[发明专利]一种抗色散的光OFDM接收方法及装置

说明书

技术领域

本发明设计涉及一种抗色散的光OFDM接收方法及装置，属于光通信领域，尤其涉 及光的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM)传输领域。

背景技术

作为一种多载波传输模式，OFDM技术通过将一组高速传输的数据流转换为一组低 速并行传输的数据流，使得采用OFDM技术的光通信系统对色散、偏振模式色散等的敏 感度大大降低，而OFDM符号中循环前缀(CP)的引入，又进一步增强了OFDM通信 系统的抗色散等的能力。除此之外，OFDM通信系统的带宽利用率高，实现简单等特点 使OFDM技术在光通信领域，尤其是100Gbit/s以上的高速光通信领域具有非常美好的 应用前景。

在高速光的OFDM系统，虽然采用CP可以增强抗色散能力，但作用也是有一定限 度的，尤其是高速光系统(比如，100Gbit/s)中色散问题就更加严重，这主要是因为色 散等对系统的影响以数据的速率平方关系增加，因此必须对色散进行补偿。首先，数据 速率翻倍将导致信号傅立叶变换频谱宽度翻倍，从而使色散效应翻倍；其次，数据速率 翻倍使得数据脉冲的时域宽度减半，也导致对色散引起的脉冲展宽的敏感度翻倍。更宽 的频谱和更小的脉冲宽度一起导致了整个二次方效应。比如说，对于标准单模光纤，信 号波长为1550nm，色散系数D＝17ps/(nm*km)，10Gbit/s IM-DD系统在出现明显的功率 代价前，最大传输距离为52km，而100Gbit/s系统未补偿的色散导致的最大传输距离更 加的小，因此必须在判决前进行色散补偿。目前可以采用方法主要是两种：光域补偿和 电域补偿，光域补偿虽然效果好，但是控制复杂；而电域补偿以其实现简单，算法灵活 等特点，越来越受到重视，尤其是光的OFDM系统，普遍采用电域补偿。

目前，通信系统的最佳检测技术是维特比(viterbi)算法实现极大似然序列估计 (Maximum Likelihood Sequence Estimate，MLSE)，它是对整个码元序列进行均衡和判 决，实践和理论分析表明，采用MLSE可以取得比其他方式更好的结果。自从Forney用 viterbi算法实现MLSE均衡后，MLSE已经成为一项重要的均衡技术广泛地应用在通信 的各个领域。但是这个算法在实用中存在几个很严重的问题：(1)光接收机中的噪声不 再是对称的高斯白噪声，而是非中心的chi-square(x²)分布，不能在用最小欧式距离 进行概率密度函数(PDF)的极大似然比较；(2)viterbi算法是以保留各个路径有共同 的初始部分才有判决输出的，既判决要经过一段时间的延时，所以存在一个随机性延时 的问题；(3)算法要求网格(Trellist)图中的每一个节点有两个存储器，一个用来存储 到达该点的相对最佳路径的极大似然函数值，另一个是用来存储到达该节点的相对最佳 路径。这就需要很大容量存储空间来存储，而且随状态数和输入数据序列长度增加而急 剧增加，同时也存在一个把存储空间选定多大的问题。因此将其应用在高速光通信系统， 特别是100Gbit/s系统存在很大实现困难。

发明内容

本发明主要是针对光的OFDM系统中的色度色散(以下简称色散)问题，结合OFDM 信号的自身特点，采用电域补偿方式，联合频域色散相移补偿和基于直方图估计的逐符 号的极大似然软判决，提供一种抗色散的接收机方案来解决色散引起的相移和干扰，大 幅提高接收系统的性能，有效地在光的OFDM接收机系统中消除色散导致的信号损伤。

本发明消除色散的影响的方法包括两个步骤：

首先使用训练序列得到光信道的OFDM各个子载波的相位偏移，形成各个子载波相 移的补偿表，并对输入的各个子载波进行色散补偿；然后送入逐符号极大似然判决器中， 判决器首先使用直方图进行概率密度估计，得到每一个符号的概率密度函数(PDF)，然 后进行逐个符号的极大似然软判决。

步骤一：色散致相移补偿

光脉冲在单模光纤内的传输薛定谔方程中，如果仅考虑色度色散的影响，不考虑衰 减和非线性效用，则时域内可以表示为