一种相干光通信信道估计方法和系统的制作方法
一种相干光通信信道估计方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及的是一种相干光通信信道估计方法和系 统。
【背景技术】
[0002] 随着科技的不断进步与互联网产业的蓬勃发展，人们对于通信质量与速度的需求 也越来越高。通信业务量正在W超过摩尔定律的速度爆炸式地增长，且业务形式与需求趋 于多元化，如云计算、高清流媒体、视频会议等。该无疑给当代全球的通信系统与网络带来 了更大的挑战。光纤通信作为现代通信网络中的革命性与支撑性技术，不但已经成为通信 领域研究中的重中之重，而且也成为通信产业中产品化、市场化的焦点与热点。
[0003] 高速光纤通信W高频谱效率和抗信道损伤能力作为保证。由于数字信号处理 (DSP)技术的迅猛发展，相干光通信技术在各种备选的解决方案中逐渐占得主导地位，在光 纤通信与网络领域中得W广泛关注与研究。相干光检测可W提取接收信号除强度外的全 部信息，且具有更好的频率选择性与接收灵敏度，其接收灵敏度比直接检测系统高约10~ 20地。
[0004] 如图1所示，相干光通信系统由发射部分、光纤信道和接收部分组成，其中发射部 分包括电发射机和RT0 (Radio化equency-to-optical，射频到光）上变频器，接收部分包 括0TR(化tica^to-radio化equen巧-to,光到射频）下变频器和电接收机。
[0005] 在发射机端，两套电发射机分别产生两个偏振方向（X偏振方向和Y偏振方向）的 比特流，然后通过星座映射等数字信号处理（DSP)产生携带训练序列的基带同相路（I)和 正交路（Q)信号，I路信号和Q路信号经过数模转换器（DAC)变换后输出，两个偏振方向的 电信号通过各自的上变频器(光I/Q调制器)进行上变频，再由偏振合束器进行合束，合束后 的偏振复用信号送入光纤信道传输。
[0006] 在接收机端，接收到的偏振复用信号经过光滤波器滤波，滤波后的偏振复用信号 与本振光通过双偏振混频器进行混频，混频后的信号通过光电检测器进行下变频，得到两 个偏振方向（X偏振方向和Y偏振方向）的I路和Q路基带电信号，送入电接收机的模数转 换器ADC，得到数字信号由电接收机进行数字信号处理，处理后恢复出两个偏振方向的比特 流。
[0007] 在相干光通信系统的接收机端，数字信号处理主要包括；接收机前端不理想特性 补偿、载波频偏估计与补偿、信道估计与均衡、载波相位恢复等。其中，信道估计与均衡是非 常重要的一部分，作用是将信道对信号的幅度和相位造成的影响消除或部分消除，W便随 后的载波相位恢复与判决。目前相干光通信信道估计与均衡方法主要分为基于恒模算法的 盲均衡和基于数据辅助的非盲估计与均衡。相比盲均衡，基于数据辅助的非盲估计与均衡 通过引入一部分开销，也即，发射端在时域数据块中周期性地插入接收端已知的序列（又称 训练序列)，接收端利用此训练序列得到信道传递函数，再对接收到的数据进行时域或频域 均衡，实现方法较为简单。
[000引如图2所示，现有的基于数据辅助的相干光通信信道估计技术一般是在发射端数 据块中周期性地加入训练序列，每一峽包含一段训练序列（训练序列一般位于峽头)，每段 训练序列用于估计该段训练序列之后、下一段训练序列之前的数据块的信道信息，为了得 到准确的信道信息，每段训练序列需要包含多个训练序列做信道信息的平均，增加了系统 开销，降低了系统的频谱效率。
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题是提供一种相干光通信信道估计方法和系统，能够在 频谱效率相同的情况下有效提高相干光通信系统的传输性能，或者在系统传输性能要求一 定的情况下减少训练序列开销、提高系统效率。
[0010] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种相干光通信信道估计方法，该方法包 括：
[0011] 接收端每接收到一峽数据，根据当前峽包含的训练序列估计当前峽的信道传递函 数，将估计出的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的初始估计并保存；
[0012] 读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，如读取到，则将所述当前峽的 前一峽的信道传递函数的最终估计与当前峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将 加权平均后的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的最终估计并保存。
[0013] 进一步地，该方法还包括下述特点：
[0014] 将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前峽的信道传递函数的 初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的最终 估计，包括：
[0015] 当前第i峽的信道传递函数的最终估计片为：
[0016]
[0017]其中，冉,_1佩是当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，任,的）是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点；ai为当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数，〇<ai《1;i> 2。
[0018] 进一步地，该方法还包括下述特点：
[0019] 将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前峽的信道传递函数的 初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的最终 估计，包括：
[0020] 根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计的m个频点 {/),_,(VU),_,作)，...々._,成,）}的相位值，和当前第i帧的信道传递函数的初始估计的m个 是妇点f),作,)，作,)，...，f}, (A-W)i.的相位值，估计当前第i峽的前一峽的信道传递函数与当 前第i峽的信道传递函数的相位差化)，获得0 1化）的估计值如A)，2 5；w_<；W，N是频点 的总数；
[0021] 根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数与当前第i峽的信道传递函数的相位差 0i化）的估计值4(幻，将当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计进行相位旋转， 使旋转后的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的每一个频点的相位对准当前第i峽的信 道传递函数的初始估计的对应频点的相位；
[0022] 将经过相位对准的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前第i 峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，获得当前第i峽的信道传递函数的最终估计 白非)为;
[0023]
[0024]其中，妊,._1传)是当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点；ai为当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数，〇<ai《1;i> 2。
[00巧]进一步地，该方法还包括下述特点：
[0026] 还包括：根据W下规则设置当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权重系数 ai;如需要加快追踪信道变化的速度，则增大当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权 重系数ai;如需要提高抗噪声的性能，则减小当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权 重系数a1。
[0027] 进一步地，该方法还包括下述特点：
[0028] 还包括；读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，如未读取到，则将所述 当前峽的信道传递函数的初始估计作为所述当前峽的信道传递函数的最终估计。
[0029] 为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种相干光通信信道估计系统，该系统 包括：
[0030] 初始估计和保存模块，用于接收端每接收到一峽数据，根据当前峽包含的训练序 列估计当前峽的信道传递函数，将估计出的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的初 始估计并保存；
[0031] 最终估计和保存模块 ，用于读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，女口 读取到，则将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前峽的信道传递函数的 初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的最终 估计并保存。
[0032] 进一步地，该系统还包括下述特点：
[0033] 最终估计和保存模块，用于将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与 当前峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前 峽的信道传递函数的最终估计，包括：
[0034] 当前第i帧的信道传递函数的最终估计Aw为：
[0035] H.(A-) = (1-)//, ,{k)+a.H.{k)；
[003引其中，妊,_1脚是当前第i帧的前一峽的信道传递函数的最终估计，存，W是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点；ai为当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数，0<ai《1;i> 2。
[0037] 进一步地，该系统还包括下述特点：
[0038]最终估计和保存模块，用于将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与 当前峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前 峽的信道传递函数的最终估计，包括：
[0039] 根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计的m个频点 作,)，/),_,(L 作")I.的相位值，和当前第i帧的信道传递函数的初始估计的m个 频点|气.(A'|)，/7,.(A'2)，…，/7,(A'J}的相位值，估计当前第i峽的前一峽的信道传递函数与 当前第i峽的信道传递函数的相位差化)，获得0i(k)的估计值如，N是频 点的总数；
[0040] 根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数与当前第i峽的信道传递函数的相位差 0i化）的估计值4作)，将当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计进行相位旋转， 使旋转后的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的每一个频点的相位对准当前第i峽的信 道传递函数的初始估计的对应频点的相位；
[0041]将经过相位对准的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前第i 峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，获得当前第i峽的信道传递函数的最终估计 /),(免)为：
[0042]
[004引其中，马._1脚是当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，巧伏)是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点；ai为当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数，0<ai《1;i> 2。
[0044] 进一步地，该系统还包括下述特点：
[0045] 该系统还包括：
[0046] 设置模块，用于根据W下规则设置当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权重 系数ai;如需要加快追踪信道变化的速度，则增大当前第i峽的信道传递函数的初始估计 的权重系数ai;如需要提高抗噪声的性能，则减小当前第i峽的信道传递函数的初始估计 的权重系数a1。
[0047] 进一步地，该系统还包括下述特点：
[0048]最终估计和保存模块，用于读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，女口 未读取到，则将所述当前峽的信道传递函数的初始估计作为所述当前峽的信道传递函数的 最终估计。
[0049] 与现有技术相比，本发明提供的一种相干光通信信道估计方法和系统，利用前后 峽间信道的相关性，在现有的信道估计的方法基础上，通过峽间加权平均的数字信道处理， 能够在频谱效率相同的情况下有效提高相干光通信系统的传输性能，或者在系统传输性能 要求一定的情况下减少训练序列开销、提高系统效率。
【附图说明】
[0050] 图1为现有技术中的相干光通信系统的结构示意图。
[0051] 图2为现有技术中的基于训练序列估计信道的示意图。
[0052] 图3为本发明实施例的一种相干光通信信道估计方法的流程图。
[0053] 图4为本发明实施例的基于训练序列估计信道的示意图。
[0054] 图5为本发明实施例的一种相干光通信信道估计系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0055] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明 的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中 的特征可W相互任意组合。
[0056] 如图3所示，本发明实施例提供了一种相干光通信信道估计方法，该方法包括：
[0057]S10,接收端每接收到一峽数据，根据当前峽包含的训练序列估计当前峽的信道传 递函数，将估计出的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的初始估计并保存；
[0058]S20,读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，如读取到，则将所述当前 峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前峽的信道传递函数的初始估计进行加权平 均，将加权平均后的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的最终估计并保存。
[0059] 该方法还可W包括下述特点：
[0060] 其中，根据当前峽包含的训练序列估计当前峽的信道传递函数，包括：根据当前峽 包含的训练序列采用最小二乘法估计当前峽的信道传递函数。其中，估计信道传递函数的 方法除了采用最小二乘法，还可W采用其他现有技术中的估计方法。
[0061] 在现有的一般方法中，相干光通信数字接收机中，经ADC采样的训练序列在离散 傅里叶变换（DFT)变换到频域后可W表示为下式（1);
[0062] Yi(k)=Hi(k)Xi(k)+Ni(k)； (1)
[006引其中i表示第i帧，k表示第k个频点，k=l, 2,. ..，Ndpt;Yi似表示接收到的第i峽，Hi(k)表示第i峽的传递函数，Xi(k)表示发送的第i峽，Ni(k)表示第i峽的信道噪声。
[0064] 按照最小二乘准则对第i峽进行信道估计，估计出的第i峽的信道传递函数/~/,(幻 如下式（2)所示：
[0065] (2)
[006引其中，啡巧是频点的总数，也即，接收端进行上述DFT运算的点数。
[0067] 优选地，读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，如未读取到（比如，当 前峽是接收到的第一峽)，则将所述当前峽的信道传递函数的初始估计作为所述当前峽的 信道传递函数的最终估计。
[0068] 优选地，如图4所示，将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前 峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前峽的 信道传递函数的最终估计，包括：
[0069]当前第i峽的信道传递函数的最终估计片，(足）为：
[0070]
(3)
[0071] 其中，坏_,〇t)是当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，片,(/()是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点，k=l，2, . . .，Ndpt;ai为当前第i峽的信道 传递函数的初始估计的权重系数，〇<ai《1，1-ai为当前第i峽的前一峽的信道传递函数 的最终估计的权重；i> 2;
[0072] 其中，当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权重系数ai根据W下规则设置： 如需要加快追踪信道变化的速度，则增大当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权重系 数ai;如需要提高抗噪声的性能，则减小当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权重系 数a,;
[0073] 优选地，当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权重系数ai的取值如下式（4) 所示：[0074]
(4)
[00巧]也即，如当前第i峽的峽号小于或等于阔值t，t〉l，则当前第i峽的信道传递函数 的初始估计的权重系数ai为1/i，如当前第i峽的峽号大于阔值t，则当前第i峽的信道 传递函数的初始估计的权重系数ai为1/t;
[0076] 优选地，考虑到接收端接收相邻峽的载波起始相位和时钟同步点不同，因此，当前 第i峽的前一峽与当前第i峽的信道传递函数具有相位差ei化）；理想情况下，01化）为 频点k的线性函数，因此，可W采用最小二乘法对相位差01化）进行估计；
[0077] 因此，为了进一步提高估计的准确性，将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的 最终估计与当前峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函 数作为当前峽的信道传递函数的最终估计，包括：
[007引根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计的m个频点 (A-(M，.，作U的相位值，和当前第i峽的信道传递函数的初始估计的m个 是妇点片,(A，,)，后气(A-J的相位值，估计当前第i峽的前一峽的信道传递函数与当前 第1峽的信道传递函数的相位差9 1化)，获得0 1化）的估计值4(点），2<"|<..、，.'',,,，，啡"是频 点的总数；
[0079] 根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数与当前第i峽的信道传递函数的相位差 0i化）的估计值4(幻，将当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计进行相位旋转， 使旋转后的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的每一个频点的相位对准当前第i峽的信 道传递函数的初始估计的对应频点的相位；
[0080] 将经过相位对准的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前第i 峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，获得当前第i峽的信道传递函数的最终估计 白作)为-?
[0081]
(5)
[0082] 其中，是当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，存，(皮：)是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点，k=l，2, . . .，Ndpt;ai为当前第i峽的信道 传递函数的初始估计的权重系数，〇<ai《1，1-ai为当前第i峽的前一峽的信道传递函数 的最终估计的权重；i>2。
[0083] 其中，相干光通信系统可W是；相干光OFDM(OrthogonalRrequen巧Division Multiplexing,正交频分复用技术）系统、相干光单载波频域均衡（CO-SC抑E)系统、或相干 光单载波频分复用（C0-SCFDM)系统等。
[0084] 相对于现有技术中发射端在每一峽数据中插入多个训练序列的做法，采用本发明 的方法后，发射端在每一峽中插入训练序列时，可W减少训练序列的个数，而接收端对信道 估计的准确性仍然能够得到保障。因此，本发明在系统传输性能要求一定的情况下可W有 效减少训练序列开销、提高系统效率。
[0085] 如图5所示，本发明实施例提供了一种相干光通信信道估计系统，该系统包括：
[0086] 初始估计和保存模块，用于接收端每接收到一峽数据，根据当前峽包含的训练序 列估计当前峽的信道传递函数，将估计出的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的初 始估计并保存；
[0087]最终估计和保存模块，用于读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，女口 读取到，则将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前峽的信道传递函数的 初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的最终 估计并保存。
[0088] 该系统还可包括下述特点：
[0089] 优选地，最终估计和保存模块，用于将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最 终估计与当前峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数 作为当前峽的信道传递函数的最终估计，包括：
[0090] 当前第i峽的信道传递函数的最终估计/),(/〇为：
[0091] AW = (l-a,.)今:_,W + a属(人'）.
[0092] 其中，巧_1仪）是当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，好是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点；ai为当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数，〇<ai《1;i> 2。
[0093] 优选地，考虑到接收端接收相邻峽的载波起始相位和时钟同步点不同，因此，当前 第i峽的前一峽与当前第i峽的信道传递函数具有相位差ei化）；理想情况下，01化）为 频点k的线性函数，因此，可W采用最小二乘法对相位差01化）进行估计；
[0094] 因此，为了进一步提高估计的准确性，最终估计和保存模块，用于将所述当前峽的 前一峽的信道传递函数的最终估计与当前峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将 加权平均后的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的最终估计，包括：
[0095] 根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计的m个频点 { /),_1峰)，/),_|咕)，...//,_|作,）}的相位值，和当前第i峽的信道传递函数的初始估计的m个 是妇点{气作|)，气.作2)，...，/7,八',,,）}的相位值，估计当前第1帧的前一帧的信道传递函数与当 前第i峽的信道传递函数的相位差e;化)，获得0i(k)的估计值如幻，，N是频点 的总数；
[0096] 根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数与当前第i峽的信道传递函数的相位差 0i化）的估计值马(A>)，将当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计进行相位旋转， 使旋转后的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的每一个频点的相位对准当前第i峽的信 道传递函数的初始估计的对应频点的相位；
[0097] 将经过相位对准的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前第i 峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，获得当前第i峽的信道传递函数的最终估计 如足)为：
[0098]
[0099] 其中，妊是当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点；ai为当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数，〇<ai《1;i> 2。
[0100] 优选地，所述系统还包括设置模块：
[0101] 所述设置模块，用于根据W下规则设置当前第i峽的信道传递函数的初始估计的 权重系数ai;如需要加快追踪信道变化的速度，则增大当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数ai;如需要提高抗噪声的性能，则减小当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数a1。
[0102] 优选地，最终估计和保存模块，用于读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终 估计，如未读取到，则将所述当前峽的信道传递函数的初始估计作为所述当前峽的信道传 递函数的最终估计。
[0103] 上述实施例提供的一种相干光通信信道估计方法和系统，利用前后峽间信道的相 关性，在现有的信道估计的方法基础上，通过峽间加权平均的数字信道处理，能够在频谱效 率相同的情况下有效提高相干光通信系统的传输性能，或者在系统传输性能要求一定的情 况下减少训练序列开销、提高系统效率。
[0104] 本领域普通技术人员可W理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令 相关硬件完成，所述程序可W存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘 等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可W使用一个或多个集成电路来实现，相应 地，上述实施例中的各模块/单元可W采用硬件的形式实现，也可W采用软件功能模块的 形式实现。本发明不限制于 任何特定形式的硬件和软件的结合。
[0105] 需要说明的是，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的 情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但该些相应的 改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种相干光通信信道估计方法，该方法包括： 接收端每接收到一帧数据，根据当前帧包含的训练序列估计当前帧的信道传递函数， 将估计出的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的初始估计并保存； 读取当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，如读取到，则将所述当前帧的前一 帧的信道传递函数的最终估计与当前帧的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权 平均后的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的最终估计并保存。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于： 将所述当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前帧的信道传递函数的初始 估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的最终估 计，包括： 当前第i帧的信道传递函数的最终估计为：其中，成4(幻是当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计(幻是当前第i 帧的信道传递函数的初始估计；k代表频点；a i为当前第i帧的信道传递函数的初始估计 的权重系数，〇〈 Ct i彡I ;i彡2。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于： 将所述当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前帧的信道传递函数的初始 估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的最终估 计，包括： 根据当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计的m个频点 {/),.」(λ? ),//,.」(λ'2 )，···.)丨.的相位值，和当前第i帧的信道传递函数的初始估计的m个 频点彳斤$ ),斤(々.2 (A",)丨的相位值，估计当前第i帧的前一帧的信道传递函数与当 前第i帧的信道传递函数的相位差QiGO,获得QiQO的估计值?(幻，2 .V，N是频点 的总数； 根据当前第i帧的前一帧的信道传递函数与当前第i帧的信道传递函数的相位差 Θ i (k)的估计值?.(Α)，将当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计进行相位旋转， 使旋转后的当前第i帧的前一帧的信道传递函数的每一个频点的相位对准当前第i帧的信 道传递函数的初始估计的对应频点的相位； 将经过相位对准的当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前第i帧的信 道传递函数的初始估计进行加权平均，获得当前第i帧的信道传递函数的最终估计/),(人） 为：其中，片hO：)是当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，是当前第i 帧的信道传递函数的初始估计；k代表频点；a i为当前第i帧的信道传递函数的初始估计 的权重系数，〇〈 Ct i彡I ;i彡2。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括： 根据以下规则设置当前第i帧的信道传递函数的初始估计的权重系数a i :如需要加 快追踪信道变化的速度，则增大当前第i帧的信道传递函数的初始估计的权重系数a i ;如 需要提高抗噪声的性能，则减小当前第i帧的信道传递函数的初始估计的权重系数a i。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括： 读取当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，如未读取到，则将所述当前帧的信 道传递函数的初始估计作为所述当前帧的信道传递函数的最终估计。6. -种相干光通信信道估计系统，该系统包括： 初始估计和保存模块，用于接收端每接收到一帧数据，根据当前帧包含的训练序列估 计当前帧的信道传递函数，将估计出的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的初始估 计并保存； 最终估计和保存模块，用于读取当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，如读取 到，则将所述当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前帧的信道传递函数的初始 估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的最终估计 并保存。7. 如权利要求6所述的系统，其特征在于： 最终估计和保存模块，用于将所述当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前 帧的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前帧的 信道传递函数的最终估计，包括： 当前第i帧的信道传递函数的最终估计/幻为：其中，片Μ#)是当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，#,(幻是当前第i 帧的信道传递函数的初始估计；k代表频点；a i为当前第i帧的信道传递函数的初始估计 的权重系数，〇〈 ct i彡I ;i彡2。8. 如权利要求6所述的系统，其特征在于： 最终估计和保存模块，用于将所述当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前 帧的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前帧的 信道传递函数的最终估计，包括： 根据当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计的m个频点 {/),,_.说),//M (A2),.../H)丨的相位值，和当前第i帧的信道传递函数的初始估计的m个 频点·[夂A),AM2豕(纥）丨的相位值，估计当前第i帧的前一帧的信道传递函数与 当前第i帧的信道传递函数的相位差ejk)，获得QiQO的估计值4(A),，N是频 点的总数； 根据当前第i帧的前一帧的信道传递函数与当前第i帧的信道传递函数的相位差 Θ i (k)的估计值4(幻，将当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计进行相位旋转， 使旋转后的当前第i帧的前一帧的信道传递函数的每一个频点的相位对准当前第i帧的信 道传递函数的初始估计的对应频点的相位； 将经过相位对准的当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前第i帧的信 道传递函数的初始估计进行加权平均，获得当前第i帧的信道传递函数的最终估计 为：其中，(幻是当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，#,(幻是当前第i 帧的信道传递函数的初始估计；k代表频点；a i为当前第i帧的信道传递函数的初始估计 的权重系数，〇〈 Ct i彡I ;i彡2。9. 如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括： 设置模块，用于根据以下规则设置当前第i帧的信道传递函数的初始估计的权重系数 a i :如需要加快追踪信道变化的速度，则增大当前第i帧的信道传递函数的初始估计的权 重系数a i ;如需要提高抗噪声的性能，则减小当前第i帧的信道传递函数的初始估计的权 重系数a it)10. 如权利要求6所述的系统，其特征在于： 最终估计和保存模块，用于读取当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，如未读 取到，则将所述当前帧的信道传递函数的初始估计作为所述当前帧的信道传递函数的最终 估计。
【专利摘要】本发明公开了一种相干光通信信道估计方法，该方法包括：接收端每接收到一帧数据，根据当前帧包含的训练序列估计当前帧的信道传递函数，将估计出的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的初始估计并保存；读取当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，如读取到，则将所述当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前帧的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的最终估计并保存。本发明能够在频谱效率相同的情况下有效提高相干光通信系统的传输性能，或者在系统传输性能要求一定的情况下减少训练序列开销、提高系统效率。本发明还公开了一种相干光通信信道估计系统。
【IPC分类】H04L25/02
【公开号】CN104901906
【申请号】CN201410084328
【发明人】李巨浩, 朱哌锟, 何永琪, 周伟勤
【申请人】中兴通讯股份有限公司, 北京大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月7日
【公告号】WO2015131501A1
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及的是一种相干光通信信道估计方法和系 统。
【背景技术】
[0002] 随着科技的不断进步与互联网产业的蓬勃发展，人们对于通信质量与速度的需求 也越来越高。通信业务量正在W超过摩尔定律的速度爆炸式地增长，且业务形式与需求趋 于多元化，如云计算、高清流媒体、视频会议等。该无疑给当代全球的通信系统与网络带来 了更大的挑战。光纤通信作为现代通信网络中的革命性与支撑性技术，不但已经成为通信 领域研究中的重中之重，而且也成为通信产业中产品化、市场化的焦点与热点。
[0003] 高速光纤通信W高频谱效率和抗信道损伤能力作为保证。由于数字信号处理 (DSP)技术的迅猛发展，相干光通信技术在各种备选的解决方案中逐渐占得主导地位，在光 纤通信与网络领域中得W广泛关注与研究。相干光检测可W提取接收信号除强度外的全 部信息，且具有更好的频率选择性与接收灵敏度，其接收灵敏度比直接检测系统高约10~ 20地。
[0004] 如图1所示，相干光通信系统由发射部分、光纤信道和接收部分组成，其中发射部 分包括电发射机和RT0 (Radio化equency-to-optical，射频到光）上变频器，接收部分包 括0TR(化tica^to-radio化equen巧-to,光到射频）下变频器和电接收机。
[0005] 在发射机端，两套电发射机分别产生两个偏振方向（X偏振方向和Y偏振方向）的 比特流，然后通过星座映射等数字信号处理（DSP)产生携带训练序列的基带同相路（I)和 正交路（Q)信号，I路信号和Q路信号经过数模转换器（DAC)变换后输出，两个偏振方向的 电信号通过各自的上变频器(光I/Q调制器)进行上变频，再由偏振合束器进行合束，合束后 的偏振复用信号送入光纤信道传输。
[0006] 在接收机端，接收到的偏振复用信号经过光滤波器滤波，滤波后的偏振复用信号 与本振光通过双偏振混频器进行混频，混频后的信号通过光电检测器进行下变频，得到两 个偏振方向（X偏振方向和Y偏振方向）的I路和Q路基带电信号，送入电接收机的模数转 换器ADC，得到数字信号由电接收机进行数字信号处理，处理后恢复出两个偏振方向的比特 流。
[0007] 在相干光通信系统的接收机端，数字信号处理主要包括；接收机前端不理想特性 补偿、载波频偏估计与补偿、信道估计与均衡、载波相位恢复等。其中，信道估计与均衡是非 常重要的一部分，作用是将信道对信号的幅度和相位造成的影响消除或部分消除，W便随 后的载波相位恢复与判决。目前相干光通信信道估计与均衡方法主要分为基于恒模算法的 盲均衡和基于数据辅助的非盲估计与均衡。相比盲均衡，基于数据辅助的非盲估计与均衡 通过引入一部分开销，也即，发射端在时域数据块中周期性地插入接收端已知的序列（又称 训练序列)，接收端利用此训练序列得到信道传递函数，再对接收到的数据进行时域或频域 均衡，实现方法较为简单。
[000引如图2所示，现有的基于数据辅助的相干光通信信道估计技术一般是在发射端数 据块中周期性地加入训练序列，每一峽包含一段训练序列（训练序列一般位于峽头)，每段 训练序列用于估计该段训练序列之后、下一段训练序列之前的数据块的信道信息，为了得 到准确的信道信息，每段训练序列需要包含多个训练序列做信道信息的平均，增加了系统 开销，降低了系统的频谱效率。
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题是提供一种相干光通信信道估计方法和系统，能够在 频谱效率相同的情况下有效提高相干光通信系统的传输性能，或者在系统传输性能要求一 定的情况下减少训练序列开销、提高系统效率。
[0010] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种相干光通信信道估计方法，该方法包 括：
[0011] 接收端每接收到一峽数据，根据当前峽包含的训练序列估计当前峽的信道传递函 数，将估计出的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的初始估计并保存；
[0012] 读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，如读取到，则将所述当前峽的 前一峽的信道传递函数的最终估计与当前峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将 加权平均后的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的最终估计并保存。
[0013] 进一步地，该方法还包括下述特点：
[0014] 将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前峽的信道传递函数的 初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的最终 估计，包括：
[0015] 当前第i峽的信道传递函数的最终估计片为：
[0016]
[0017]其中，冉,_1佩是当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，任,的）是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点；ai为当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数，〇<ai《1;i> 2。
[0018] 进一步地，该方法还包括下述特点：
[0019] 将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前峽的信道传递函数的 初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的最终 估计，包括：
[0020] 根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计的m个频点 {/),_,(VU),_,作)，...々._,成,）}的相位值，和当前第i帧的信道传递函数的初始估计的m个 是妇点f),作,)，作,)，...，f}, (A-W)i.的相位值，估计当前第i峽的前一峽的信道传递函数与当 前第i峽的信道传递函数的相位差化)，获得0 1化）的估计值如A)，2 5；w_<；W，N是频点 的总数；
[0021] 根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数与当前第i峽的信道传递函数的相位差 0i化）的估计值4(幻，将当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计进行相位旋转， 使旋转后的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的每一个频点的相位对准当前第i峽的信 道传递函数的初始估计的对应频点的相位；
[0022] 将经过相位对准的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前第i 峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，获得当前第i峽的信道传递函数的最终估计 白非)为;
[0023]
[0024]其中，妊,._1传)是当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点；ai为当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数，〇<ai《1;i> 2。
[00巧]进一步地，该方法还包括下述特点：
[0026] 还包括：根据W下规则设置当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权重系数 ai;如需要加快追踪信道变化的速度，则增大当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权 重系数ai;如需要提高抗噪声的性能，则减小当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权 重系数a1。
[0027] 进一步地，该方法还包括下述特点：
[0028] 还包括；读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，如未读取到，则将所述 当前峽的信道传递函数的初始估计作为所述当前峽的信道传递函数的最终估计。
[0029] 为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种相干光通信信道估计系统，该系统 包括：
[0030] 初始估计和保存模块，用于接收端每接收到一峽数据，根据当前峽包含的训练序 列估计当前峽的信道传递函数，将估计出的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的初 始估计并保存；
[0031] 最终估计和保存模块 ，用于读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，女口 读取到，则将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前峽的信道传递函数的 初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的最终 估计并保存。
[0032] 进一步地，该系统还包括下述特点：
[0033] 最终估计和保存模块，用于将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与 当前峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前 峽的信道传递函数的最终估计，包括：
[0034] 当前第i帧的信道传递函数的最终估计Aw为：
[0035] H.(A-) = (1-)//, ,{k)+a.H.{k)；
[003引其中，妊,_1脚是当前第i帧的前一峽的信道传递函数的最终估计，存，W是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点；ai为当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数，0<ai《1;i> 2。
[0037] 进一步地，该系统还包括下述特点：
[0038]最终估计和保存模块，用于将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与 当前峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前 峽的信道传递函数的最终估计，包括：
[0039] 根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计的m个频点 作,)，/),_,(L 作")I.的相位值，和当前第i帧的信道传递函数的初始估计的m个 频点|气.(A'|)，/7,.(A'2)，…，/7,(A'J}的相位值，估计当前第i峽的前一峽的信道传递函数与 当前第i峽的信道传递函数的相位差化)，获得0i(k)的估计值如，N是频 点的总数；
[0040] 根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数与当前第i峽的信道传递函数的相位差 0i化）的估计值4作)，将当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计进行相位旋转， 使旋转后的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的每一个频点的相位对准当前第i峽的信 道传递函数的初始估计的对应频点的相位；
[0041]将经过相位对准的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前第i 峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，获得当前第i峽的信道传递函数的最终估计 /),(免)为：
[0042]
[004引其中，马._1脚是当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，巧伏)是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点；ai为当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数，0<ai《1;i> 2。
[0044] 进一步地，该系统还包括下述特点：
[0045] 该系统还包括：
[0046] 设置模块，用于根据W下规则设置当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权重 系数ai;如需要加快追踪信道变化的速度，则增大当前第i峽的信道传递函数的初始估计 的权重系数ai;如需要提高抗噪声的性能，则减小当前第i峽的信道传递函数的初始估计 的权重系数a1。
[0047] 进一步地，该系统还包括下述特点：
[0048]最终估计和保存模块，用于读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，女口 未读取到，则将所述当前峽的信道传递函数的初始估计作为所述当前峽的信道传递函数的 最终估计。
[0049] 与现有技术相比，本发明提供的一种相干光通信信道估计方法和系统，利用前后 峽间信道的相关性，在现有的信道估计的方法基础上，通过峽间加权平均的数字信道处理， 能够在频谱效率相同的情况下有效提高相干光通信系统的传输性能，或者在系统传输性能 要求一定的情况下减少训练序列开销、提高系统效率。
【附图说明】
[0050] 图1为现有技术中的相干光通信系统的结构示意图。
[0051] 图2为现有技术中的基于训练序列估计信道的示意图。
[0052] 图3为本发明实施例的一种相干光通信信道估计方法的流程图。
[0053] 图4为本发明实施例的基于训练序列估计信道的示意图。
[0054] 图5为本发明实施例的一种相干光通信信道估计系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0055] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明 的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中 的特征可W相互任意组合。
[0056] 如图3所示，本发明实施例提供了一种相干光通信信道估计方法，该方法包括：
[0057]S10,接收端每接收到一峽数据，根据当前峽包含的训练序列估计当前峽的信道传 递函数，将估计出的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的初始估计并保存；
[0058]S20,读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，如读取到，则将所述当前 峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前峽的信道传递函数的初始估计进行加权平 均，将加权平均后的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的最终估计并保存。
[0059] 该方法还可W包括下述特点：
[0060] 其中，根据当前峽包含的训练序列估计当前峽的信道传递函数，包括：根据当前峽 包含的训练序列采用最小二乘法估计当前峽的信道传递函数。其中，估计信道传递函数的 方法除了采用最小二乘法，还可W采用其他现有技术中的估计方法。
[0061] 在现有的一般方法中，相干光通信数字接收机中，经ADC采样的训练序列在离散 傅里叶变换（DFT)变换到频域后可W表示为下式（1);
[0062] Yi(k)=Hi(k)Xi(k)+Ni(k)； (1)
[006引其中i表示第i帧，k表示第k个频点，k=l, 2,. ..，Ndpt;Yi似表示接收到的第i峽，Hi(k)表示第i峽的传递函数，Xi(k)表示发送的第i峽，Ni(k)表示第i峽的信道噪声。
[0064] 按照最小二乘准则对第i峽进行信道估计，估计出的第i峽的信道传递函数/~/,(幻 如下式（2)所示：
[0065] (2)
[006引其中，啡巧是频点的总数，也即，接收端进行上述DFT运算的点数。
[0067] 优选地，读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，如未读取到（比如，当 前峽是接收到的第一峽)，则将所述当前峽的信道传递函数的初始估计作为所述当前峽的 信道传递函数的最终估计。
[0068] 优选地，如图4所示，将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前 峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前峽的 信道传递函数的最终估计，包括：
[0069]当前第i峽的信道传递函数的最终估计片，(足）为：
[0070]
(3)
[0071] 其中，坏_,〇t)是当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，片,(/()是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点，k=l，2, . . .，Ndpt;ai为当前第i峽的信道 传递函数的初始估计的权重系数，〇<ai《1，1-ai为当前第i峽的前一峽的信道传递函数 的最终估计的权重；i> 2;
[0072] 其中，当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权重系数ai根据W下规则设置： 如需要加快追踪信道变化的速度，则增大当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权重系 数ai;如需要提高抗噪声的性能，则减小当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权重系 数a,;
[0073] 优选地，当前第i峽的信道传递函数的初始估计的权重系数ai的取值如下式（4) 所示：[0074]
(4)
[00巧]也即，如当前第i峽的峽号小于或等于阔值t，t〉l，则当前第i峽的信道传递函数 的初始估计的权重系数ai为1/i，如当前第i峽的峽号大于阔值t，则当前第i峽的信道 传递函数的初始估计的权重系数ai为1/t;
[0076] 优选地，考虑到接收端接收相邻峽的载波起始相位和时钟同步点不同，因此，当前 第i峽的前一峽与当前第i峽的信道传递函数具有相位差ei化）；理想情况下，01化）为 频点k的线性函数，因此，可W采用最小二乘法对相位差01化）进行估计；
[0077] 因此，为了进一步提高估计的准确性，将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的 最终估计与当前峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函 数作为当前峽的信道传递函数的最终估计，包括：
[007引根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计的m个频点 (A-(M，.，作U的相位值，和当前第i峽的信道传递函数的初始估计的m个 是妇点片,(A，,)，后气(A-J的相位值，估计当前第i峽的前一峽的信道传递函数与当前 第1峽的信道传递函数的相位差9 1化)，获得0 1化）的估计值4(点），2<"|<..、，.'',,,，，啡"是频 点的总数；
[0079] 根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数与当前第i峽的信道传递函数的相位差 0i化）的估计值4(幻，将当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计进行相位旋转， 使旋转后的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的每一个频点的相位对准当前第i峽的信 道传递函数的初始估计的对应频点的相位；
[0080] 将经过相位对准的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前第i 峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，获得当前第i峽的信道传递函数的最终估计 白作)为-?
[0081]
(5)
[0082] 其中，是当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，存，(皮：)是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点，k=l，2, . . .，Ndpt;ai为当前第i峽的信道 传递函数的初始估计的权重系数，〇<ai《1，1-ai为当前第i峽的前一峽的信道传递函数 的最终估计的权重；i>2。
[0083] 其中，相干光通信系统可W是；相干光OFDM(OrthogonalRrequen巧Division Multiplexing,正交频分复用技术）系统、相干光单载波频域均衡（CO-SC抑E)系统、或相干 光单载波频分复用（C0-SCFDM)系统等。
[0084] 相对于现有技术中发射端在每一峽数据中插入多个训练序列的做法，采用本发明 的方法后，发射端在每一峽中插入训练序列时，可W减少训练序列的个数，而接收端对信道 估计的准确性仍然能够得到保障。因此，本发明在系统传输性能要求一定的情况下可W有 效减少训练序列开销、提高系统效率。
[0085] 如图5所示，本发明实施例提供了一种相干光通信信道估计系统，该系统包括：
[0086] 初始估计和保存模块，用于接收端每接收到一峽数据，根据当前峽包含的训练序 列估计当前峽的信道传递函数，将估计出的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的初 始估计并保存；
[0087]最终估计和保存模块，用于读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，女口 读取到，则将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前峽的信道传递函数的 初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的最终 估计并保存。
[0088] 该系统还可包括下述特点：
[0089] 优选地，最终估计和保存模块，用于将所述当前峽的前一峽的信道传递函数的最 终估计与当前峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数 作为当前峽的信道传递函数的最终估计，包括：
[0090] 当前第i峽的信道传递函数的最终估计/),(/〇为：
[0091] AW = (l-a,.)今:_,W + a属(人'）.
[0092] 其中，巧_1仪）是当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，好是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点；ai为当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数，〇<ai《1;i> 2。
[0093] 优选地，考虑到接收端接收相邻峽的载波起始相位和时钟同步点不同，因此，当前 第i峽的前一峽与当前第i峽的信道传递函数具有相位差ei化）；理想情况下，01化）为 频点k的线性函数，因此，可W采用最小二乘法对相位差01化）进行估计；
[0094] 因此，为了进一步提高估计的准确性，最终估计和保存模块，用于将所述当前峽的 前一峽的信道传递函数的最终估计与当前峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将 加权平均后的信道传递函数作为当前峽的信道传递函数的最终估计，包括：
[0095] 根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计的m个频点 { /),_1峰)，/),_|咕)，...//,_|作,）}的相位值，和当前第i峽的信道传递函数的初始估计的m个 是妇点{气作|)，气.作2)，...，/7,八',,,）}的相位值，估计当前第1帧的前一帧的信道传递函数与当 前第i峽的信道传递函数的相位差e;化)，获得0i(k)的估计值如幻，，N是频点 的总数；
[0096] 根据当前第i峽的前一峽的信道传递函数与当前第i峽的信道传递函数的相位差 0i化）的估计值马(A>)，将当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计进行相位旋转， 使旋转后的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的每一个频点的相位对准当前第i峽的信 道传递函数的初始估计的对应频点的相位；
[0097] 将经过相位对准的当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计与当前第i 峽的信道传递函数的初始估计进行加权平均，获得当前第i峽的信道传递函数的最终估计 如足)为：
[0098]
[0099] 其中，妊是当前第i峽的前一峽的信道传递函数的最终估计，是当前 第i峽的信道传递函数的初始估计；k代表频点；ai为当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数，〇<ai《1;i> 2。
[0100] 优选地，所述系统还包括设置模块：
[0101] 所述设置模块，用于根据W下规则设置当前第i峽的信道传递函数的初始估计的 权重系数ai;如需要加快追踪信道变化的速度，则增大当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数ai;如需要提高抗噪声的性能，则减小当前第i峽的信道传递函数的初始 估计的权重系数a1。
[0102] 优选地，最终估计和保存模块，用于读取当前峽的前一峽的信道传递函数的最终 估计，如未读取到，则将所述当前峽的信道传递函数的初始估计作为所述当前峽的信道传 递函数的最终估计。
[0103] 上述实施例提供的一种相干光通信信道估计方法和系统，利用前后峽间信道的相 关性，在现有的信道估计的方法基础上，通过峽间加权平均的数字信道处理，能够在频谱效 率相同的情况下有效提高相干光通信系统的传输性能，或者在系统传输性能要求一定的情 况下减少训练序列开销、提高系统效率。
[0104] 本领域普通技术人员可W理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令 相关硬件完成，所述程序可W存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘 等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可W使用一个或多个集成电路来实现，相应 地，上述实施例中的各模块/单元可W采用硬件的形式实现，也可W采用软件功能模块的 形式实现。本发明不限制于 任何特定形式的硬件和软件的结合。
[0105] 需要说明的是，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的 情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但该些相应的 改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种相干光通信信道估计方法，该方法包括： 接收端每接收到一帧数据，根据当前帧包含的训练序列估计当前帧的信道传递函数， 将估计出的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的初始估计并保存； 读取当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，如读取到，则将所述当前帧的前一 帧的信道传递函数的最终估计与当前帧的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权 平均后的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的最终估计并保存。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于： 将所述当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前帧的信道传递函数的初始 估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的最终估 计，包括： 当前第i帧的信道传递函数的最终估计为：其中，成4(幻是当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计(幻是当前第i 帧的信道传递函数的初始估计；k代表频点；a i为当前第i帧的信道传递函数的初始估计 的权重系数，〇〈 Ct i彡I ;i彡2。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于： 将所述当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前帧的信道传递函数的初始 估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的最终估 计，包括： 根据当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计的m个频点 {/),.」(λ? ),//,.」(λ'2 )，···.)丨.的相位值，和当前第i帧的信道传递函数的初始估计的m个 频点彳斤$ ),斤(々.2 (A",)丨的相位值，估计当前第i帧的前一帧的信道传递函数与当 前第i帧的信道传递函数的相位差QiGO,获得QiQO的估计值?(幻，2 .V，N是频点 的总数； 根据当前第i帧的前一帧的信道传递函数与当前第i帧的信道传递函数的相位差 Θ i (k)的估计值?.(Α)，将当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计进行相位旋转， 使旋转后的当前第i帧的前一帧的信道传递函数的每一个频点的相位对准当前第i帧的信 道传递函数的初始估计的对应频点的相位； 将经过相位对准的当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前第i帧的信 道传递函数的初始估计进行加权平均，获得当前第i帧的信道传递函数的最终估计/),(人） 为：其中，片hO：)是当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，是当前第i 帧的信道传递函数的初始估计；k代表频点；a i为当前第i帧的信道传递函数的初始估计 的权重系数，〇〈 Ct i彡I ;i彡2。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括： 根据以下规则设置当前第i帧的信道传递函数的初始估计的权重系数a i :如需要加 快追踪信道变化的速度，则增大当前第i帧的信道传递函数的初始估计的权重系数a i ;如 需要提高抗噪声的性能，则减小当前第i帧的信道传递函数的初始估计的权重系数a i。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括： 读取当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，如未读取到，则将所述当前帧的信 道传递函数的初始估计作为所述当前帧的信道传递函数的最终估计。6. -种相干光通信信道估计系统，该系统包括： 初始估计和保存模块，用于接收端每接收到一帧数据，根据当前帧包含的训练序列估 计当前帧的信道传递函数，将估计出的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的初始估 计并保存； 最终估计和保存模块，用于读取当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，如读取 到，则将所述当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前帧的信道传递函数的初始 估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的最终估计 并保存。7. 如权利要求6所述的系统，其特征在于： 最终估计和保存模块，用于将所述当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前 帧的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前帧的 信道传递函数的最终估计，包括： 当前第i帧的信道传递函数的最终估计/幻为：其中，片Μ#)是当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，#,(幻是当前第i 帧的信道传递函数的初始估计；k代表频点；a i为当前第i帧的信道传递函数的初始估计 的权重系数，〇〈 ct i彡I ;i彡2。8. 如权利要求6所述的系统，其特征在于： 最终估计和保存模块，用于将所述当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前 帧的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前帧的 信道传递函数的最终估计，包括： 根据当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计的m个频点 {/),,_.说),//M (A2),.../H)丨的相位值，和当前第i帧的信道传递函数的初始估计的m个 频点·[夂A),AM2豕(纥）丨的相位值，估计当前第i帧的前一帧的信道传递函数与 当前第i帧的信道传递函数的相位差ejk)，获得QiQO的估计值4(A),，N是频 点的总数； 根据当前第i帧的前一帧的信道传递函数与当前第i帧的信道传递函数的相位差 Θ i (k)的估计值4(幻，将当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计进行相位旋转， 使旋转后的当前第i帧的前一帧的信道传递函数的每一个频点的相位对准当前第i帧的信 道传递函数的初始估计的对应频点的相位； 将经过相位对准的当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前第i帧的信 道传递函数的初始估计进行加权平均，获得当前第i帧的信道传递函数的最终估计 为：其中，(幻是当前第i帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，#,(幻是当前第i 帧的信道传递函数的初始估计；k代表频点；a i为当前第i帧的信道传递函数的初始估计 的权重系数，〇〈 Ct i彡I ;i彡2。9. 如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括： 设置模块，用于根据以下规则设置当前第i帧的信道传递函数的初始估计的权重系数 a i :如需要加快追踪信道变化的速度，则增大当前第i帧的信道传递函数的初始估计的权 重系数a i ;如需要提高抗噪声的性能，则减小当前第i帧的信道传递函数的初始估计的权 重系数a it)10. 如权利要求6所述的系统，其特征在于： 最终估计和保存模块，用于读取当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，如未读 取到，则将所述当前帧的信道传递函数的初始估计作为所述当前帧的信道传递函数的最终 估计。
【专利摘要】本发明公开了一种相干光通信信道估计方法，该方法包括：接收端每接收到一帧数据，根据当前帧包含的训练序列估计当前帧的信道传递函数，将估计出的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的初始估计并保存；读取当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计，如读取到，则将所述当前帧的前一帧的信道传递函数的最终估计与当前帧的信道传递函数的初始估计进行加权平均，将加权平均后的信道传递函数作为当前帧的信道传递函数的最终估计并保存。本发明能够在频谱效率相同的情况下有效提高相干光通信系统的传输性能，或者在系统传输性能要求一定的情况下减少训练序列开销、提高系统效率。本发明还公开了一种相干光通信信道估计系统。
【IPC分类】H04L25/02
【公开号】CN104901906
【申请号】CN201410084328
【发明人】李巨浩, 朱哌锟, 何永琪, 周伟勤
【申请人】中兴通讯股份有限公司, 北京大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月7日
【公告号】WO2015131501A1
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