[发明专利]光OFDM系统中基于训练序列和循环前缀（CP）的自适应信道估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及光正交频分复用(OFDM)系统中一种新型的基于训练序列和循环前缀(CP)的自适应信道估计方法，属于光纤通信系统的范畴。

背景技术

自20世纪90年代中期开始，Internet商业化的巨大成功促使数据通信业务量一直保持以两位数甚至三位数的速度高速增长，并且随着网络中一些新数据业务的不断发展和成熟(例如：IPTV业务，视频点播VOD业务等)，可以预期网络流量的这种增长速度还将继续持续下去。不断发展的数据通信业务带来的是对传输容量和传输带宽需求的不断增加，现存的SDH网络急需升级，下一代光网络呼之欲出。目前对于单信道光传输系统的速率要求已从10Gbit/s提高至40Gbit/s、100Gbit/s，甚至更高。众所周知，将传统的10Gbit/s传输系统提高到40Gbit/s或100Gbit/s，将会面临很多挑战：1)在传统10Gbit/s传输系统中，主要采用的是强度调制-直接检测方案(IM-DD)，当采用此方案来传输40或100Gbit/s的数据时，其频谱宽度变大，色度色散容忍度变为原来的1/16或1/100，PMD容忍度变为原来的1/4或1/10，系统非线性容忍度也急剧降低；2)由于速率提高，电子器件和电路的设计开发难度加大，光器件的要求也会相应提高，这都将使得系统的成本急剧上升；3)由于频谱变宽，原有的DWDM系统开始饱和，可用信道数目越来越少。为了解决上述问题，将无线通信中已有的先进技术引入到光通信领域成为目前实现高速光传输的研究热点和方向。光正交频分复用(O-OFDM)系统正是基于此目的而提出来的。

OFDM技术是一种多载波调制(MCM)技术，是在无线通信中被IEEE 802.11G、数字音频广播(DAB)、IEEE 802.16等标准广泛采用的高速传输技术，是目前已知的频谱利用率最高的一种调制技术。它基本原理是：将高速的串行数据流分解成若干并行的低速的子数据流同时传输；且在频域上可描述为：在频域内将给定信道划分成许多正交的且相互重叠的子信道，在每个子信道上使用单个子载波进行调制，各子信道载波间互相正交，并行传输。

如果将OFDM技术引入到高速光纤通信系统中，由于其基本原理和本质特性，将会给高速传输系统带来很多的优点：1)较强的抗色度色散和抗偏振模色散的能力；2)较高的频谱利用率；3)在OFDM发射接收机端，信号处理实现比较简单，调制过程可以用反快速傅里叶变换(IFFT)，解调可以用快速傅里叶变换(FFT)完成；4)OFDM系统的信道均衡比较简单，往往只需要一个抽头系数的均衡器即可。这几点刚好克服了在传统10Gbit/s系统中传输100Gbit/s或更高速数据时所产生的上述主要限制条件，所以光OFDM技术可望在下一代高速光通信系统中占据重要地位。

目前基于OFDM的高速光传输系统主要包括两种实现方法：相干检测OFDM系统(CO-OFDM)和直接检测OFDM系统(DD-OFDM)。CO-OFDM是指在接收端采用本振激光器进行相干平衡检测，DD-OFDM是指在接收端采用单个光电检测器进行直接检测。单就从基本原理来看，使用CO-OFDM和DD-OFDM是相似的。但CO-OFDM系统，能更有效地抑制色散、偏振模色散，同时也可以采用更高阶调制方案，均衡方法比较多，是目前一个主要的研究热点。相比之下，DD-OFDM系统结构简单、性价比较高。这里主要分析的是基于CO-OFDM系统，但本发明提出的自适应信道估计方法同样适用于DD-OFDM系统。

正如前所述，高速光传输系统的信道估计是一个主要的限制因素。当传输信号的频谱越宽、传输距离越长时，光纤信道对其影响就越大。这就需要有效的信道估计方法，实时准确地跟踪信道的变化。光OFDM系统，当速率达到40bit/s或100Gbit/s时，系统对光纤的色散(CD)、偏振模色散(PMD)、非线性等因素非常敏感，在接收端急需有效的信道估计方法来补偿信道引起的系统损伤。在光OFDM系统中，目前存在的信道估计方法主要包括两种：

1)盲信道估计，在接收端利用接收信号的统计特性进行信道估计，这种方法需要大量的数据。

2)非盲信道估计，发射端发送的部分数据对接收端是已知的，这种方法可以分成两种：数据辅助信道估计和直接判决信道估计。

在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现现有的光OFDM系统的信道估计方法存在以下缺点：