基于最大似然序列估计的电均衡研究和设计

论文摘要

光纤通信系统由于其大容量、高速率的优点已经逐渐成为信息传输网络最重要的组成部分。随着传输速度的增加,低速时不是十分严重的色散问题逐渐显现出来。由于10Gb/s的光纤及其设备已经被广泛应用,将其全部替代为40Gb/s或更高速率的光纤及设备是不经济的。为提高设备利用率,均衡技术逐渐引起人们的注意。相对于光信号均衡而言,基于电域信号处理的电域均衡方法更加经济实惠容易实现,而且自动化程度比较高。而电域均衡处理方法中的数字电信号均衡主流算法——最大似然序列估计,一直被认为是理论上最佳的均衡方式。最大似然序列估计均衡方法包含两个主要模块:信道估计模块和维特比均衡模块。信道估计模块的目的是对信道建立数学模型,模拟数字信号在信道内的失真过程;维特比均衡模块根据信道估计模块建立的数学模型,运用维特比算法对失真序列进行最大似然估计,最大程度还原失真数据。本文首先研究两种不同的信道建模模型——概率模型和有限冲击响应滤波器模型。针对概率模型,本文用非参数建模的方法,对不同速率的光纤信道进行了建模;针对有限冲击响应滤波器模型,本文提出了一种基于简化快速傅里叶变换的信道估计方法。其次,本文研究并实现了一种基于转换的维特比算法,并将上面的两种信道估计算法与这种维特比算法搭建在一起组成了两种最大似然序列估计均衡器。另外,通过不同仿真软件,本文搭建了综合仿真系统,对这两种均衡器进行仿真,并加以对比分析。综合仿真表明,本文提出的基于简化快速傅里叶变换的信道估计均衡器性能优于概率模型算法,而且运算时间提升了一个数量级。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪言
• 1.1 电子色散补偿研究背景及意义
• 1.2 电子色散补偿国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容和组织结构
• 2 信道模型和维特比算法
• 2.1 似然概率信道模型理论依据
• 2.2 FIR 信道模型理论依据
• 2.3 循环卷积与线性卷积的非等价性
• 2.4 基于父状态的维特比算法概述
• 2.5 转换的概念
• 3 基于 PDF 和 FFT 的信道建模算法
• 3.1 非参数概率密度函数算法
• 3.2 FFT 算法及其简化算法
• 3.2.1 FFT 算法
• 3.2.2 简化FFT 算法
• 3.3 基于转换的维特比算法
• 3.3.1 初始化过程
• 3.3.2 稳定过程
• 4 综合软件平台的仿真系统搭建及结果分析
• 4.1 联合仿真系统的搭建
• 4.2 算法实现和程序结构的设计
• 4.2.1 接口程序
• 4.2.2 概率密度函数程序
• 4.2.3 FFT 程序
• 4.2.4 基于转换的维特比算法
• 4.3 仿真结果分析
• 4.3.1 似然概率密度函数模型结果分析
• 4.3.2 FFT 算法及简化FFT 算法C 矩阵结果分析
• 4.3.3 三种信道估计算法误比特率分析
• 4.3.4 三种信道估计算法的处理时间分析
• 5 总结
• 致谢
• 参考文献