1.一种CO-OFDM系统相位噪声优化补偿方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:(1)接收端初始信号处理,过程如下:
1-1、接收端对接收到的CO-OFDM信号进行相干探测接收,然后进行模数转换,得到电域的信号;随后进行电域光纤色散补偿,将光纤信道频域传递函数的解析形式经傅立叶变换到时域,设计时域有限长单位冲激响应(FIR)滤波器来实现,该滤波器的阶数随色散累积而增加;
1-2、移除循环前缀CP;
1-3、采用快速傅里叶变换将信号从时域变为频域;
(2)最小二乘信道估计与均衡,过程如下:
2-1、LS粗略信道估计,在发送端,设置前Np个符号为训练符号,在接收端,根据LS得:其中 即为第n个符号,第k个子载波的信道频率响应,Xn,k,Yn,k分别为发送和接收的第n个符号,第k个子载波上的数据,V′n,k为噪声项;
2-2、用符号内频域平均的方法减小邻近子载波之间的干扰,得到第k个子载波的信道转移函数精确估值这里t为参与信道估计的相邻子载波信道数;
2-3、信道均衡,在每个OFDM帧中,对接收端的Ns个OFDM数据符号进行信道均衡后,第n个OFDM符号第k个频域数据Y′n,k为,(3)M-GLS相位噪声估计:通过减少相位噪声谱结构的约束条件,不管其信道估计精确与否,其优化算法均可有效补偿信道均衡后的残余幅度噪声,通过构造代价函数和选择约束条件,写出对偶问题最后求出相位噪声精确估计值;
(4)最终相位噪声补偿:对其频域信号进行如下的相位噪声补偿,其中Y′n即为接收端经过信道均衡后的第n个符号, 表示第n个符号的相位噪声谱向量估计值。
2.如权利要求1所述的一种CO-OFDM系统相位噪声优化补偿方法,其特征在于,所述步骤(3)包括以下步骤:
3-1、相位噪声谱向量降维,假设CO-OFDM系统中,在接收端其他所需的数字信号处理算法都没有误差,则接收的时域第n个OFDM符号、第m个采样点yn,m表示为:这里xn,m,hn,m和vn,m分别为时域发送信号,信道冲击响应和噪声项;
显然每个采样点的相位噪声 都满足:
令 是 的离散傅里叶变换,称它为相位噪声谱向量,Nc为每个OFDM符号包含的子载波数量;
由于在CO-OFDM系统中相位噪声可被认为是低通信号,因此仅需估计位于相位噪声谱向量 的顶部和底部的元素即低频成分;故通过实现使相位噪声结构特性保持变换矩阵,即可实现降维,使δn的维度由Nc降为N;
相位噪声频域的结构特性PNSG如下所示:这里 是列向量,Λl是Kronecker delta函数(Λ0=1,Λl=0,l=
1,2,...,Nc-1),Pl=(P1)l为置换矩阵由Nc×Nc维的P1构成,P1的第一列是Nc×1的向量[0,1,
0,...,0]T,第j列由它向下循环移位j-1次得到;l=0时,P0为Nc×Nc的单位矩阵,式中 表示共轭转置;T是Nc×N的PPT矩阵,实现相位噪声谱向量的降维,满足δn=Tγn,降维后的相位噪声谱由N维向量γn表示,满足N维频谱结构特性:这里 分别是Pl,Λl对应的N维矩阵;
上述特性包括l=0和l≠0两个条件:
这里 分别是 的实部和虚部;
3-2、构造M-GLS的代价函数,定义矩阵K为K×Nc矩阵,由j个单位向量j∈{1,2,...,Nc}得到,故发送导频符号为:Xn,p=KXn
这里 是发送端频域符号,根据系统模型可知,接收端导频符号的估计值则为 信道频响矩阵Hn是对角元素为 的对角矩阵,矩阵Υn是按列循环矩阵,它的第一列是对应符号的接收数据 随后第j列用第一列向下循环位移j-1次, 为δn的估计值;
于是相位噪声估计的代价函数定义为:
其中 是γn的估计值,T是Nc×N的PPT矩阵,实现相位噪声谱向量的降维,满足δn=Tγn;
3-3、M-GLS的算法及其约束条件
于是M-GLS的优化问题为以下带有PNSG部分约束条件的形式:这里 注意约束条件仅取时的约束条件;
3-4、写出对偶问题,利用S-procedure写出对应的对偶问题:(D):Maximizeτ
这里τ,αl,βl都是优化变量;
3-5、求其最优解为:
其中(·)+定义为伪逆矩阵,αl◇,βl◇是通过解(D)获得的最小值。