CN108737313B - 一种残余载波频偏抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种残余载波频偏抑制方法，步骤包括：首先，产生M个可能的残余载波频偏，选取其中一个在频域上对接收信号进行残余载波频偏补偿；接着，计算载波相位的频谱分量以及计算载波相位频谱对称性；然后，分别计算剩下的(M‑1)个可能的残余载波频偏对应的载波相位频谱对称性并且选取对称性最高的一个作为最终残余载波频偏估计；最后，在时域上对多个OFDM符号进行残余载波频偏估计并且取平均。本发明基于载波相位频谱对称性分析，在频域上对接收信号进行操作，在频域即可获得载波相位频谱，方法复杂度低，实用性强，能有效降低系统对载波频偏估计算法精度的要求，提高系统对残余载波频偏的容忍度。

Description

一种残余载波频偏抑制方法
技术领域
本发明属于光通信技术领域，特别涉及相干光正交频分复用系统中的一种残余载波频偏抑制方法。
背景技术
相干光正交频分复用(CO-OFDM)具有高光谱效率、灵活的频谱分配、有效地抵抗码间串扰等优点，是下一代弹性光网络中的重要物理层技术之一。但是CO-OFDM系统的一个主要缺陷是对载波相位极为敏感。CO-OFDM系统中的载波相位波动主要由相位噪声以及载波频偏这两部分产生。
为了抑制光相位噪声，研究人员提出一种将光相位噪声进行傅里叶基底(DFT-based)展开的方法，该方法不仅能够估计出共同相位噪声(CPE)，而且能够抑制子载波间的干扰(ICI)。具体见参考文献：X.Fang,C.Yang,T.Zhang and F.Zhang,"Orthogonal BasisExpansion-Based Phase Noise Suppression for PDM CO-OFDM System,"IEEEPhotonics Technol.Lett.,vol.26,no.4,pp.376-379,Feb,2014。但是，该算法的前提是载波频偏需要被完美地补偿。在现实的通信系统中，发送端和接收端激光器存在一定量(几个GHz之内)的频偏。为了估计载波频偏，研究人员提出了利用训练符号之间的相关特性的方法来进行频偏估计，具体见参考文献：T.M.Schmidl and D.C.Cox,"Robust frequency andtiming synchronization for OFDM,"IEEE Trans.Commun.,vol.45,no.12,pp.1613-1621,Dec,1997。这种载波频偏估计方案没有考虑到激光器线宽的影响，它的估计精度随着激光器线宽的增加而急剧下降，虽然经过研究人员的不断改进，频偏估计的精度得到提高，但是仍然有几个MHz的残余载波频偏，具体见参考文献：H.Y.Rha,C.J.Youn,E.S.Nam,andH.W.Choi,"Simple full-range carrier frequency offset estimation for highspeed CO-OFDM,"Opt.Express,vol.21,no.20,pp.23896-23906,Sep,2013。即使是2～3MHz的残余载波频偏都会对后面的相位噪声抑制算法产生很大的影响，严重降低了CO-OFDM系统对激光器线宽的容忍度。
为此，研究一种针对残余载波频偏的抑制方法对于提高CO-OFDM系统的准确性具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种残余载波频偏抑制方法，该方法基于载波相位频谱对称性分析，能够提高CO-OFDM系统对残余载波频偏的容忍度，同时方法复杂度低且实用性强。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种残余载波频偏抑制方法，首先，产生M个可能的残余载波频偏，选取其中一个在频域上对接收信号进行残余载波频偏补偿；接着，计算载波相位的频谱分量以及计算载波相位频谱对称性；然后，分别计算剩下的(M-1)个可能的残余载波频偏对应的载波相位频谱对称性并且选取对称性最高的一个作为最终残余载波频偏估计；最后，在时域上对多个OFDM符号进行残余载波频偏估计并且取平均。本发明基于载波相位频谱对称性分析，在频域上对接收信号进行操作，在频域即可获得载波相位频谱，方法复杂度低，实用性强，能有效降低系统对载波频偏估计算法精度的要求，提高系统对残余载波频偏的容忍度。
具体的，所述残余载波频偏抑制方法包括步骤：
(1)产生总共M个可能的残余载波频偏，其中第p个为εp·fs。fs为子载波间距，εp＝-0.5+(p-1)/(M-1)，p＝1,2,...,M；
(2)选取其中一个残余载波频偏εp·fs在频域上对接收到的信号进行残余载波频偏补偿；
(3)计算载波相位的一阶分量，并由此获得载波相位频谱对称性；
(4)重复步骤(2)和步骤(3)，计算剩下(M-1)个可能残余载波频偏对应的载波相位频谱对称性，并且选取载波相位频谱对称性最高情况下的可能残余载波频偏作为估计输出；
(5)在多个OFDM符号上重复上述操作，并且对不同符号上残余载波频偏估计值进行平均。
优选的，所述步骤(2)中，设接收信号Y＝[Y(0),Y(1),...,Y(N-1)]T，选取步骤(1)中产生的其中一个残余载波频偏εp·fs进行补偿，具体处理过程如下：
Figure GDA0002736495750000021
其中，Z(k),k＝0,1,2,...,N-1，是一个OFDM符号内的在时域上的残余载波频偏对应的傅里叶变换，具体表达如下所示：
Figure GDA0002736495750000031
为了降低算法复杂度，我们将Z(k)进行截断操作，只保留中间LL项，LL表示设定的截断阶数，其余高阶项人为设为0，在这种近似下，Y′可以如下表示：
Figure GDA0002736495750000032
其中
Figure GDA0002736495750000033
表示取不大于A的最大整数，
Figure GDA0002736495750000034
表示取不小于A的最小整数。
优选的，所述步骤(3)中，计算载波相位的一阶分量，并由此获得载波相位频谱对称性，步骤如下：
(3-1)假定发送端的导频子载波设计如下：
Figure GDA0002736495750000035
其中，Np是发送端插入的导频子载波的总数目，lq表示插入的导频子载波的位置序号，其中0≤q≤Np-1。
(3-2)选取步骤(2)中计算的向量Y′中的一个子集
Figure GDA0002736495750000036
组成如下向量C：
Figure GDA0002736495750000037
为了降低运算量，在步骤(2)中，我们只需计算向量C所涉及的元素，其他的元素可以不予操作。
(3-3)计算载波相位频谱I，具体步骤如下：
Figure GDA0002736495750000038
其中，(·)H表示对矩阵取厄米共轭运算，Hp表示信道在导频Xp位置上的信道响应。
(3-4)计算载波相位频谱对称性，载波相位频谱对称性定义如下：
S＝1/|I(1)-I(N-1)|2。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明提出一种基于载波相位频谱对称性分析的低复杂度残余载波频偏抑制方法，该方法在频域上对接收信号进行操作，避免了大量的傅里叶变换运算，并且在频域即可获得载波相位频谱，无需执行正交基底展开操作，算法复杂度低且实用性强。
附图说明
图1是本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本发明方法主要涉及相干光正交频分复用系统接收端的信号处理问题。本实施例中设定：每个CO-OFDM符号的总子载波N＝1024，导频子载波数Np＝16，总共产生9个可能残余载波频偏(M＝9)，Z(k)截断阶数LL＝3，利用20个CO-OFDM符号(K＝20)进行估计。
下面结合图1，对本发明一种残余载波频偏抑制方法进行说明。
S101：假定待估计的残余载波频偏(归一化到子载波间距)的范围是[-0.5,0.5]，产生总共9个可能的残余载波频偏，其中第p个为εp·fs，其中，εp＝-0.5+(p-1)/(M-1)，p＝1～9，fs为子载波间距。
S102：选取其中一个残余载波频偏εp在频域上对接收到信号Y进行残余载波频偏补偿(截断阶数LL取3)，简化运算公式后，得到：
Figure GDA0002736495750000041
S103：计算载波相位的频谱I：
Figure GDA0002736495750000051
其中矩阵C如下所示：
Figure GDA0002736495750000052
计算载波相位频谱对称性S：
S＝1/|I(1)-I(N-1)|2；
S104：重复步骤S102～S103，直到遍历所有产生的9个可能残余载波频偏，并且选取载波相位频谱对称性最高时对应的一个残余载波频偏作为本次估计；
S105：在剩下19个CO-OFDM符号上重复步骤S101到步骤S104，平均全部20次估计的结果得到最终的残余载波频偏估计值
以上对本发明所述的相干光正交频分复用系统中的一种基于载波相位频谱对称性分析的低复杂度残余载波频偏抑制方法进行了详细地介绍，以上的实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想而非对其进行限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种残余载波频偏抑制方法，其特征在于，首先，产生M个可能的残余载波频偏，选取其中一个在频域上对接收信号进行残余载波频偏补偿；接着，计算载波相位的频谱分量以及计算载波相位频谱对称性；然后，分别计算剩下的(M-1)个可能的残余载波频偏对应的载波相位频谱对称性并且选取对称性最高的一个作为最终残余载波频偏估计；最后，在时域上对多个OFDM符号进行残余载波频偏估计并且取平均。
2.根据权利要求1所述的残余载波频偏抑制方法，其特征在于，所述残余载波频偏抑制方法包括步骤：
(1)产生总共M个可能的残余载波频偏，其中第p个为εp·fs，fs为子载波间距，εp＝-0.5+(p-1)/(M-1)，p＝1,2,...,M；
(2)选取其中一个残余载波频偏εp·fs在频域上对接收到的信号进行残余载波频偏补偿；
(3)计算载波相位的一阶分量，并由此获得载波相位频谱对称性；
(4)重复步骤(2)和步骤(3)，计算剩下(M-1)个可能残余载波频偏对应的载波相位频谱对称性，并且选取载波相位频谱对称性最高情况下的可能残余载波频偏作为估计输出；
(5)在多个OFDM符号上重复上述操作，并且对不同符号上残余载波频偏估计值进行平均。
3.根据权利要求2所述的残余载波频偏抑制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，设接收信号Y＝[Y(0),Y(1),...,Y(N-1)]T，N 为总子载波数量 选取步骤(1)中产生的其中一个残余载波频偏εp·fs进行补偿，具体处理过程如下：
Figure FDA0002736495740000011
其中，Z(k),k＝0,1,2,...,N-1，是一个OFDM符号内的在时域上的残余载波频偏对应的傅里叶变换，具体表达如下所示：
Figure FDA0002736495740000012
4.根据权利要求3所述的残余载波频偏抑制方法，其特征在于，对Z(k)进行截断操作，只保留中间LL项，LL表示设定的截断阶数，其余高阶项人为设为0，在这种近似下，Y′表示方式如下：
Figure FDA0002736495740000021
其中
Figure FDA0002736495740000022
表示取不大于A的最大整数，
Figure FDA0002736495740000023
表示取不小于A的最小整数。
5.根据权利要求3或4任一项所述的残余载波频偏抑制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，计算载波相位的一阶分量，并由此获得载波相位频谱对称性，步骤如下：
(3-1)假定发送端的导频子载波设计如下：
Figure FDA0002736495740000024
其中，Np是发送端插入的导频子载波的总数目，lq表示插入的导频子载波的位置序号，其中0≤q≤Np-1；
(3-2)选取步骤(2)中计算的向量Y′中的一个子集
Figure FDA0002736495740000025
组成如下向量C：
Figure FDA0002736495740000026
(3-3)计算载波相位频谱I，步骤如下：
Figure FDA0002736495740000027
其中，(·)H表示对矩阵取厄米共轭运算，Hp表示信道在导频Xp位置上的信道响应；
(3-4)计算载波相位频谱对称性，载波相位频谱对称性定义如下：
S＝1/|I(1)-I(N-1)|2。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115333603B (zh) * 2022-07-14 2023-06-27 航天恒星科技有限公司 载波同步方法、装置、电子设备及存储介质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101039291A (zh) * 2006-03-16 2007-09-19 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 纠正残余载波频偏、固定相位和幅值偏差的方法及装置
CN101388001A (zh) * 2008-06-25 2009-03-18 天津大学 基于全相位fft的高精度瞬间相位估计方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150229503A1 (en) * 2014-02-07 2015-08-13 Electronics & Telecommunications Research Institute Method for generating signal in wireless communication system and apparatus therefor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101039291A (zh) * 2006-03-16 2007-09-19 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 纠正残余载波频偏、固定相位和幅值偏差的方法及装置
CN101388001A (zh) * 2008-06-25 2009-03-18 天津大学 基于全相位fft的高精度瞬间相位估计方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Frequency synchronization algorithm robust to pilot distortion in ATSC system》;Young-Jae Ryu,et al.;《 IEEE Transactions on Consumer Electronics 》;20021107;第48卷(第3期);全文 *
《衍生于全相位FFT的双子段相位估计法》;黄翔东等;《系统工程与电子技术》;20141130;第36卷(第11期);全文 *

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