无迹卡尔曼滤波在CO-OFDM相位噪声补偿中的应用

"本文介绍了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的相位噪声补偿算法，应用于高阶正交幅度调制(QAM)和大线宽相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统。该算法通过在时域进行UKF处理，实现了对相位噪声的有效补偿，提高了系统的性能和频谱利用率。" 基于无迹卡尔曼滤波的CO-OFDM系统相位噪声补偿算法是针对高阶QAM和大线宽CO-OFDM通信系统设计的一种先进补偿策略。无迹卡尔曼滤波（UKF）是一种非线性滤波方法，相较于传统的卡尔曼滤波，它能更有效地处理非线性问题，尤其适合于相位噪声这种非线性噪声的估计和补偿。 在CO-OFDM系统中，相位噪声是导致系统性能下降的关键因素，它会影响载波间的干扰(ICI)并降低信号质量。该算法首先利用接收端的训练符号进行频域卡尔曼滤波，实现信道均衡，然后通过小量的频域导频数据执行扩展卡尔曼滤波，补偿公共相位误差(CPE)。接下来，算法对CPE补偿后的数据进行时域的ICI相位噪声粗补偿，进一步改善信号质量。 经过粗补偿的频域数据会先进行预判决，结合原始时域数据，再在时域中应用UKF进行精细的ICI相位噪声补偿。这一过程可以显著提高相位噪声补偿的精度。为了增强补偿效果，算法还包括对精细补偿后的频域数据进行再次的相位噪声粗补偿，并进行迭代运算。这种迭代方法极大地提升了系统的相位噪声抑制能力。 在50 Gbit·s-1的CO-OFDM系统中，对100 km的传输距离进行仿真，该算法显示出了极高的频谱利用率和良好的补偿效果。对于激光器线宽为700 kHz且采用32QAM调制的信号，经过两次迭代后，该算法的误码率性能仍能达到前向纠错编码的极限，这表明其在实际应用中能有效保证系统的稳定性和可靠性。 这项相位噪声补偿算法对大线宽CO-OFDM系统在长距离接入网和城域网的应用提供了重要的技术支持，有助于克服长距离传输中的相位噪声问题，提升系统的传输性能和容量。通过UKF的引入，该算法展示了在复杂光通信环境中解决非线性问题的能力，为未来相干光通信系统的优化设计提供了新的思路。