM调制就是信号被分为I路，即实部3和Q路，即虚部4两路信号，然后，I路的奇数子载波以及Q路的偶数子载波分别进行90度的相移的操作，Q路信号将相对于I路信号延迟T/2的周期时间7，其中，T为输入端信号的符号周期，并保持两者正交。

4、OQAM解调信号再次被分成I/Q两路后分别移除相邻子载波的90度相移，将I路和Q路信号合到一个时隙里。

5、IFFT快速离散逆傅里叶变换，为频率信号X(k)到时域信号x(t)的傅里叶逆变换，即：其中N为子载波数。

6、FFT为快速离散傅里叶变换，为时域信号x(t)到频率信号X(k)的傅里叶变换，即：

7、滤波函数为平方根升序弦函数—SRRC(Square Root Raised Cosine)函数，其表达式为：式中：T为输入脉冲信号的周期，α为滚降系数，滚降特性信道的带宽为：(1+α)f₀。根据奈奎斯特第一准则，如果信号经传输后整个波形发生了变化，只要其特定点的抽样值保持不变，那么用再次抽样的方法，仍然可以准确无误地恢复原始信号。满足奈奎斯特第一准则的滤波器可以说有无穷多种，最常用的便是升余弦滚降滤波器，这里，发送端的成形滤波器9和接收端的匹配滤波器22都采用平方根升余弦滚降滤波器，这样即完成了信号的滤波成型，又完成了滤波器的匹配。

8、CE(Channel Estimation)即信道估计。

9、LS(Least Square)、即最小二乘估计，具体地说就是解调出的信号除以发射端的信号得到的就是信道频率响应系数。

10、ZF(Zero Forcing)即迫零均衡，就是解调信号除以得到的信道估计系数以去除信号的畸变。

11、TA(Time-domain Averaging)34即时域平均，就是对应导频符号位置上的接收到的信号利用LS估计计算得到对应格点的信道响应，在时域上利用平均算法对L/T+1帧的响应取平均。

12、P/S转换为并/串转换10；S/P转换为串/并转换21。

13、图中各个系统器件解释如下：DAC为数字模拟转换器11；AWG为任意波形发生器12；MZM为马赫曾得光调制器16；LD为半导体激光器14；PC为偏振控制器15；G.652SMF为G.652标准的单模光纤17；PD为光电探测器18；OSC为示波器19；ADC为模拟数字转换器。

先对发射机与接收机的原理具体为：

发射机：每L帧用户数据经过QAM映射1之后得到L帧调制信号a_k,l，首先将L帧调制信号a_k,l分为L/T块，每块有T帧数据符号。然后，每隔T帧调制信号a_k,l便周期性地插入一帧块状Pilots导频符号p_k,l，用于对抗高斯噪声，加上最前面的一帧p_k,l，此时共有L+L/T+1帧信号，其包括L帧数据符号和L/T+1帧导频符号31。接下来，为不失一般性，取一帧经过导频功率优化设计的取值为{+1，+j，-1，-j...}的基于干扰近似的周期性导频序列b_k,l30，并在两侧用两列零保护，形成三帧Preamble结构，与L帧调制信号a_k,l和L/T+1导频符号p_k,l合成一个完整的结构c_k,l送入下一步处理。用户数据经过M-QAM映射之后，被分为I路(实部)和Q路(虚部)两路信号然后，的奇数子载波以及的偶数子载波分别进行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，完成OQAM调制。延迟后的信号再一起通过N点的IFFT运算，完成信号从频域到时域的转换。然后，数据通过由滚降系数预先设定的SRRC函数原型滤波函数转换的滤波器组后，得到的信号实部为：

k＝0,1,...N-1，其中，g(t)为SRRC脉冲成型函数。g(t)为SRRC脉冲成型函数，N为全部的子载波数，n表示子载波序号，p为数据帧序号，为c_p,n的实部。

最后，滤波后的信号通过并串转换模块以及DAC，进而生成基带的OQAM-OFDM信号调制到光路上进行发射。需要注意的是，本验系统为强度调制直接检测(IntensityModulation Direct Detection/IMDD OQAM-OFDM systems)，因此调制到MZM上的电信号为实域信号，为此，在OQAM信号被送入IFFT模块前，利用Hermitian对称性来设计了IFFT各个子载波符号的位置，使IFFT产生的数据为实数信号，最终生成的信号s(t)＝s^real(t)。

光路传输，在IMDD-OQAM-OFDM光传输系统中，首先，由计算机(常用Matlab等软件)产生的模拟OQAM-OFDM信号文件被下载到最高速率12GSa/s的AWG12后，经过射频放大器13，然后信号通过MZM16被调至到193.1THz的光路，PC15用于控制MZM16的插入损耗，使之最小化，种子光源采用精密的窄线宽光源半导体激光器14。调制后的光OQAM-OFDM信号被送入标准的G.652单模光纤17传输，其常用的传输距离有25km、50km、100km等。经过光纤传输后的信号被PD光电探测器18下变频至射频域，光电探测器为一种平方率器件，其原理是利用光载波与光OQAM-OFDM信号相混频实现解调。解调后的信号被送入示波器19存储为波形文件经过ADC20送入计算机进行接收端线下处理。

接收机，转换后的信号r(t)通过串并转换模块21后，再经过与发送端滤波器相匹配的SRRC滤波器组22进入FFT运算单元23得到r_k,l。首先从r_k,l数据流中提取出经过信道传输后的伪导频序列计算得到光纤信道的复增益为：其中为发送导频序列b_k,l与ISI/ICI分量的叠加，对IAM-C结构而言，可简化为由于发送端的IAM-C结构都是预先设计好的，收发机已知的序列，因此可以在接收端计算出来，用于接收端的“一阶LS信道估计”32，接下来需要对器件随机分布高斯噪声进行抑制。利用干扰近似方法估出信道的复增益后，从L+L/T+1帧r_k,l中每隔L帧提取出对应的接收到的导频符号进行“二阶LS信道估计”33，对L/T+1帧导频符号得到的结果取时域平均(TA)，相当于对w_k,l的线性变换，其表达式为：由于光纤信道为慢变信道，在一帧OFDM信号中的同一子载波处采用相同的频响是可行且有效的。利用H(k)表示第k个子载波的频率响应进行迫零均衡(ZF)34，去除信号的畸变以及噪声的影响，至此，信道估计完成。经过估计后，信号再次被分成I和Q两路后分别移除相邻子载波的90度相移，从而完成offset-QAM信号到QAM的转变，进入M-QAM信号解映射模块29，从而完成OQAM-OFDM的解调，还原用户发射数据。

在本实施例中，根据本发明提供的提升OQAM-OFDM光传输系统接收灵敏度的信道估计方法，包括以下步骤：

步骤1：在发射端，将L帧用户数据a_k,l分为L/T块，每隔T帧用户数据a_k,l便周期性地插入一帧导频符号p_k,l，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l为数据帧序号；

步骤2：设计IAM-C结构的伪导频序列b_k,l，进而，将IAM-C结构的伪导频序列b_k,l插入第一发射信号的最前面形成第二发射信号c_k,l；

步骤3：第二发射信号c_k,l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)经接收转换模块后为数据流r_k,l，进而从数据流r_k,l中提取出伪导频序列b_k,l，计算得到光纤信道的复增益并对所述复增益进行一阶LS信道估计得到第二接收信号；表示对信道响应的估计，上标(c)表示信道复增益；

步骤5：在第二接收信号中每隔T帧提取出对应接收到的导频符号对L/T+1帧导频符号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：对第三接收信号进行信道ZF均衡，进而解调成用户发射数据。

进一步地，所述IAM-C结构具体为，在奇数列，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，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表示复数0+1j。

进一步地，所述伪导频序列b_k,l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帧Preamble结构。

进一步地，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c_k,l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并串转换模块、数字模拟转换器生成上行发射信号。

进一步地，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、所述光电探测器和示波器；

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。

进一步地，所述接收转换模块包括顺次相连的模拟数字转换器、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)依次经过模拟数字转换器、串并转换模块、接收端滤波器组和FFT运算单元生成数据流r_k,l。

进一步地，所述一阶LS信道估计，具体为，所述光纤信道的复增益为：其中，w_k,l为附加的随机分布高斯噪声，为发送第l个OFDM/OQAM符号时第k个子载波的信道频率值，表示为： 为发送导频序列b_k,l与码间干扰分量的叠加，在IAM-C结构中，能够简化为Ag为衡量时频聚焦性的模糊函数，其定义为：g(t)为滤波成型函数，τ₀、υ₀为OQAM-OFDM的信号时频格点距离。

进一步地，所述二阶LS信道估计具体为，在第二接收信号中，每隔T帧提取出对应的导频符号对L/T+1帧导频符号得到的结果取时域平均，相当于对w_k,l的线性变换，即H(k)为第k个子载波的响应，代表的第k个子载波干扰近似估计值。

进一步地，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。

本实施例的验证实验参数为子载波个数N＝128，采用16QAM调制，信号属性为厄密共轭对称，导频符号间隔T＝50帧，采用6阶PN码帧同步方法，SRRC滤波函数滚降系数α为1，存储深度为2，AWG和OSA采样率为10GSa/s。射频放大器增益为20dB，激光器采用C波段中心频率193.1THz的DFB种子光源，线宽300kHz左右，入纤光功率10dBm，光纤长度为0km、25km、50km用于比较算法性能。

图4为OQAM-OFDM无源光网络传输系统在不同信道估计条件下的BER性能对比图，横轴为接收端的光功率，表示接收灵敏度，单位是dBm，纵轴是BER表示误码率大小，单位是dB。IATA-CE表示基于干扰近似估计的时域平均算法，IAM-C表示干扰伪导频估计，Avg表示用于OFDM的信道平均估计算法，FFT表示用于OFDM的信道FFT插值估计算法。可以明显看出，相比其它算法，IATA-CE算法的BER性能明显提高，接收灵敏度也大幅改善。在由ITU-T规定的FEC误码率门限3.8×10^-3上，相比IAM-C和传统的OFDM信道估计算法，IATA-CE接收灵敏度大约提高2dB和3dB。图5为基于IATA-CE的OQAM-OFDM信号在BtB及传输25km和50km的BER曲线图，由该图可知，经过光纤传输，多波长系统的接收灵敏度相对单波长系统的背靠背性能几乎没有恶化，进一步证实了IATA-CE有较好地抗色散能力，适用于光纤信道的传输，有利于提升OQAM-OFDM无源光网络传输系统的性能。

综上所述，采用本发明的IATA-CE信道估计算法可以明显提高OQAM-OFDM无源光网络传输系统的信道估计的准确度，提升系统的接收灵敏度，从而满足更大容量、更长距离、更高分光比的光网络传输系统需求。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

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a_k,l分为L/T块，每隔T帧用户数据a_k,l便周期性地插入一帧导频符号p_k,l，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l为数据帧序号；

步骤2：设计IAM-C结构的伪导频序列b_k,l，进而，将IAM-C结构的伪导频序列b_k,l插入第一发射信号的最前面形成第二发射信号c_k,l；

步骤3：第二发射信号c_k,l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r_k,l，进而从数据流r_k,l中提取出伪导频序列b_k,l，计算得到光纤信道的复增益并对所述复增益进行一阶LS信道估计得到第二接收信号；表示对信道响应的估计，上标(c)表示信道复增益；

步骤5：在第二接收信号中每隔T帧提取出对应接收到的导频符号对L/T+1帧导频符号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：对第三接收信号进行信道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IAM-C结构具体为，在奇数列，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，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表示复数0+1j。

3.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，所述伪导频序列b_k,l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帧Preamble结构。

4.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c_k，l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并串转换模块、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、光电探测器和示波器；

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5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模拟数字转换器、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)依次经过模拟数字转换器、串并转换模块、接收端滤波器组和FFT运算单元生成数据流r_k,l。

7.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，所述一阶LS信道估计，具体为，所述光纤信道的复增益为：其中，w_k,l为附加的随机分布高斯噪声，为发送第l个OFDM/OQAM符号时第k个子载波的信道频率值，表示为： 为发送导频序列b_k,l与码间干扰分量的叠加，在IAM-C结构中，能够简化为A_g为衡量时频聚焦性的模糊函数，其定义为：g(t)为滤波成型函数，τ₀、υ₀为OQAM-OFDM的信号时频格点距离。

8.根据权利要求7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，所述二阶LS信道估计具体为，在第二接收信号中，每隔T帧提取出对应的导频符号对L/T+1帧导频符号得到的结果取时域平均，相当于对w_k,l的线性变换，即H(k)为第k个子载波的响应，代表的第k个子载波干扰近似估计值。

9.根据权利要求8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。