引用本文:

陈博,刘俊杰,张硕,等. 基于CD-net的相干光滤波器组多载波通信系统信道均衡方法[J]. 光通信技术,2022,46(5):70-76.

基于CD-net的相干光滤波器组多载波通信系统信道均衡方法

陈 博,刘俊杰,张 硕,王道斌*,元丽华,李晓晓

(兰州理工大学 理学院,兰州 730050)

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摘要:针对基于交错正交幅度调制的相干光滤波器组多载波(CO-FBMC-OQAM)通信系统的信道均衡问题,提出了一种基于人工神经网络(CD-net)的信道均衡方法。CD-net融合了卷积神经网络和深度神经网络的优点,能够完成CO-FBMC-OQAM通信系统的信道均衡任务。在CD-net中,卷积神经网络模块首先对接收端畸变信号进行特征提取,再由深度神经网络模块完成信号解调和信道均衡,并恢复出原始信息。数值仿真结果表明:与传统信道均衡方法相比,CD-net方法在误码率性能方面具有更大的优势,能够较好地解决CO-FBMC-OQAM系统的信道失真问题。

关键词:光通信;滤波器组多载波;神经网络;信道均衡

中图分类号:TN929.11  文献标志码:文章编号:1002-5561(2022)05-0070-07

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2022.05.013

0引言

  随着万物互联、大数据和区块链等新兴业务的蓬勃发展,人们对光网络传输速率和容量的需求不断攀升,光纤通信技术面临前所未有的挑战[1]。为了应对上述变化趋势,多载波调制被广泛应用于光纤通信网络以进一步提升频谱效率。多载波调制技术将整个信号带宽划分为多个窄带子载波信号,能够有效抵御色散效应带来的影响,并且具有均衡复杂度低的优点,能实现高速率的数据传输。近年来,人们将基于交错正交幅度调制的滤波器组多载波(FBMC-OQAM)技术引入到相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统中,由于CO-FBMC-OQAM具有带外频谱泄露少和时频聚焦优良的特性,受到研究人员的广泛关注和研究[2-4]。

  CO-OFDM系统可以利用偏振态和相位传递信息,有效提升频谱效率[5],但是光纤信道内的各种物理损伤对传输质量有很大影响,因此需要在光接收机中采用有效的信道均衡技术补偿各类信道损伤,从而实现信号稳定准确地传输[6]。但是,目前适用于CO-OFDM系统的信道估计与均衡方法并不适用于FBMC-OQAM系统,原因是FBMC-OQAM系统的载波间和符号间存在固有虚部干扰,这使得信道均衡过程变得更加复杂[7]。对于CO-FBMC-OQAM系统,信道估计主要以辅助导频法为主。文献[8]提出了一种基于训练序列的FBMC-OQAM信道估计算法,这种方法首先在信号前端插入一段训练序列,因为已知导频符号的具体值,所以可以确定其相互间的干扰,在接收端很容易将固有虚部干扰消除。文献[9]报道了一种基于非线性离散导频的FBMC-OQAM信道估计方法,它的特点是对辅助导频发射功率的线性范围没有过高要求,但是由于需要预编码处理,会导致额外的计算复杂度。文献[10]提出了一种针对CO-FBMC-OQAM系统的改进最小二乘信道估计算法,该方法采用基于离散傅立叶变换的干扰抑制技术,可以消除信道估计过程中残留的固有干扰和信道噪声影响,比传统最小二乘法信道估计算法具有更好的误码率性能。以上方法通常将信道拟合成一个线性模型,使用迭代算法逼近其最优解,但难以较为准确地拟合光纤信道内非线性效应造成的影响,因此,为CO-FBMC-OQAM系统设计一种高效准确的信道均衡方法成为一个亟待解决的问题。

  近些年,神经网络在通信系统中的信道均衡方面已经有了丰富的研究成果,例如高速移动环境下OFDM系统的信道估计[11],基于神经网络的无线FBMC系统信道均衡[12]等。与无线通信系统相比,CO-OFDM系统中的非线性效应更强,对系统的干扰更加严重。基于此,本文针对CO-FBMC-OQAM系统提出一种基于人工神经网络(CD-net)的信道均衡方法,下文简称CD-net方法。

  

4 结束语

  本文为CO-FBMC-OQAM系统设计了一种基于CD-net的信道均衡方法,该方法利用CD-net执行信道均衡任务。使用数值仿真研究了该方法的信道均衡能力,结果表明:与传统信道均衡方法相比,CD-net方法采用离线方式进行训练,具有更好的信道均衡性能。另外,CD-net方法对畸变光信号有较强的恢复能力,对光纤中的非线性损伤具有更强的鲁棒性,能够为系统提供更好的误码率性能。本文的研究结果为CO-FBMC-OQAM技术的发展提供了有益参考。