基於相位與頻率聯合估計的相干光通信載波恢復研究

《基於相位與頻率聯合估計的相干光通信載波恢復研究》是依託華中科技大學，由劉海擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於相位與頻率聯合估計的相干光通信載波恢復研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉海
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

相干光通信是未來高速光通信的重要發展方向，載波恢復是其關鍵技術之一。受限於光源線寬和電域處理速率，高速相干光通信中的載波恢復面臨重大技術挑戰。本項目圍繞相干光通信中載波恢復的載波同步、相位與頻率聯合估計等問題，從高階調製格式星座點之間連線的角度分布規律入手，研究基於相位與頻率聯合估計的新型載波恢復算法及其實現。主要研究內容包括：（1）高階調製格式星座點之間連線的角度分布規律；（2）新的頻率和相位估計算法及其載波恢復實現；（3）頻率偏差和相位偏轉的聯合估計；（4）聯合估計算法的實現及相干光通信系統載波恢復實驗驗證。本項目特色與創新之處在於：（1) 基於信號在星座圖上連線角度的載波同步機制；（2）基於相位和頻率聯合估計的載波恢複方法。本項目可基於通用硬體實現高速相干光通信中高階調製數據的載波恢復，將大幅降低高速相干光通信中載波恢復成本，對於相干光通信具有十分重要的理論意義和套用價值。

結題摘要

本項目研究針對相干光通信中的載波恢復、相位與頻偏估計等問題，提出了多種新的載波恢復算法及其實現，基於通用硬體實現了高速相干光通信中高階調製數據的載波恢復。主要研究內容包括： （1）提出基於星座點連線的角度分布規律估計載波相位和頻偏算法，並以此實現相位和頻率聯合估計與濾波技術； （2）提出新的頻率和相位估計算法及其載波恢復算法及其實現；在高速相干光通信系統中評價了算法性能和所需資源，降低了對光源線寬的要求和處理開銷。 （3）進行相干光通信系統載波恢復實驗驗證，並套用於實際設備； 取得的重要研究成果如下： （1）基於高階調製格式星座點之間連線的角度分布規律實現了包括相位估計、頻率估計、聯合盲估計等一系列算法。適用於不同信噪比下高階QAM調製格式的載波同步，多種格式通用，且相位和頻偏估計性能優於已有算法。提出了基於頻率與相位的聯合估計算法。 （2）提出了多種頻率與相位的估計算法。包括基於星座旋轉的32-QAM 頻偏估計算法；OQAM調製格式下的載波相位估計算法；低複雜度前饋載波相位恢復算法設計等。 （3）系統研究和對比了各種載波恢復算法的性能和硬體實現，指導了高速相干光通信中載波恢復環節的實現，並套用於高速光採樣示波器。 課題研究的科學意義體現在如下幾個方面： （1) 本研究基於星座點間連線的角度建立了新的載波同步機制，建立了連線的角度分布規律與相位偏轉、頻率差之間的關聯，提供了相位、頻差估計的新切入點。 （2) 本研究探索了適用於高階調製格式的頻率和相位估計方法。特別是基於各種機制實現頻率估計和相位估計，深入比較了計算結果和硬體資源，對於提升相干光通信系統的性能和具體硬體實現具有重要意義。 本項目基於通用硬體實現高速相干光通信中高階調製數據的載波恢復，實現各方面性能均衡、硬體簡單易實現的算法，降低了對光源線寬的要求和計算處理開銷，可大幅降低高速相干光通信中載波恢復的硬體成本，對於相干光通信具有十分重要的理論意義和套用價值。