基于導(dǎo)頻的相干光OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)研究.pdf

1、光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)(OOFDM)融合了光纖通信和OFDM技術(shù)的雙重優(yōu)點(diǎn),是目前高速光傳輸領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。按接收端檢測方式的不同可以將OOFDM分為直接檢測光OFDM系統(tǒng)和相干檢測光OFDM系統(tǒng),其中,相干光OFDM系統(tǒng),能更有效地抑制色度色散、偏振模色散,并且可以采用更高階調(diào)制方案,能使用的均衡方法也比較多,是目前光通信領(lǐng)域一個(gè)主要的研究熱點(diǎn)。當(dāng)單信道速率達(dá)到40Gbit/s或100Gbit/s甚至更高時(shí),高速相干光OFDM傳輸系統(tǒng)

2、的信道影響是一個(gè)主要的限制因素,系統(tǒng)對色散和噪聲等因素變的非常敏感,這就需要使用有效的信道估計(jì)方法,實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地跟蹤信道的變化。信道估計(jì)的目的就是估計(jì)出信道的時(shí)域或頻域響應(yīng),對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正與恢復(fù)。準(zhǔn)確的信道估計(jì)是提高接收機(jī)接收質(zhì)量的關(guān)鍵,也是提高相干光OFDM通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸性能的主要手段。
　　信道估計(jì)技術(shù)應(yīng)用于相干光OFDM通信系統(tǒng)中,可以有效地解決高速率、長距離光傳輸系統(tǒng)中的信道對信號的影響,從而提高光通信系統(tǒng)的可靠性

3、。相干光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)所能采用的信道估計(jì)一般可以分為基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)、基于判決的信道估計(jì)以及盲或半盲信道估計(jì)。其中,基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)所利用的數(shù)學(xué)原理比較成熟,性能良好,且算法比較簡單,易于工程實(shí)現(xiàn)。因此,本論文對常見的最小二乘(LS)、最小均方誤差(MMSE)、線性最小均方誤差(LMMSE)等基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)算法進(jìn)行了深入研究,針對LS算法抗噪能力差,現(xiàn)有的對其降噪的基于時(shí)域平均和頻域平均的算法都存在一定的缺陷,以及MMSE算法

4、復(fù)雜度太高等問題,我們對這些算法進(jìn)行了改進(jìn)。
　　本論文主要圍繞基于導(dǎo)頻的相干光OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)進(jìn)行了研究,主要包括相干光OFDM系統(tǒng)理論模型及其關(guān)鍵技術(shù)、光纖信道特性、基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)算法及其改進(jìn)、系統(tǒng)仿真平臺的搭建及仿真實(shí)驗(yàn)。具體工作如下:
　　(1)在研究OFDM技術(shù)基本原理及其關(guān)鍵技術(shù)等方面的基礎(chǔ)上,從基本理論的公式推導(dǎo)入手,深入研究了光OFDM系統(tǒng),尤其是相干光OFDM系統(tǒng)各組成部分的原理,并結(jié)合目前國內(nèi)外研

5、究現(xiàn)狀,詳細(xì)分析了相干光OFDM系統(tǒng)的優(yōu)勢、不足及潛在應(yīng)用領(lǐng)域。
　　(2)針對光纖信道的特點(diǎn),對基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)算法進(jìn)行了深入研究,并對傳統(tǒng)的LS信道估計(jì)算法進(jìn)行了改進(jìn),提出了適用于相干光OFDM系統(tǒng)的基于改進(jìn)的LS算法的DFT信道估計(jì)算法,該算法可以使傳統(tǒng)LS算法所沒有考慮的噪聲的影響有效地去除,信道估計(jì)的準(zhǔn)確性大大提高,而其復(fù)雜度并沒有變的很復(fù)雜。然而,盡管該算法可以很好的去除循環(huán)前綴以外的噪聲,而在循環(huán)前綴之內(nèi)的噪聲仍然

6、存在,因此,為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能,我們在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化。
　　(3)首次將無線通信中去噪效果最好的MMSE信道估計(jì)技術(shù)應(yīng)用于相干光OFDM通信系統(tǒng)中,針對其復(fù)雜度較高的問題,我們在此基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的基于MMSE的低復(fù)雜度算法,其復(fù)雜度比傳統(tǒng)的MMSE算法低兩個(gè)數(shù)量級,而其性能幾乎與MMSE算法相當(dāng)。
　　(4)首次利用仿真軟件Optisystem和Matlab構(gòu)建了帶有信道估計(jì)模塊的相干光OF