相干光通信实时信号处理

　　2 实时相干光通信的信号处理

　　对于实时单载波相干光通信和实时相干光OFDM 通信，在接收端的信号处理过程中都需要进行采样、信道估计、频偏估计、相位噪声估计等操作，但两者在处理方法和处理顺序上却有所不同。相比于单载波的信号处理过程，相干光OFDM 的信号处理有额外的处理步骤：时间同步、去掉循环前缀、快速傅里叶变换（FFT）等。对于实时相干光OFDM 通信，接收端的信号处理首先在时域上进行，在时间同步之后便进行频偏估计，随后通过FFT 变换之后转换到频域上再进行信道估计、相位噪声估计以及最终的信号检测；而实时单载波相干光接收端的信号处理过程则全是在时域上进行的，首先进行的是信道估计，随后才进行频偏估计。可见，两者的信号处理过程及算法均有所区别，下面就两者的信号处理过程分别进行详细介绍。

　　2.1 实时CO-OFDM 信号处理

图3 双偏振CO-OFDM 系统DSPU 结构图

　　图3 所示为一个双偏振相干光正交频分复用（CO-OFDM）系统DSPU的结构图，其包括以下数字处理模块：帧同步、频差估计与纠正、FFT、信道估计、相位噪声估计。

　　（1）帧同步模块

　　由于CO-OFDM 系统是以FFT 符号为单位进行数据处理，因此CO-OFDM 系统往往会引入帧结构。帧同步有多种方法来实现，比较常见的有Schmidl 算法，Minn 算法以及Park 算法。这3 种算法各有其特点，然而究其根本都是使用到了相邻相同符号间自相关运算来确定OFDM帧的起始位置。自相关运算在串行系统中可以简单的使用待反馈结构的递归算法来实现，然而在并行系统中，该递归算法不再适用，而若采用直接算法来实现，随着并行通道数量的增加，其硬件资源消耗将会非常的巨大。在文献[9] 中使用了一种特殊结构的帧头来简化并行结构下帧同步复杂度；文献[12] 提出了一种适用于并行通道自相关运算的递归算法以减少硬件资源消耗。