[發(fā)明專利]相干光OFDM系統(tǒng)中一種時(shí)域容積卡爾曼相位噪聲補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910059644.0
• 申請(qǐng)日: 2019-01-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109687912B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁建國(guó);南蜀崇;劉書(shū)涵;辛雪琪;龐宇;林金朝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/61
• 分類號(hào): H04B10/61;H04L27/26;H04L25/02
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.相干光OFDM系統(tǒng)中一種時(shí)域容積卡爾曼相位噪聲補(bǔ)償方法，其特征在于：在本方法中，首先利用導(dǎo)頻信息，通過(guò)擴(kuò)展卡爾曼(Extended Kalman Filter，EKF)和線性插值算法補(bǔ)償公共相位噪聲(Common Phase Error，CPE)，包括如下5個(gè)步驟；

1)設(shè)置初始條件

其中，是第一個(gè)OFDM符號(hào)的第一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)的相位噪聲估計(jì)值，P_1，1是第一個(gè)OFDM符號(hào)導(dǎo)頻信號(hào)的協(xié)方差值，均設(shè)初始條件為0；

2)狀態(tài)預(yù)測(cè)和協(xié)方差預(yù)測(cè)

P_m，p|p-1＝P_m，p-1+Q_m，p-1 (7)

其中，是第m個(gè)OFDM符號(hào)第p個(gè)導(dǎo)頻子載波的相位噪聲一步預(yù)測(cè)值，P_m，p|p-1是第m個(gè)OFDM符號(hào)第p個(gè)導(dǎo)頻子載波的協(xié)方差預(yù)測(cè)值，是相鄰導(dǎo)頻之間的相位差，滿足

3)EKF增益

4)計(jì)算測(cè)量估計(jì)值及殘差序列

式(9)是帶入狀態(tài)預(yù)測(cè)相位噪聲的第m個(gè)OFDM符號(hào)第p個(gè)導(dǎo)頻子載波的測(cè)量估計(jì)值，式(10)是其估計(jì)值與真實(shí)值之間的差值，即殘差；

5)狀態(tài)更新和協(xié)方差更新

P_m，p＝[I-K_m，pH_m，p]P_m，p|p-1 (12)

式(11)是第m個(gè)OFDM符號(hào)第p個(gè)導(dǎo)頻更新后的相位噪聲狀態(tài)值，式(12)是第m個(gè)OFDM符號(hào)第p個(gè)導(dǎo)頻更新后的協(xié)方差值；然后返回步驟2直至導(dǎo)頻處的相位噪聲估計(jì)值全部計(jì)算完成；經(jīng)時(shí)域EKF濾波后，將導(dǎo)頻的相位噪聲估計(jì)值利用線性插值獲得全局的時(shí)域估計(jì)相位噪聲在獲得整個(gè)OFDM符號(hào)的相位噪聲估計(jì)值之后，直接在時(shí)域?qū)邮招盘?hào)進(jìn)行補(bǔ)償，則有：

其次，對(duì)相位噪聲一階補(bǔ)償后的信號(hào)進(jìn)行預(yù)判決，然后將預(yù)判決后的信號(hào)在時(shí)域進(jìn)行次符號(hào)處理；再次，結(jié)合次符號(hào)處理后的時(shí)域信號(hào)，在時(shí)域?qū)ε袥Q后的數(shù)據(jù)進(jìn)行CKF相位噪聲補(bǔ)償算法實(shí)現(xiàn)子載波間干擾(Inter-Carrier Interference，ICI)相位噪聲的精細(xì)補(bǔ)償；具體包括以下步驟：

(1).首先在接收端，經(jīng)過(guò)信道均衡后，信號(hào)輸入到相位噪聲調(diào)制模塊，利用導(dǎo)頻進(jìn)行時(shí)域EKF濾波和LI算法補(bǔ)償CPE相位噪聲，記補(bǔ)償CPE相位噪聲的一階算法為L(zhǎng)I-EKF算法；運(yùn)用次符號(hào)對(duì)ICI相位噪聲進(jìn)行預(yù)處理，為CKF相位噪聲補(bǔ)償算法做準(zhǔn)備；在ICI相位噪聲預(yù)處理過(guò)程中，首先將第一階處理后的信號(hào)進(jìn)行試探性判決，并將處理后的信號(hào)與其試探性判決的結(jié)果在時(shí)域分別劃分為若干個(gè)相同數(shù)量的次符號(hào)，通過(guò)對(duì)兩種信號(hào)中相對(duì)應(yīng)的各個(gè)次符號(hào)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)LS準(zhǔn)則估計(jì)出每個(gè)次符號(hào)中的CPE來(lái)補(bǔ)償相位噪聲，從而達(dá)到在時(shí)域劃分次符號(hào)提高相位噪聲的時(shí)域分辨率進(jìn)而對(duì)ICI相位噪聲進(jìn)行預(yù)處理的效果；

對(duì)一階粗補(bǔ)償后的OFDM符號(hào)轉(zhuǎn)化到頻域進(jìn)行試探性判決，預(yù)估出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)，其試探性判決的結(jié)果為將一階試探性判決的結(jié)果轉(zhuǎn)化為時(shí)域信號(hào)：

其中，Q(·)表示試探性判決的操作，F(xiàn)^H表示快速傅里葉逆變換，Δξ表示試探性判決的判決誤差；將第m個(gè)OFDM符號(hào)的試探性判決結(jié)果在時(shí)域上劃分為N_b個(gè)次符號(hào)，然后進(jìn)行次符號(hào)處理，根據(jù)LS準(zhǔn)則估計(jì)出第n個(gè)次符號(hào)中的平均相位噪聲為：

式中，1≤n≤N_b，b＝N/N_b為各個(gè)次符號(hào)的長(zhǎng)度；利用計(jì)算得到的對(duì)一階補(bǔ)償后的OFDM符號(hào)進(jìn)行時(shí)域次符號(hào)處理：

(2).在經(jīng)過(guò)一階相位噪聲補(bǔ)償和預(yù)處理后，系統(tǒng)的誤碼率能降低到一個(gè)較低的水平，但相位噪聲中對(duì)ICI相位噪聲的補(bǔ)償程度還不夠；本方法采用高密度的CKF相位噪聲補(bǔ)償算法對(duì)OFDM符號(hào)內(nèi)的子載波逐個(gè)濾波，獲得精細(xì)補(bǔ)償?shù)南辔辉肼暪烙?jì)值，提高對(duì)ICI相位噪聲的補(bǔ)償程度；對(duì)OFDM符號(hào)內(nèi)所有采樣點(diǎn)進(jìn)行CKF相位噪聲補(bǔ)償算法；將殘余的ICI相位噪聲作為狀態(tài)方程，時(shí)域信號(hào)作為觀測(cè)方程；將次符號(hào)處理后的信號(hào)和預(yù)判決后的信號(hào)帶入CKF相位噪聲補(bǔ)償算法中，式(4)和式(5)作為CKF相位噪聲補(bǔ)償算法的狀態(tài)方程和觀測(cè)方程；

式中，w_m，k-1是第m個(gè)OFDM符號(hào)第k-1個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的狀態(tài)噪聲，滿足w_m，k-1～N(0，Q)，其中v_m，k是第m個(gè)OFDM符號(hào)第k個(gè)采樣點(diǎn)的觀測(cè)噪聲，滿足v_m，k～N(0，R)，其中由三階球面徑向容積準(zhǔn)則，計(jì)算基本的容積采樣點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的權(quán)值i＝1，2，...，M，M表示基本容積點(diǎn)個(gè)數(shù)，由三階球面徑向容積準(zhǔn)則，容積點(diǎn)數(shù)是狀態(tài)維度數(shù)的2倍，[1]是完整全對(duì)稱點(diǎn)集；

采用次符號(hào)處理的CKF(Sub-symbol CKF，SCKF)相位噪聲補(bǔ)償算法具體步驟為：

Step1初始化相位噪聲值和CKF方差；

Step2將次符號(hào)處理后的值和預(yù)判決后的值帶入；

Step3時(shí)間更新；將上一采樣點(diǎn)的方差進(jìn)行SVD分解，依次計(jì)算狀態(tài)方程容積點(diǎn)、預(yù)測(cè)狀態(tài)和預(yù)測(cè)方差；

Step4測(cè)量更新；將預(yù)測(cè)方差進(jìn)行SVD分解，依次計(jì)算測(cè)量方程容積點(diǎn)、測(cè)量預(yù)測(cè)值、新息方差以及協(xié)方差估計(jì)值；

Step5計(jì)算CKF增益；

Step6帶入上一時(shí)刻相位噪聲值和CKF方差、預(yù)判決后的值、CKF增益，計(jì)算狀態(tài)值更新和協(xié)方差值更新；轉(zhuǎn)入Step3直至遍歷所有采樣點(diǎn)信號(hào)；對(duì)精細(xì)補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代運(yùn)算，從而提高其補(bǔ)償效果；

(3).經(jīng)(1)、(2)步操作，將CPE相位噪聲補(bǔ)償?shù)木€性插值EKF(LinearInterpolationEKF，LI-EKF)算法與ICI相位噪聲補(bǔ)償?shù)腟CKF算法相融合后而得到最終的LI-EKF-SCKF相位噪聲補(bǔ)償算法，最終補(bǔ)償后的信號(hào)輸出為：