[發明專利]一種提高光通信信道估計精度的方法與系統

在審

• 申請號: 201710274898.5
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107666450A
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 郭昌建;鄭毅成
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L25/03
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司32102
• 代理人: 杜春秋

技術領域

本發明涉及光通信信道研究領域，尤其涉及一種提高光通信信道估計精度的方法與系統。

背景技術

信道估計是光通信系統中頗具挑戰性的研究方向之一，對于高速長距離光纖通信系統，由于光纖傳輸信道隨機變化的特性，發送端發送的光信號會受到色散、偏振模式色散、相位噪聲和非線性效應等的影響，從而導致信號發生一定程度的時域、頻域畸變，限制了通信系統的性能。為了準確地在接收端均衡恢復發送端發送的數據，就需要使用信道估計技術以準確且及時地獲取信道的變化狀態。因此，實現高精度、計算復雜度低的信道估計算法對光通信系統至關重要。

光通信系統中的信道估計方法，目前已有的主要研究成果可根據是否需要依賴額外的數據信息分為三類：基于導頻輔助的信道估計、盲信道估計和基于隱含導頻的半盲信道估計。

基于導頻輔助的信道估計是獲得信道沖擊響應的最簡單和可靠的方式，計算復雜度低且估計精度高，但需要占用額外的時隙或帶寬以插入時域或頻域的導頻，犧牲系統的頻譜效率。盲信道估計直接利用接收的數據攜帶的信道狀態來實現信道估計，不需要額外插入導頻，充分利用系統的頻譜資源，但計算復雜度高，長時間迭代才可估計出較精準的信道狀態，不利于對估計的信道狀態進行及時更新，因此在應用中有所局限。基于隱含導頻的半盲信道估計也被稱為疊加隱含導頻信道估計，它兼具二者優點，將導頻算術疊加到傳輸數據碼元上，在接收端通過提取信號的統計特征來獲得信道沖擊響應。這種方法與盲信道估計相比，可以降低接收端的計算復雜度，同時與基于導頻輔助的信道估計相比，不占用額外的時隙或帶寬，疊加的導頻與數據信號的相互干擾可控并可通過迭代進行消除，有利于提高系統的頻譜效率。

目前，在光通信系統中的疊加隱含導頻信道估計方法可應用于采用多載波和單載波調制技術的系統。對于采用多載波如正交頻分復用(OFDM)技術調制的系統，直接基于隱含導頻的信道估計方法實現較為簡單，即傳輸數據碼元不作預處理，隱含導頻信號直接算術疊加到傳輸數據碼元上。假設在發射端將數據串并轉換成一個大小為M×N的數據塊D_M×N，即每次用于求統計平均的數據塊數為M，每塊數據的長度為N，對應多載波調制N即為子載波個數。在D_M×N的每個數據塊上都疊加特定信號功率的長度為N的隱含導頻序列C，則在發射端疊加后的信號可以寫為

其中為隱含導頻序列的功率。在接收端，信號經過處理后求統計平均

其中W_k為噪聲，H_k為信道頻率響應參數。在假定數據塊D_k滿足獨立同分布，且用于統計平均的數據足夠多(即M很大)時，此時上式可近似等效于

利用上式即可得到信道頻率響應參數的估計H_est以均衡恢復數據，但只要M為有限大時，數據的統計平均對導頻信道估計的影響就存在，因此無論是信道估計精度還是接收數據的信干比(信號與干擾的功率比)都受到影響，需要迭代判決反饋以提高接收數據的信噪比。

針對數據與導頻相互影響的問題，目前采用正交碼矩陣作為編碼對數據進行擴頻預編碼，同時隱含導頻序列與數據的編碼矩陣相互正交的方法。擴頻預編碼后的數據與導頻在發射端進行算術疊加，在接收端將接收信號分別用導頻序列和編碼矩陣進行解碼，即可提取導頻和數據碼元進行信道估計均衡。這一方法可有效降低數據碼元與隱含導頻的相互影響，但為保證導頻與數據的正交性，導頻與編碼矩陣須取自同一正交矩陣，從而引入了編碼冗余，特別的在多進多出(MIMO)的無線通信系統，或對應光通信偏振復用系統中將引入較多的冗余，降低頻譜效率。此外，由于隱含導頻是正交矩陣的某一列，它在時域或頻域可能存在極小值點，不利于提高信道估計的精度。而在單載波(如脈沖幅度調制，PAM)信號中，可采用數據相關隱含導頻信道估計方法(DDST)，即在疊加隱含導頻前對數據碼元作預處理：在導頻所在頻率將數據信號功率置零。這一方法可以避免數據對導頻的干擾，信道估計精度高，但數據受影響較大，需要迭代反饋以提高接收數據的信噪比。

綜上所述，如何在光通信系統中實現高頻譜效率、高信道估計精度、低計算復雜度的信道估計算法，是目前光通信系統信道估計技術所面臨的一個挑戰，具有較大的研究潛力。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提出一種信道估計精度高、頻譜效率高、實時性好、數據傳輸質量高的光通信信道估計精度的方法與系統。

為了解決上述技術問題，本發明一種提高光通信信道估計精度的方法，包括步驟：