相干光通信中數(shù)字信號(hào)處理算法優(yōu)化研究.pdf

1、相干光通信具有容量大、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今高速信息傳輸?shù)臅r(shí)代有著極其重要的地位。然而相干光通信系統(tǒng)中存在許多缺陷，比如光纖中的色散、非線性效應(yīng)、ADC采樣時(shí)鐘誤差、頻偏和相位噪聲等，會(huì)對(duì)接收到的信號(hào)造成嚴(yán)重?fù)p傷。為了解決這些問(wèn)題，在相干光通信系統(tǒng)中，采用DSP技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。但是隨著信號(hào)速率的提升，DSP技術(shù)的物理實(shí)現(xiàn)遇到了挑戰(zhàn)，在實(shí)際的光纖通信系統(tǒng)中，DSP算法需要對(duì)信號(hào)做到實(shí)時(shí)處理，因此需要大大降低算法的復(fù)雜度，從而降低對(duì)DSP硬

2、件實(shí)現(xiàn)的要求。本文為了降低算法的復(fù)雜度，對(duì)相干光通信系統(tǒng)中的DSP算法進(jìn)行了研究，取得的研究成果可以概括為以下幾個(gè)方面：
　?。?）提出了一種M階絕對(duì)值運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)調(diào)制相位信息的去除。本文將該算法用于主流的基于快速傅里葉變換（FFT）的頻偏估計(jì)算法和基于相位差的頻偏估計(jì)算法中消除調(diào)制相位信息對(duì)頻偏估計(jì)的干擾。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，該算法不僅提高了頻偏估計(jì)的精度，而且還大大降低了算法的復(fù)雜度。
　　（2）提出了一種零乘法器的相位估計(jì)算法

3、，本文對(duì)相位估計(jì)算法中最常用的Viterbi&Viterbi（V&V）算法進(jìn)行改進(jìn)，得到了一種無(wú)需乘法器的相位估計(jì)算法。并將該算法分別用于QPSK、8PSK、8QAM和16QAM系統(tǒng)中進(jìn)行性能研究，發(fā)現(xiàn)該算法的抗噪性要優(yōu)于V&V算法，而且無(wú)需乘法器，復(fù)雜度被大大降低了。
　?。?）提出了一種多步插值FFT的頻偏估計(jì)算法，該算法可以有效解決基于FFT頻偏估計(jì)算法中柵欄效應(yīng)帶來(lái)的估計(jì)誤差。與基于最小二乘法的頻偏估計(jì)算法相比，該算法的復(fù)

4、雜度較低，在達(dá)到同等估計(jì)精度的條件下，該算法的復(fù)雜度只需要基于最小二乘法的頻偏估計(jì)算法的7.26％。除此之外，該算法還可以根據(jù)對(duì)信噪比容忍度和復(fù)雜度的不同要求，來(lái)合理選擇插值的步數(shù)，增加了算法的靈活性。
　?。?）提出了一種基于相位角FFT的聯(lián)合頻偏估計(jì)算法，與現(xiàn)有的基于相位角FFT的頻偏估計(jì)算法相比，該算法只需要作一次FFT運(yùn)算，可以有效降低計(jì)算復(fù)雜度，當(dāng)數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度大于213時(shí)，該算法的復(fù)雜度可以降低一半。
　　（5）提出

5、了一種基于誤差函數(shù)計(jì)算的相位估計(jì)算法。通過(guò)對(duì)盲相位搜尋（BPS）算法復(fù)雜度較高的原因進(jìn)行分析，提出了一種基于誤差函數(shù)計(jì)算的相位算法，該算法重新定義了一個(gè)誤差函數(shù)，使得只需要計(jì)算四個(gè)測(cè)試角的誤差函數(shù)值就可以得到相位估計(jì)值。該算法還可以與經(jīng)過(guò)改進(jìn)的V&V算法聯(lián)用，可以到達(dá)與32個(gè)測(cè)試角的BPS算法相近的估計(jì)精度，而復(fù)雜度只需要后者的20.6%。
　　本論文重點(diǎn)對(duì)頻偏估計(jì)算法和相位估計(jì)算法的復(fù)雜度進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)提出這些算法可以有效降低