1.相干光正交频分复用(Coherent Optical Orthogonal Frequency‑Division Multiplexing,CO‑OFDM)系统中一种新颖容积卡尔曼滤波(Cubature Kalman Filter,CKF)相位噪声补偿方法,该方法先利用导频估计的时域OFDM符号相位噪声值进行第一次二阶拉格朗日插值(Second‑order Lagrangian Interpolation,SLI)补偿公共相位误差(Common Phase Error,CPE)噪声和部分子载波间干扰(Inter‑Carrier Interference,ICI)相位噪声,对粗补偿后的信号进行预判决后再将每个正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)符号在时域分割成若干个次符号,将每个次符号的估计值作为它中间采样点的估计值进行第二次SLI补偿处理,最后利用CKF对残余的相位噪声进行补偿,具体包括以下步骤:(1)首先在发送端均匀插入导频,利用已知导频信息根据最小二乘(Least Squares,LS)准则在接收端频域估计相位噪声,相位噪声的估计值表示为φi如式(1):*
式(1)中,angle(·)为取复数的幅角运算,Sp为已知的分散导频,(·) 为取共轭运算,φi表示第i个OFDM符号中的相位噪声估计值,然后利用每个OFDM符号前后相邻的相位噪声估值进行第一次SLI补偿处理得到当前OFDM符号所有采样点的相位噪声值,以此得到所有OFDM符号每个采样点的相位噪声估计值 采用的SLI函数如式(2):式(2)中,λ为拉格朗日基表示如式(3):
式(3)中,N为子载波的个数,Ncp为循环前缀CP的长度,在粗估计出全局的时域相位噪声后,在时域对接收信号进行补偿得到补偿后的信号zi,k如式(4):(2)然后对ICI相位噪声进行精细补偿,对SLI方法补偿后的信号转到频域为Zi,k,判决结果 将一阶试探性判决的结果转化为时域信号如式(5):H
式(5)中,Q(·)表示对信号进行试探性判决,F表示快速傅里叶逆变换,△ξ表示试探性判决的判决误差,将试探性判决后的第i个OFDM分割成Nb个次符号,即共有T=iNb个次符号,根据LS准则得出的第n个(1≤n≤T)次符号的平均相位噪声 表示为式(6):将估计出的 作为每个次符号中间采样点的相位估计值,再进行第二次SLI补偿处理,更新的插值函数如式(7):式(7)中,0≤l
式(10)中,ui,k‑1是相位噪声中当前采样点与上一个采样点之间的增量,满足ui,k‑1~N(0,Q),其中 vi,k是第i个OFDM符号第k个采样点的观测噪声,满足vi,k~N(0,R),其中 初始化相位噪声值和CKF协方差值如式(11):b.相位噪声更新:进行奇异值分解,获得容积点ξi,(k‑1,m),状态容积点ξi,(k/k‑1,m)如式(12):式(12)中,U和V为单位正交矩阵,S为奇异值,m为容积点个数,m=1,2...,n,n为容积点总数, 为基本采样点,根据获得的状态方程容积点ξi,(k/k‑1,m)计算预测状态和预测方差Pi,k|k‑1如式(13):c.测量更新:根据预测方差Pi,k|k‑1和预判决后的时域信号值 进行奇异值分解并获得对应的容积点 和测量方程的容积点 如式(14):通过各容积点计算测量预测值、新息方差和协方差估计值,如式(15):
d.计算CKF增益如式(16):
e.更新相位噪声值 和协方差值Pi,k如式(17):
利用估计的残余相位噪声值对时域信号进行补偿,得到最终补偿后的信号如式(18)所示。