CN110830398B - 应用于光纤dmt***中的符号内频域平均信道估计方法 - Google Patents

应用于光纤dmt***中的符号内频域平均信道估计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于光纤DMT***中的符号内频域平均信道估计方法，先采用少量TS基于LS信道估计方法获得各数据子载波上的初步信道估计；再将获得的估计信息进行平均处理，从而抑制***噪声干扰，提高信道估计的准确性；最后对平均后的估计信息做改进的ISFA信道估计处理，在计算边缘数据子载波上的信道估计时，通过减小频域平均窗口大小且保证其对称性来实现准确估计，相比于传统的ISFA估计方法和LS估计方法，信道估计准确度可进一步提高，能够获得更好的、稳定的误码性能。

Description

应用于光纤DMT***中的符号内频域平均信道估计方法
技术领域
本发明涉及光纤通信领域，特别涉及一种应用于光纤DMT***中的符号内频域平均信道估计方法。
背景技术
提高数据传输速率与传输距离一直以来都是光纤通信技术的研究热点。OFDM技术具有高效的频谱利用率与出色的多径效应抵抗能力，已被广泛应用于传统有线与无线通信***中，如ADSL与4G通信***等。近年来，OFDM技术被应用至光纤通信***中用于提高***频谱效率与抵抗光纤色散能力，从而实现大容量与长距离的数据传输，受到了学术界与工业界的极大关注。其中光纤DMT技术是一种特殊的光纤OFDM技术，其中基带DMT信号的产生与解调不需要进行数字或者模拟上/下变频，***结构简单，实现复杂度低，因此非常适合于对成本敏感的应用场景，如数据中心的光互联与光纤接入网等。
在光纤DMT***中，信道估计是一个关键数字信号处理(DSP)技术，其估计准确性直接关系到接收机的误码性能，尤其是对幅度与相位偏差比较敏感的高阶正交幅度调制(QAM)的光纤DMT***。最小二乘法(LS)是一个常用的信道估计方法，其拥有较低的硬件实现复杂度。但该方法在***噪声干扰较大的情况下，信道估计的准确性不高，DMT发射机往往需要发送较多的训练符号(TS)，在接收端对接收到的多个TS进行时域或者频域平均以期提高信道估计的准确性。但是该方法的***开销较大。为降低TS开销，相关文献提出了一种基于单个TS的ISFA信道估计方法(详见文献Liu,X.and F.Buchali.“Intra-symbolfrequency-domain averaging based channel estimation for coherent opticalOFDM,”Opt.Express 16(26):21944-21957,2008)。该方法是基于单个TS的LS估计方法的基础上，对使用LS初步获得的信道估计，选择合适的平均窗口大小，对相邻多个数据子载波上的信道估计进行平均进而降低噪声的干扰，提高估计准确性。
虽然ISFA估计方法可以减少TS使用数量，提高了***的数据传输速率，但是该方法由于在估计边缘子载波上信道估计时，平均窗口是不对称的，因此存在边缘子载波信道估计不准确的问题，进而可能影响接收机的误码性能。除此之外，平均窗口大小的选取受到***噪声以及各数据子载波上的信道响应平坦度有一定的关系。理论上平均窗口增大，抑制噪声能力增强，估计准确性超高，但如果相邻数据子载波上信道响应关联性较低(或者说相邻数据子载波上的信道响应差异较大)，此时增加平均窗口，可能导致信道估计准确性的下降，进而增加接收机的误码率。如果考虑到这个问题，而只使用较小的平均窗口，则噪声抑制能力有限，信道估计准确性有待进一步提高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种算法简单、准确度高的应用于光纤DMT***中的符号内频域平均信道估计方法。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种应用于光纤DMT***中的符号内频域平均信道估计方法，包括以下步骤：
S1：采用接收到的训练符号基于最小二乘法信道估计方法对各数据子载波上的信道频率响应进行估计，初步获得各数据子载波上的信道估计
Figure BDA0002271323070000021
i与k分别表示训练符号的编号与相应子载波索引号；
S2：对
Figure BDA0002271323070000031
进行平均处理获得HLS(k)；
S3：对非边缘数据子载波上的信道估计做传统的ISFA信道估计处理；
S4：对边缘数据子载波上的信道估计做改进的ISFA信道估计处理，最终获得所有数据子载波上的信道估计HmISFA(k)。
上述应用于光纤DMT***中的符号内频域平均信道估计方法，所述步骤S1中，最小二乘法估计的信道特性表示为：
Figure BDA0002271323070000032
式中，
Figure BDA0002271323070000033
表示接收机中收到第i个训练符号中索引号为k的频域数据，而T(k)则是本地存储的参考训练符号频域数据，其取值为±1。
上述应用于光纤DMT***中的符号内频域平均信道估计方法，所述步骤S2中，平均后的信道估计为：
Figure BDA0002271323070000034
其中，NTS为训练符号TS的个数。
上述应用于光纤DMT***中的符号内频域平均信道估计方法，所述步骤S3中，传统ISFA信道估计定义如下：
Figure BDA0002271323070000035
其中，kmin与kmax分别表示最小与最大的数据子载波索引号；m为计算当前子载波上信道估计时所使用到其左边或者右边相邻数据子载波信道估计的数量，这里定义ISFA方法的平均窗口大小为2m+1。
上述应用于光纤DMT***中的符号内频域平均信道估计方法，所述步骤S4中，改进的ISFA信道估计定义如下：
Figure BDA0002271323070000041
上述应用于光纤DMT***中的符号内频域平均信道估计方法，所述步骤S4中，在计算边缘数据子载波上的信道估计时，通过减小频域平均窗口大小且保证其对称性来实现准确估计，其中索引号满足k<kmin+m与k>kmax-m的数据子载波均称之为边缘数据子载波。
上述应用于光纤DMT***中的符号内频域平均信道估计方法，m的最佳取值是与信道响应及***信噪比相关的，在使用该方法之前需要确定最佳m取值或者最佳平均窗口大小，才能获得最佳的信道估计。
本发明的有益效果在于：
本发明先采用少量TS基于LS信道估计方法获得各数据子载波上的初步信道估计；再将获得的估计信息进行平均处理，从而抑制***噪声干扰，提高信道估计的准确性；最后对平均后的估计信息做改进的ISFA信道估计处理，在计算边缘数据子载波上的信道估计时，通过减小频域平均窗口大小且保证其对称性来实现准确估计，相比于传统的ISFA估计方法和LS估计方法，信道估计准确度可进一步提高，能够获得更好的、稳定的误码性能。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种应用于光纤DMT***中的符号内频域平均信道估计方法，包括以下步骤：
S1：采用接收到的训练符号基于最小二乘法信道估计方法对各数据子载波上的信道频率响应进行估计，初步获得各数据子载波上的信道估计
Figure BDA0002271323070000051
i与k分别表示训练符号的编号与相应子载波索引号。
最小二乘法估计的信道特性表示为：
Figure BDA0002271323070000052
式中，
Figure BDA0002271323070000053
表示接收机中收到第i个训练符号中索引号为k的频域数据，而T(k)则是本地存储的参考训练符号频域数据，其取值为±1。据此可简化该LS信道估计方法。
S2：在使用每个TS计算出信道估计
Figure BDA0002271323070000054
后，再对
Figure BDA0002271323070000055
进行平均处理获得HLS(k)，抑制***噪声干扰，提高信道估计的准确性。
平均后的信道估计为：
Figure BDA0002271323070000056
其中，NTS为训练符号TS的个数。值得注意的是，该方法虽然可以提供准确的信道估计，但所需要的TS数量较多，***开销较大。在保证估计性能的前提下，为减少TS数量，在LS方法的基础上可使用传统ISFA的信道估计。
S3：对非边缘数据子载波上的信道估计做传统的ISFA信道估计处理。
传统ISFA信道估计定义如下：
Figure BDA0002271323070000057
其中，kmin与kmax分别表示最小与最大的数据子载波索引号；m为计算当前子载波上信道估计时所使用到其左边或者右边相邻数据子载波信道估计的数量，这里定义ISFA方法的平均窗口大小为2m+1。对于传统的ISFA而言，当计算边缘数据子载波上的信道估计，如HISFA(kmin)与HISFA(kmax)时，由于HLS(kmin-1)与HLS(kmax+1)是不存在的(或者说是0)，从而导致ISFA平均窗口的不对称性。当这些边缘子载波上的信道响应存在幅度或者相位差异时，使用传统的ISFA方法将导致边缘数据子载波信道估计的不准确性。这种不准确性程度将随着平均窗口的增大变得尤为明显，恶化接收机的性能。
S4：对边缘数据子载波上的信道估计做改进的ISFA信道估计处理，最终获得所有数据子载波上的信道估计HmISFA(k)。
改进的ISFA信道估计定义如下：
Figure BDA0002271323070000061
在计算边缘数据子载波上的信道估计时，通过减小频域平均窗口大小且保证其对称性来实现准确估计，其中索引号满足k<kmin+m与k>kmax-m的数据子载波均称之为边缘数据子载波。
m的最佳取值是与信道响应及***信噪比相关的，在使用该方法之前需要确定最佳m取值或者最佳平均窗口大小，才能获得最佳的信道估计。
应用本发明实施例，对光纤DMT信道下的接收信号进行处理，先采用少量TS基于LS信道估计方法获得各数据子载波上的初步信道估计，再将获得的估计信息进行平均处理，最后对平均后的估计信息做改进的ISFA信道估计处理，相比于传统的ISFA估计方法和LS估计方法，信道估计准确度可进一步提高，能够获得更好的、稳定的误码性能。

Claims (2)

1.一种应用于光纤DMT***中的符号内频域平均信道估计方法，包括以下步骤：
S1：采用接收到的训练符号基于最小二乘法信道估计方法对各数据子载波上的信道频率响应进行估计，初步获得各数据子载波上的信道估计
Figure FDA0002619025450000011
i与k分别表示训练符号的编号与相应子载波索引号；
最小二乘法估计的信道特性表示为：
Figure FDA0002619025450000012
式中，
Figure FDA0002619025450000013
表示接收机中收到第i个训练符号中索引号为k的频域数据，而T(k)则是本地存储的参考训练符号频域数据，其取值为±1；
S2：对
Figure FDA0002619025450000014
进行平均处理获得HLS(k)；
平均后的信道估计为：
Figure FDA0002619025450000015
其中，NTS为训练符号TS的个数；
S3：对非边缘数据子载波上的信道估计做传统的ISFA信道估计处理；
传统ISFA信道估计定义如下：
Figure FDA0002619025450000016
其中，kmin与kmax分别表示最小与最大的数据子载波索引号；m为计算当前子载波上信道估计时所使用到其左边或者右边相邻数据子载波信道估计的数量，这里定义ISFA方法的平均窗口大小为2m+1；索引号满足k<kmin+m与k>kmax-m的数据子载波均称之为边缘数据子载波，其余数据子载波为非边缘边缘数据子载波；
S4：对边缘数据子载波上的信道估计做改进的ISFA信道估计处理，最终获得所有数据子载波上的信道估计HmISFA(k)；
改进的ISFA信道估计定义如下：
Figure FDA0002619025450000021
在计算边缘数据子载波上的信道估计时，通过减小频域平均窗口大小且保证其对称性来实现准确估计。
2.根据权利要求1所述的应用于光纤DMT***中的符号内频域平均信道估计方法，其特征在于，m的最佳取值是与信道响应特性及***信噪比相关的，在使用该方法之前需要确定最佳m取值或者最佳平均窗口大小，才能获得最佳的信道估计。
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