CO-OFDM系统中相位噪声影响下的IQ不平衡补偿研究

作     者：丁兆彩 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马秀荣

授予年度：2015年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：CO-OFDM IQ 不平衡 激光相位噪声 补偿算法 

摘      要：相干光OFDM(CO-OFDM)技术不仅有相干光接收技术的高灵敏度、长距离传输等特点,而且有OFDM技术的大容量、高频谱效率、抗色散(CD)和偏振模色散(PMD)等优点,因此,CO-OFDM技术受到越来越多的关注。然而,系统收发两端的非理想性引入了信号同相与正交相(IQ)之间的不平衡及相位噪声,破坏了载波间的正交性,导致系统性能恶化。本文研究了CO-OFDM系统中相位噪声影响下IQ不平衡问题的补偿算法。主要内容包括:(1)提出了一种相位噪声影响下发送端IQ不平衡的补偿算法。现有文献给出了相应地数学模型,并根据数学模型先对IQ不平衡因子和信道色散进行补偿,然后根据补偿后的判决信号进行相位噪声的估计补偿。这使IQ不平衡的补偿受到了相位噪声的影响,降低了系统的性能。本文给出了新的数学模型,并根据新的数学模型,将相位噪声归结到信道中,利用信道均衡消除信道色散和相位噪声的影响,然后再补偿IQ不平衡问题,使得IQ不平衡补偿不受其他因素的影响。仿真结果表明,当系统传输速率为20Gbit/s,传输距离为640km,幅度和相位不平衡分别为3d B和15o时,所提出的算法与对照算法相比,容忍的激光线宽提高了98k Hz;OSNR在收发两端激光线宽均为60k Hz时改善了2.4d B;计算量减少了43%。(2)提出了一种相位噪声影响下接收端IQ不平衡的补偿算法。已有的GSOP算法和相同训练序列算法中,需要额外的导频子载波来估计相位噪声,降低了频谱利用率。本文将相位噪声归结到信道中,根据前一个OFDM信号的相位差来更新当前信道信息,并利用接收信号中IQ不平衡因子之间的关系估计出不平衡因子和初始信道信息。仿真结果表明,当系统传输速率为20Gbit/s,传输距离为640km,接收端幅度和相位不平衡分别为2d B和10o,收发两端激光器线宽均为60k Hz时,所提出的算法与GSOP补偿算法和相同训练序列补偿算法相比,OSNR分别改善了2.3d B和1.6d B。(3)提出了一种相位噪声影响下收发同时存在IQ不平衡的补偿算法。已有的补偿算法需要顺序估计和补偿接收端IQ不平衡、信道、相位噪声和发送端IQ不平衡,使的估计和补偿的误差不断积累。本文利用接收信号的特点,定义了两组参数因子,这两组参数因子同时包含IQ不平衡因子、信道传输因子和相位噪声因子,使得IQ不平衡、信道和相位噪声能够联合地进行估计和补偿。仿真结果表明,当系统传输速率为20Gbit/s,传输距离为480km,发送端幅度和相位不平衡分别为2d B和10o,接收端幅度和相位不平衡分别为2d B和5o,收发两端激光器线宽均为60k Hz时,所提算法与现有的补偿算法相比,OSNR改善了1.2d B,计算量减少了46.15%。