CO-OFDM系统的相位噪声补偿算法研究

【摘要】：相干光正交频分复用(CO-OFDM)技术将OFDM技术和相干光通信系统相结合,不仅具备了相干光通信技术容量大、传输距离长等特点,还拥有了OFDM技术抗色散能力强、频谱效率高等优势,是未来光通信的发展方向之一,受到了社会各界的关注。CO-OFDM系统中激光器线宽的非理想性使得收发两端激光器的光载波无法做到严格相干,导致接收信号中存在相位噪声。相位噪声不仅会导致接收信号出现公共相位误差(CPE,Common Phase Error),造成信号星座点的旋转;还会破坏信号载波间的正交性,产生载波间干扰(ICI,Inter Carrier Interference),恶化系统的性能。本文以CO-OFDM系统中存在的相位噪声为研究内容,针对相位噪声对接收信号的影响以及现有算法存在的问题,分别提出了相应的改进算法,并通过Matlab和Optisystem联合搭建仿真平台,对算法进行了仿真验证。本文首先针对导频法和相位噪声分析补偿(APNC,Analysis of Phase Noise Compensation)方法,需要插入导频,增加了系统的开销这一问题,提出了低开销相位噪声补偿(ROPC,Phase Noise Compensation with Reduced Overhead)方法。方法以最小二乘(LS,Least Square)算法为基础,对其得到的信道传递函数进行加窗处理,滤除信号长度外的噪声,得到较为精准的信道传递函数来对信道进行估计。之后再通过类导频法,利用导频和传输数据之间的关系对信号进行相位噪声的补偿,减少所需使用的导频数量,在保证系统可靠性的前提下提升系统的有效性。系统的仿真结果表明,在ROPC方法和APNC方法的误码率均约为10~(-3)时,ROPC方法所需的导频数量约为APNC方法的21,减少了系统所需开销。线宽为0.1MHz且两种方法均采用4个导频,在误码率约为10~(-4)时,相比于APNC方法,ROPC方法所需的信噪比降低了2d B,提高了系统的可靠性。相位噪声还会导致载波间的干扰,造成星座点的云状发散,增加系统的误码率,降低了系统的可靠性。本文针对ROPC方法对ICI抑制作用不强的问题,提出改进的ROPC方法。改进的ROPC方法利用循环前缀中未受到符号间干扰的部分子载波和与其携带相同信息的数据子载波进行加权平均,实现载波间干扰的抑制。改进方法在ROPC方法的基础上进一步降低了系统的误码率,提升了系统的可靠性。与此同时,改进方法利用了循环前缀中的有效子载波,并没有在传输信号中加入额外的开销,保留了ROPC方法有效性较高这一优点,且方法的复杂度并没有太大的增加。仿真结果表明,在误码率为10~(-4)时,与ROPC方法相比,改进方法所需信噪比降低了约为1d B。