CN110971307A - 一种对sefdm系统固有的子载波间干扰进行补偿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种对SEFDM系统固有的子载波间干扰进行补偿的方法，该方法采用“预估计+精确检测”。IQ分离迭代算法是预估计，基于傅里叶变换的检测算法是精确估计。IQ分离迭代算法，对提取的数据符号进行IQ分离并分别实行软判决，对于不能精准判决的分量置零，计算精确判决数据符号产生的子载波间的干扰，移除对这部分干扰并进行下一次迭代算法。基于傅里叶变换的检测算法是精确检测，对粗估计的数据符号进行傅里叶变换计算旨在恢复发送器中删除的数据，弥补由于压缩带来的子载波间的干扰。本发明相对于现有的联合迭代算法的补偿方案，具有消除子载波间干扰能力的同时，由于判决过程更加简便降低了计算量。

Description

一种对SEFDM系统固有的子载波间干扰进行补偿的方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，更具体地，涉及一种对SEFDM系统固有的子载波间干扰进行补偿的方法。

背景技术

光通信高频谱效率频分复用(Spectrally Efficient Frequency DivisionMultiplexing，SEFDM系统中的载波易受子载波间的干扰，导致收端正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)星座图的发散从而导致误码率的增加。SEFDM技术通过放弃保证子载波之间的正交性。使得相邻波靠的更近，从而进一步提升系统的谱效率。虽然SEFDM系统具有很好的提升谱效率的能力，但是由于失去子载波间的正交性，产生的信号具有非常强的子载波间干扰。如何高效地补偿子载波间的干扰是SEFDM系统的一个关键问题。

现有的联合迭代软判决算法和固定球面算法的补偿方案计算复杂度高，且由于用于现有的软判决迭代算法在判决策略上存在一定缺陷，导致联合算法预估计阶段的计算结果存在偏差，而在精确检测阶段采用的固定球面算法，其计算复杂度极高。因此对于SEFDM系统固有的子载波间的干扰，当前还没有一个有效且全面的补偿方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决对于SEFDM系统固有的子载波间的干扰，现有的软判决迭代算法在判决策略上存在一定缺陷，导致联合算法预估计阶段的计算结果存在偏差，而在精确检测阶段采用的固定球面算法，其计算复杂度极高，目前没有一个有效且全面的补偿方法的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种对SEFDM系统固有的子载波间干扰进行补偿的方法，包括以下步骤：

确定经过SEFDM系统调制后的光域信号；

对所述经过SEFDM系统调制的信号进行解调和均衡，得到待补偿的信号；

将所述待补偿的信号进行IQ分离，得到实部信号和虚部信号，分别对实部信号和虚部信号进行软判决，对于在预设误差范围内的实部信号和虚部信号，进行精确判决，并将在预设误差范围外的实部信号和虚部信号置零；

将精确判决后的实部信号和虚部信号合并，计算合并后的已判决信号对在预设误差范围外的实部信号和虚部信号造成的失真量，并将所述待补偿的信号减去所述失真量，得到补偿后的信号。

可选地，所述经过SEFDM系统调制后的光域信号，具体通过如下步骤得到：

确定待发送的比特数据；

对待发送的比特数据进行SEFDM信号调制；

为SEFDM调制后的信号添加同步序列组成待发送的数据帧；

对所述待发送的数据帧进行IQ调制，将其从电域调制到光域中，得到经过SEFDM系统调制后的光域信号。

可选地，对所述经过SEFDM系统调制的信号进行解调和均衡，得到待补偿的信号，具体包括如下步骤：

采用本振光源相干接收所述光域信号，得到对应的电域信号；

对所述电域信号进行同步处理；

对同步处理后的信号进行信道均衡估计；

对均衡后的信号进行补零和离散傅里叶变换，实现解调，得到待补偿的信号。

可选地，该补偿方法还包括如下步骤：

对所述补偿后的信号尾部加零后进行逆傅里叶变换，提取尾部的时域信号，时域信号的数目跟添加的零数目一致，截取的时域信号插入接收的时域信号尾部，进行傅里叶变换后提取传输的频域信号，即为进行联合补偿后的信号数据。

可选地，所述分别对实部信号和虚部信号进行软判决，对于在预设误差范围内的实部信号和虚部信号，进行精确判决，并将在预设误差范围外的实部信号和虚部信号置零，具体包括如下步骤：

S1、对所述待补偿的信号进行IQ分离，分别在信息的实部和虚部中寻找失真小于预设误差的传输符号，根据判决门限对其做精确判决，判决后对信息的实部和虚部合并；

S2、确定已判决的信息符号对在预设误差范围外的实部信号和虚部信号造成的ICI失真量；

S3、从所述待补偿的信号中减去步骤S2计算的ICI失真量，更新所述待补偿的信号，重复步骤S1、S2，对所述待补偿的信号进行预设迭代次数的迭代更新，至迭代结束。

可选地，所述步骤S1包括：

提取频域信号实数部分数值为S_re，虚数部分数值为S_im；分别对实部和虚部进行判决，判决门限d为：

其中，m为当前的迭代次数，V为总的迭代次数。

可选地，所述步骤S3的迭代公式如下：

S_n＝S₀+(1-C)(S_re+i*S_im)

其中，S_n为第n次迭代的结果，S₀是经过前端处理的频域信号，(S_re+i*S_im)为判决结果，C表示SEFDM的调制解调相关矩阵，(1-C)(S_re+i*S_im)为子载波间的干扰。

可选地，对所述补偿后的信号尾部进行补零，补零的个数为M即：

其中，α表示SEFDM的压缩系数，N为子载波的个数；

补零后的频域信号为S′_n，

其中，上标T表示转置，0_1×M表示对矩阵添加M个0，即在

矩阵尾部添加一列为零的元素；

补零后的频域信号为S′_n，对信号进行傅里叶逆变换，即：

其中，

表示傅里叶逆变换；

截取S_v尾部个数为M的数据，截取的数据为S_ignored，添加到接收的时域信号R的尾部，对数据进行傅里叶变换后得到的符号S_k为：

提取S_k的前N个数据即为进过补偿后的符号为S′_k。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明基于IQ分离迭代算法，对提取的数据符号进行IQ分离并分别实行软判决，该方法提供了更优异的软判决策略，而使得该符号造成的ICI失真得到更有效的补偿，从而提高了该方法对子载波干扰补偿的准确性。

(2)本发明采用基于傅里叶变换的检测算法，与传统使用联合迭代算法(如：ID-FSD)相比公式更加简便，从而可以极大的减少计算复杂度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的IQ分离迭代算法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的基于傅里叶变换的检测算法框图；

图3为本发明实施例提供的SEFDM通信系统架构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

针对现有技术的缺点，本发明提供了本发明公开了一种SEFDM通信系统子载波间的干扰联合补偿方法，其目的在于，该采用“预估计+精确检测”的方案。IQ分离迭代算法是预估计，基于傅里叶变换的检测算法是精确估计。IQ分离迭代算法，对提取的数据符号进行IQ分离并分别实行软判决，对于不能精准判决的分量置零，计算精确判决数据符号产生的子载波间的干扰，移除对这部分干扰并进行下一次迭代算法。基于傅里叶变换的检测算法是精确检测，对粗估计的数据符号进行傅里叶变换计算旨在恢复发送器中删除的数据，弥补由于压缩带来的子载波间的干扰。

本发明提供了本发明公开了一种SEFDM通信系统子载波间的干扰联合补偿方法，包括：

(1)SEFDM系统发射端的实现；

(2)SEFDM系统的解调和均衡；

(3)SEFDM系统检测器的实现。

上述的步骤(1)具体包括符号映射，添加训练序列，SEFDM信号调制，发送序列组帧，以及电域到光域调制。其中，符号映射模块用于接收经过串并转换的比特数据，输出信号经过复数转实数，并在频域添加训练序列，SEFDM信号调制是通过尾部加零进行逆离散傅里叶变换实现，随后添加同步序列组成帧，采用IQ调制器调制到光域。

上述的步骤(2)SEFDM系统的解调和均衡；具体包括光域到电域调制，定时同步，信道估计以及SEFDM信号解调。光域到电域采用的是用本振光源的相干接收，并对信号进行同步处理，随后基于训练序列对信号进行信道均衡估计。SEFDM信号解调是对信道均衡后的信号进行补零和离散傅里叶变换。

上述的步骤(3)SEFDM系统检测器的实现，其方法详细叙述如下：

(a)IQ分离迭代算法：经过前端处理的频域信号进行判决迭代检测的主要思想如下：首先对提取的数据符号进行IQ分离，在数据符号中寻找失真较小的传输符号，对其做精确判决，对于不能精确判决的这部分符号对其置零；对已判决符号进行IQ合并，并计算对其他符号造成的ICI失真量；最后，用数据符号减去计算得到的失真量，更新数据符号，重复迭代至结束。IQ分离迭代算法，其工作特征在于，所述迭代检测的关键点是软判决策略。好的软判决策略能尽快找出失真小的符号，对其进行判决，进而使得该符号造成的ICI失真得到补偿。

(b)基于傅里叶变换的检测算法：经过IQ分离迭代算法的频域信号，尾部加零后进行逆傅里叶变换，提取尾部的时域信号，时域信号的数目跟添加的零数目一致，截取的时域信号插入接收的时域信号尾部，进行傅里叶变换后提取传输的频域信号。

图1为本发明提供的IQ分离迭代补偿模块，由图1可知，所述步骤(a)具体包括如下步骤：

S1：对接收的信息进行IQ分离，分别在信息的实部和虚部中寻找失真较小的传输符号，根据判决门限对其做精确判决，这部分符号我们称之为“已确认正确传输的符号”。判决后对信息的实部和虚部合并；

具体地，失真较小的传输符号指的是：实部或者虚部在预设误差范围内的符号。

S2：利用原理计算出已判决的信息符号对其他信息符号造成的ICI失真量；

具体地，其他信息符号指的是：实部或者虚部在预设误差范围外的符号。

S3：从信息中减去第二步计算得到的失真量，更新信息符号，重复第一步到第三部至迭代结束。

图2为本发明提供的基于傅里叶变换的检测算法的具体结构示意图，根据图2所示的基于傅里叶变换的检测算法所述步骤(b)具体包括如下步骤：

S1：对经过IQ分离迭代粗补偿模块后的信号补零，补零后进行傅里叶逆变换，提取尾部对应的补零个数据；

S2：在第一步之后得到的频域信号添加到进行IQ分离迭代补偿模块之前的信号尾部；

S3：对上述结合后的新信号进行傅里叶变换，提取前端的信号即为进行了联合补偿后的信号数据。

图3为本发明提供的SEFDM系统示意图，从图3可以看出，SEFDM系统包括：SEFDM系统发射机的实现；SEFDM系统的解调和均衡；SEFDM系统检测器的实现。

优选地，所述SEFDM系统发射机的实现具体包括符号映射，添加训练序列，SEFDM信号调制，发送序列组帧，以及电域到光域调制。其中，符号映射模块用于接收经过串并转换的比特数据，输出信号经过实数转复数，并在频域添加训练序列，SEFDM信号调制是通过尾部加零进行逆离散傅里叶变换实现，随后添加同步序列组成帧，采用IQ调制器调制到光域。

所述SEFDM系统的解调和均衡具体包括光域到电域调制，定时同步，信道估计以及SEFDM信号解调。光域到电域采用的是用本振光源的相干接收，并对信号进行同步处理，随后基于训练序列对信号进行信道均衡估计。SEFDM信号解调是对信道均衡后的信号进行补零和离散傅里叶变换。

所述SEFDM系统检测器的实现，其方法包括IQ分离迭代算法和基于傅里叶变换的检测算法

优选地，IQ分离迭代粗补偿模块的结构如图1所示，所述IQ分离迭代粗补偿模块可以初步去除SEFDM系统自带的固有的子载波间的干扰，每一个SEFDM符号不受其它子载波间的干扰而准确解调。

更为具体的工作原理如下：提取频域信号实数部分数值为S_re，虚数部分数值为S_im。分别对实部和虚部进行判决，判决门限为：

其中，m为当前的迭代次数，V为总的迭代次数。

对已判决符号进行IQ合并，并计算对其他符号造成的ICI失真量。最后，用数据符号减去计算得到的失真量，更新数据符号，重复迭代至结束。

迭代公式如下：

S_n＝S₀+(1-C)(S_re+i*S_im)

其中，S_n为本次迭代的结果，S₀是经过前端处理的频域信号，(S_re+i*S_im)为判决结果，加号的整个后半部分为子载波间的干扰。

优选地，所述基于傅里叶变换的补偿模块的结构如图2所示，包括：对进行IQ分离迭代粗补偿后的信号进行补零，补零的个数为M即：

补零后的频域信号为S′_n，

补零后的频域信号为S′_n，对信号进行傅里叶逆变换，即：

截取S_v尾部个数为M的数据，截取的数据为S_ignored，添加到接收的时域信号R的尾部，对数据进行傅里叶变换后得到的符号为：

提取S_k前N个数据即为进过补偿后的符号为S′_k。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种对SEFDM系统固有的子载波间干扰进行补偿的方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定经过SEFDM系统调制后的光域信号；

对所述经过SEFDM系统调制的信号进行解调和均衡，得到待补偿的信号；

将所述待补偿的信号进行IQ分离，得到实部信号和虚部信号，分别对实部信号和虚部信号进行软判决，对于在预设误差范围内的实部信号和虚部信号，进行精确判决，并将在预设误差范围外的实部信号和虚部信号置零；

将精确判决后的实部信号和虚部信号合并，计算合并后的已判决信号对在预设误差范围外的实部信号和虚部信号造成的失真量，并将所述待补偿的信号减去所述失真量，得到补偿后的信号。

2.根据权利要求1所述的对SEFDM系统固有的子载波间干扰进行补偿的方法，其特征在于，所述经过SEFDM系统调制后的光域信号，具体通过如下步骤得到：

确定待发送的比特数据；

对待发送的比特数据进行SEFDM信号调制；

为SEFDM调制后的信号添加同步序列组成待发送的数据帧；

对所述待发送的数据帧进行IQ调制，将其从电域调制到光域中，得到经过SEFDM系统调制后的光域信号。

3.根据权利要求1所述的对SEFDM系统固有的子载波间干扰进行补偿的方法，其特征在于，对所述经过SEFDM系统调制的信号进行解调和均衡，得到待补偿的信号，具体包括如下步骤：

采用本振光源相干接收所述光域信号，得到对应的电域信号；

对所述电域信号进行同步处理；

对同步处理后的信号进行信道均衡估计；

对均衡后的信号进行补零和离散傅里叶变换，实现解调，得到待补偿的信号。

4.根据权利要求1所述的对SEFDM系统固有的子载波间干扰进行补偿的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

对所述补偿后的信号尾部加零后进行逆傅里叶变换，提取尾部的时域信号，时域信号的数目跟添加的零数目一致，截取的时域信号插入接收的时域信号尾部，进行傅里叶变换后提取传输的频域信号，即为进行联合补偿后的信号数据。

5.根据权利要求1至4任一项所述的对SEFDM系统固有的子载波间干扰进行补偿的方法，其特征在于，所述分别对实部信号和虚部信号进行软判决，对于在预设误差范围内的实部信号和虚部信号，进行精确判决，并将在预设误差范围外的实部信号和虚部信号置零，具体包括如下步骤：

S1、对所述待补偿的信号进行IQ分离，分别在信息的实部和虚部中寻找失真小于预设误差的传输符号，根据判决门限对其做精确判决，判决后对信息的实部和虚部合并；

S2、确定已判决的信息符号对在预设误差范围外的实部信号和虚部信号造成的ICI失真量；

S3、从所述待补偿的信号中减去步骤S2计算的ICI失真量，更新所述待补偿的信号，重复步骤S1、S2，对所述待补偿的信号进行预设迭代次数的迭代更新，至迭代结束。

6.根据权利要求5所述的对SEFDM系统固有的子载波间干扰进行补偿的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

提取频域信号实数部分数值为S_re，虚数部分数值为S_im；分别对实部和虚部进行判决，判决门限d为：

其中，m为当前的迭代次数，V为总的迭代次数。

7.根据权利要求6所述的对SEFDM系统固有的子载波间干扰进行补偿的方法，其特征在于，所述步骤S3的迭代公式如下：

S_n＝S₀+(1-C)(S_re+i*S_im)

其中，S_n为第n次迭代的结果，S₀是经过前端处理的频域信号，(S_re+i*S_im)为判决结果，C表示SEFDM的调制解调相关矩阵，(1-C)(S_re+i*S_im)为子载波间的干扰。

8.根据权利要求4所述的对SEFDM系统固有的子载波间干扰进行补偿的方法，其特征在于，

对所述补偿后的信号尾部进行补零，补零的个数为M即：

其中，α表示SEFDM的压缩系数，N为子载波的个数；

补零后的频域信号为S′_n，

其中，上标T表示转置，0_1×M表示对矩阵添加M个0，即在

矩阵尾部添加一列为零的元素；

补零后的频域信号为S′_n，对信号进行傅里叶逆变换，即：

其中，

表示傅里叶逆变换；

截取S_v尾部个数为M的数据，截取的数据为S_ignored，添加到接收的时域信号R的尾部，对数据进行傅里叶变换后得到的符号S_k为：

提取S_k的前N个数据即为进过补偿后的符号为S′_k。

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