引用本文:
刘旻雯,李迎春:OFDM-OAM复用通信中基于线性回归的串扰消除方案[J]. 光通信技术,2019,43(1):5-9.
刘旻雯1,2,3,李迎春1,2,3
(1.上海大学 特种光纤与光接入网重点实验室,上海200444;2.上海大学 特种光纤与先进通信国际合作联合实验室,上海 200444;3.上海大学 上海先进通信与数据科学研究院,上海 200444)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为减小轨道角动量(OAM)复用信号在自由空间传输过程中的模式间串扰,提出一种串扰消除方案。在传输基于16进制正交幅相调制的正交频分复用(16QAM-OFDM)信号的双路OAM复用自由空间光通信链路中,使用基于梯度下降的线性回归方案缓解OAM模式间串扰,恢复原始信号。实验结果表明:该串扰消除方案使接收到的双路16QAM-OFDM信号的星座点集中在16QAM参考点周围,且每个子载波的误码率(BER)接近于没有串扰时的BER;当串扰功率约为-23.5dBm时,前向纠错码(FEC)门限3.8×10-3处的功率代价至少降低了3dB。
关键词:OAM复用;串扰消除;OFDM;线性回归
中图分类号:TN929.11 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2019)01-0005-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.01.002
0 引言
随着通信数据流量的快速增长,基于传统的复用通信技术很难满足人们对通信容量的巨大需求。为此,近年来提出一种基于轨道角动量(OAM)的空分复用技术[1]。拥有OAM的涡旋光束具有独特的螺旋相位波前结构。携带不同拓扑电荷数的OAM光束具有不同的OAM模式,由于不同OAM模式之间相互正交,因此OAM光束可以作为数据载体进行高效的复用与解复用。目前,许多学者已将OAM复用技术应用于光纤通信、无线通信与自由空间光通信中[2-4]。如果将OAM与其它自由度相结合使用,例如幅度、波长和偏振等,系统的传输容量将得到进一步提高[5,6]。
当涡旋光束在自由空间中传输时,容易受到大气湍流的影响,引发螺旋相位波前畸变[7]。在自由空间OAM复用通信链路中,大气湍流不但会引起每个OAM模式的功率损耗,也会引发不同OAM模式之间的模式串扰,造成不同OAM信道间的信道干扰[8]。国内外已经提出许多关于OAM模式间串扰消除的方法并加以证明,例如低密度奇偶校验编码(LDPC)调制方案和多用户检测(MUD)方法[9,10]。但在强串扰作用下,LDPC编码和MUD的效果略差。此外,4×4多输入多输出(MIMO)均衡技术也可用于缓解串扰,实验表明传输QPSK信号时,在误码率为3.8×10-3(前向纠错码FEC门限)处的功率代价至少减少了4dB[11]。除了上述数字信号处理(DSP)方法外,基于泽尼克多项式的随机梯度下降(SPGD)算法可用于产生相位校正图样,校正被湍流扭曲的OAM光束的螺旋相位[12]。这种方法可以改善接收到的OAM解调信号的质量,但需要额外的空间光调制器(SLM)。
为了提高数据传输速率,本文在双通道OAM复用自由空间光链路中传输基于16进制正交幅相调制的正交频分复用(16QAM-OFDM)信号,将正交导频数据插入到双路OFDM帧数据中,利用线性回归的方法消除双路信道间的信道串扰,并根据接收到的两路OFDM导频序列,采用自适应步长的梯度下降算法优化了建立的线性回归方程。
4 结束语
为了减小OFDM-OAM复用通信系统中的模式间串扰,本文利用基于梯度下降算法的多变量线性回归方法进行信道估计。使用所提出的串扰消除方案后,每个有效子载波信号BER接近没有串扰的BER。其次,在不同串扰功率的影响下,BER可以稳定地保持在FEC门限以下,并且两路信号的星座图更清晰。实验结果表明,采用基于线性回归的串扰消除方案是一种恢复接收信号、提高双通道OAM复用通信质量的有效方法。