相干光正交频分复用/偏移正交幅度调制系统信道估计与信道均衡技术理论研究

For the advantage of improving the system spectral efficiency by eliminating the cyclic prefix between consecutive coherent optical orthogonal frequency-division-multiplexing (CO-OFDM) blocks, and with very low out of band leakage thanks to the using of filter banks, CO-OFDM/ offset quadrature amplitude modulation (CO-OFDM/OQAM) systems have achieved wide interest recently. However, the orthogonal condition for CO-OFDM/OQAM only hold in the real field, which brought to CO-OFDM/OQAM systems serious intrinsic imaginary interference (IMI) when faced with the interference induced by chromatic dispersion (CD), polarization mode dispersion (PMD), and laser phase noise. Thus, digital signal processing (DSP) methods such as channel estimation, phase noise estimation, and channel equalization in CO-OFDM/OQAM is evidently different from those in CO-OFDM systems. To our best knowledge, although numerical experimental demonstrations for CO-OFDM/OQAM have been widely reported, only some preliminary theoretical studies on DSP methods for CO-OFDM/OQAM systems have been studied. In this work, we will conduct theoretical analysis on channel estimation, phase noise estimation, and channel equalization for CO-OFDM/OQAM systems. Based on the time-frequency localization property of the filter banks used in CO-OFDM/OQAM, and the principles of statistical, we will propose a series of DSP methods for this kind of systems. The proposed method given by this work will promote the system robustness against IMI evidently and with very limited complexities. We will validate the advantage of our methods by theoretical analysis and numerical Montel-Carlo simulations of the CO-OFDM/OQAM systems.

相干光正交频分复用/偏移正交幅度调制系统由于使用滤波器组代替循环前缀，在提高频谱效率同时降低了带外泄露，因而在最近成为研究热点。然而，由于相干光正交频分复用/偏移正交幅度调制系统的正交性仅保持在实部，当遇到色散、偏振模色散、相位噪声等效应干扰时，系统会面临严重的虚部串扰。这些因素使得相干光正交频分复用/偏移正交幅度调制系统中的信道估计，信道均衡等技术与传统的相干光正交频分复用系统中有明显的区别。目前国际上关于相干光正交频分复用/偏移正交幅度调制系统实验验证工作很多，但针对这种系统的数字信号处理理论研究还处在起步阶段。本项目将对这类系统中信道估计，相位噪声估计，信道均衡等技术进行理论研究。我们将充分运用滤波器组“时-频”聚焦性和统计学方法，提出一系列数字信号处理方法。我们的方法将会明显提高系统抗击虚部干扰的能力，而且具有较低复杂度。我们将通过理论分析和蒙特卡洛仿真来验证我们的方法的优越性

随着新型互联网业务的兴起， 信息产业对互联网带宽的压力日益增大，相干光正交频分复用/偏移正交幅度调制（CO-OFDM/OQAM）系统由于使用滤波器组代替循环前缀，在提高频谱效率同时降低了带外泄露，因而在最近成为研究热点。然而，由于CO-OFDM/OQAM系统的正交性仅保持在实部，当遇到色散、偏振模色散、相位噪声，非线性损伤等效应干扰时，系统会面临严重的虚部串扰（IMI）。本项目以研究抗击IMI能力强，能够抑制放大自发辐射噪声相关性，结构简单，复杂度低的CO-OFDM/OQAM系统数字信号处理关键技术为目标。主要研究了信道估计，频偏与相位噪声估计，信道均衡，非线性补偿与峰值平均功率比抑制等内容。.本项目实现的重要研究成果如下：.1. 在信道估计方面，通过增加伪导频功率，提出基于相位偏移的信道估计；提出了联合相位偏移的信道估计方法，以3个连续的满载块作为导频块，利用极大似然算法得到了最优导频结构；分析比较三种滤波器组的频聚焦特性对信道估计的影响，从而进一步优化了信道估计的性能。.2. 在相位噪声方面，对一种光压控振荡器（OVCO）进行全面的理论和实验研究，从理论上解释了在实际实现中获得最优性能的OVCO配置的方法。从而为降低相位噪声对光OFDM/OQAM系统的损伤提供了实验基础。.3. 在信道均衡方面，提出了一种改进的k-means方法能够快速找到合适的初始质心，获得全局最优解提高误码率性能；提出了基于多层全连接的前馈神经网络的均衡方法可以更好的抑制非线性频分复用系统中的放大器噪声干扰；提出了适用于“双偏振-离散谱调制多孤子传输”的信道均衡方法，从而进一步提高了OFDM/OQAM抗击非线性干扰的能力。提出了实现新的两支路网络结构可以预测拉隆德马修斯光照模型中的七个光照参数，提高了光照参数的预测精度；基于多载波传输原理设计并实现了一种基于3DDFA的人脸图像光照传递方法，能够产生良好的人脸图像光照传输和交换效果。.4. 在非线性补偿方面，研究了基于Volterra展开的非线性均衡方法，理论上推导出系统的简化Volterra级数展开非线性传输矩阵，得到了非线性传输矩阵的近似解，提出了基于Volterra级数的光纤非线性补偿方法。. 基于以上研究成果，光OFDM/OQAM系统在信道估计，信道均衡，相位噪声补偿，非线性均衡等方面的性能得到了明显的提升，这些成果不仅将为后续理