相干光OFDM系统IQ不平衡补偿算法研究

摘要

相干光OFDM(CO-OFDM)通信是近些年光纤通信领域研究的热点。它作为未来大容量长距离光纤传输的发展方向之一，在对抗由光纤色素色散和偏振模色散引起的载波间干扰和频谱效率等方面都具有优势。然而，发射机和接收机的非理想性能会引起CO-OFDM系统中的信号同相和正交相(IQ)不平衡，产生子载波间干扰，使系统的性能急剧恶化。本文研究了CO-OFDM系统中IQ不平衡问题的补偿算法。主要研究内容包括:
　　(1)提出了一种新的用于解决发送端IQ不平衡问题的训练序列结构，该结构具有IQ不平衡因子和信道独立估计的特点。已有的补偿算法中IQ不平衡因子和信道这两个过程是连续进行的，使得后进行的估计过程受到前一个估计过程的估计误差的影响，降低估计性能。本文利用提出的训练序列结构使得IQ不平衡因子和信道独立求解，降低了估计误差的积累程度，提高了系统的误码率性能。通过对信道最小均方误差(MSE)和不平衡因子MSE的仿真证明了提出的训练序列结构的优势。
　　(2)提出了一种用于解决接收端IQ不平衡问题的IQ不平衡因子和信道的估计算法，该算法具有IQ不平衡因子和信道独立估计的特点。已有的GSOP算法和相同训练序列算法由于IQ不平衡补偿和信道估计的相关性降低了信道估计的性能。本文利用接收信号中IQ不平衡因子之间的关系和特定的导频结构实现IQ不平衡因子和信道的独立估计。根据发送端IQ不平衡和信道的补偿方法推导了接收端IQ不平衡和信道的补偿方法，同时进行IQ不平衡和信道色散补偿。仿真结果表明提出的估计算法在进行IQ不平衡和信道色散补偿时能得到更好的误码率性能。
　　(3)提出了一种用于解决收发同时存在IQ不平衡问题的IQ不平衡因子和信道的估计算法，该算法具有IQ不平衡因子和信道联合估计的特点。已有的补偿需分别进行接收端IQ不平衡、信道和发送端IQ不平衡地估计和补偿，而估计和补偿的误差不断积累直到第三个过程完成。本文利用接收信号的特点，定义同时包含IQ不平衡和信道信息的估计参数，使得IQ不平衡和信道联合地进行估计。同时建立了针对收发同时存在IQ不平衡的补偿算法模型，该算法模型通过化简可得到单独对发送端或接收端进行补偿的算法。仿真结果表明提出的估计和补偿算法在收发同时存在IQ不平衡时能更好的提高系统的误码率性能。

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摘要

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第一章 绪论

1．1 引言

1．2 CO-OFDM系统研究现状

1．2．1 CO-OFDM系统的发展

1．2．2 CO-OFDM系统信号处理研究现状

1．2．3 CO-OFDM系统IQ不平衡问题研究现状

1．3 论文的内容与结构安排

第二章 CO-OFDM系统原理及IQ不平衡模型分析

2．1 CO-OFDM系统原理

2．1．1 CO-OFDM系统上下变换设计选择

2．1．2 射频至光线性上变换的IQ调制器实现

2．1．3 光至射频线性下变换的相干检测实现

2．2 CO-OFDM系统IQ不平衡数学模型

2．2．1 发送端IQ不平衡数学模型

2．2．2 接收端IQ不平衡数学模型

2．2．3 收发同时存在IQ不平衡数学模型

2．3 发送端IQ不平衡和信道色散补偿

2．3．1 接收信号频域分析

2．3．2 IQ不平衡和信道色散补偿算法

2．4 CO-OFDM系统仿真平台设计

2．5 本章小结

第三章 发送端IQ不平衡补偿算法研究

3．1 发送端IQ不平衡和信道估计

3．1．1 非独立的导频估计算法

3．1．2 非独立的训练序列估计算法

3．2 独立的训练序列估计算法

3．3 仿真实验和结果分析

3．3．1 仿真平台和参数设置

3．3．2 结果分析

3．4 本章小结

第四章 接收端IQ不平衡补偿算法研究

4．1 接收端IQ不平衡时域补偿算法

4．1．1 GSOP算法

4．1．2 训练序列补偿算法

4．2 提出的补偿算法

4．2．1 IQ不平衡因子和信道独立估计

4．2．2 IQ不平衡和信道色散补偿

4．3 仿真实验和结果分析

4．3．1 仿真平台和参数设置

4．3．2 结果分析

4．4 本章小结

第五章 收发同时存在IQ不平衡补偿算法研究

5．1 收发同时存在IQ不平衡频域信号分析

5．2 提出的补偿算法

5．2．1 IQ不平衡因子和信道联合估计

5．2．2 IQ不平衡和信道色散补偿

5．3 仿真实验和结果分析

5．3．1 仿真平台和参数设置

5．3．2 结果分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢