[发明专利]光OFDM系统中基于循环前缀(CP)和虚载波的盲频偏估计方法

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循环前缀(CP)和虚载波的盲频偏估计方法，属于光纤通信系统的范畴。

背景技术

随着通信技术的飞速发展，运营商的业务主体和盈利模式都发生了历史性变化。人们对通信的需求已从最初的语音业务向多媒体业务迈进，用户的网络带宽需求越来越高。在光通信领域，全球掀起了新一代光网络的建设浪潮，为各种增值业务的发展铺平了道路。到2015年，发达地区的无线网络流量将在现在的基础上增长10倍。无论是固定网络还是移动网络，网络流量一直在加速增长。在未来5年之内，带宽将以每年50％以上的速度增长，2012年干线带宽流量将达到100T以上，其中97％以上为数据带宽，网络速率提高出现明显的瓶颈。

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剧增。同时，运营商为了降低网络成本，要求未来的网络具有越来越高的智能性。现存的SDH网络急需升级，下一代光网络呼之欲出。新一代光传输网将传统的传输网技术与IP技术融合形成下一代智能光传输网，是一个容量更大、高度灵活、智能管理、动态配置的光传输网。光网络技术的发展方向仍然是超高速率、超大容量、超长距离。

目前对于单信道光传输系统的速率要求已从10Gb/s提高至40Gb/s、100Gb/s，甚至更高。众所周知，将传统的10Gb/s传输系统提高到40Gb/s或100Gb/s，将会面临很多挑战：1)在传统10Gb/s传输系统中，主要采用强度调制-直接检测方案(IM-DD)，当采用此方案来传输40或100Gb/s的数据时，其频谱宽度变大，色度色散(CD)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，系统的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，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子数据流同时传输。OFDM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。

将OFDM技术引入到高速光通信系统中，由于其基本原理和本质特性，它将会给高速光传输系统带来很多的优点：1)较强的抗色度色散(CD)和抗偏振模色散(PMD)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，调制可以采用反快速傅里叶变换(IFFT)，解调可以采用快速傅里叶变换(FFT)完成；4)OFDM系统的信道均衡比较简单，往往只需要单抽头系数的均衡器。这几点刚好克服了在传统10Gb/s系统中传输100Gb/s或更高速速率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。

同时，OFDM技术也有很多的缺点，比如对频偏非常敏感。在光OFDM系统中，发射激光器和接收激光器振荡频率的偏差，使子载波间的正交性遭到破坏，仅子载波间隔1％的频偏就能使光信噪比(OSNR)下降30dB。因此，频偏估计是光OFDM系统必须考虑的问题，是光OFDM系统实用化的一大障碍。在OFDM系统中，根据是否采用已知数据，频偏估计方法可以分为两种：数据辅助频偏估计和盲频偏估计。数据辅助频偏估计方法一般使用训练序列，在接收端进行频偏估计。由于它利用了已知的数据，数据辅助频偏估计方法降低了OFDM系统的带宽效率。盲频偏估计方法利用OFDM符号的特征来进行频偏估计，本方法就是一种盲频偏估计方法。盲频偏估计方法不会降低系统的频谱效率。