1 中国信息通信研究院技术与标准研究所 互联网中心，北京 100098
2 北京邮电大学 电子工程学院，北京 100876
为了满足当前日益增长的通信容量需求，新型多载波光纤通信技术成为科研人员关注的焦点。文章回顾了近20年来传统正交频分复用（OFDM）在光纤通信领域的发展历程，梳理了近年来滤波器组多载波（FBMC）和通用滤波多载波（UFMC）在光纤通信领域的相关研究。自2016年以来，针对光通信中OFDM存在的问题，如：带外泄漏高、依赖循环前缀（CP），峰均功率比（PAPR）值过高和系统同步要求高等，国内外众多学者以新型多载波为突破口展开了研究。FBMC光通信具有旁瓣功率最低和频谱利用率高等特点，但是由于使用了偏移正交幅度调制（OQAM），对应的数字信号处理（DSP）算法需要针对虚部干扰重新设计。UFMC光通信具备强大的时间同步偏差容忍性，对频率偏移不敏感，可以复用OFDM的DSP算法，但也存在如何进一步抑制带外功率和降低计算复杂度等问题。最后，文章结合当前的研究现状，对下一代光纤通信系统的诉求提出了研究方向和建议。
多载波 光通信 正交频分复用 滤波器组多载波 通用滤波多载波 multi-carrier optical communication OFDM FBMC UFMC 光通信研究
2024, 50(1): 23015301
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。
光通信 滤波器组多载波 神经网络 信道均衡 optical communication, filter bank multicarrier, n
1 浙江工业大学计算机科学与技术学院, 浙江 杭州 310023
2 浙江工业大学信息工程学院, 浙江 杭州 310023
3 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
针对相干光偏移正交调幅技术的多载波滤波器组传输(CO-FBMC/OQAM)系统,提出一种基于导频的时域相位噪声补偿算法。建立一个时域相位噪声补偿模型,即相位噪声用时域扩展的离散余弦变换(DCT)近似,相位噪声包括公共相位误差(CPE)和非CPE相位噪声,它们均可通过估计DCT系数来获得。为了计算这些DCT系数,先用基于导频的扩展卡尔曼滤波(EKF)估计CPE,然后将CPE补偿后一部分判决错误概率较高的数据舍弃,仅保留余下的CPE补偿后数据进行预判决用以预估发送端数据,最后在波特率为32 GBaud的背对背CO-FBMC/OQAM系统中对所提算法进行仿真验证。结果表明,对比一种改进的盲相位搜索(M-BPS)算法,所提算法仅有0.5%~2.0%的频谱效率下降。针对64阶QAM、子载波数M=256或512的系统,所提算法的线宽延迟乘积容忍度仍远大于M-BPS算法,但其复杂度仅为M-BPS算法的1/2。
光通信 相干光通信系统 偏移正交调幅技术的多载波滤波器组 基于导频的时域相位噪声补偿 载波间干扰 离散余弦变换
景德镇陶瓷大学 机电学院, 江西 景德镇 333403
设计了宽频带数控可选通微带滤波器组, 采用微波开关实现滤波器组的单个选通。分析了电容加载谐振器的谐波特性, 每个带通滤波器被设计成梳状线结构, 并用先进的设计系统(ADS)优化其结构参数。数控滤波器组由两片带译码器的微波开关芯片和4个微带滤波器构成。仿真结果表明, 三位二进制编码控制每个滤波器的通断, 可实现500~2 000 MHz频段滤波器的选通。
开关滤波器组 带通滤波器 谐波特性 梳状线结构 开关芯片 ADS仿真软件 switchable filter bank bandpass filters harmonic characteristic comb line structure switch chips ADS simulation software
1 兰州理工大学理学院, 甘肃 兰州 730050
2 兰州理工大学计算机与通信学院, 甘肃 兰州 730050
针对交错正交幅度调制的相干光滤波器组多载波通信系统,提出了一种新型联合估计算法。该算法通过对训练序列进行特殊的设计,同时完成了时间同步与信道估计任务,有效地提高了频谱效率。首先,根据相干光滤波器组多载波系统模型,仔细推导了时域波形的共轭对称性条件。在此基础上,提出了一种时间同步方法,该方法将伪随机序列与共轭对称性结合,提高了时间同步的准确性。然后,利用双相关导频原理进行信道估计,该方法既能规避固有虚部干扰的影响,同时又能保持时域波形的共轭对称性。最后,通过搭建数值仿真平台,研究了该系统的传输性能,仿真结果表明该算法可以有效地完成对时间同步和信道响应的联合估计任务。
光通信 滤波器组多载波通信系统 交错正交幅度调制 双相关导频 时间同步 信道估计 伪随机序列 中国激光
2020, 47(11): 1106001
1 江苏商贸职业学院 电子与信息学院， 江苏 南通 226000
2 江苏省物联网与视觉智能处理工程技术研究开发中心， 江苏 南通 226000
传统的正交频分复用技术对正交性要求高且存在频谱资源的浪费，不适合大规模物联网接入5G网的应用场景，偏移正交幅度调制滤波器组多载波技术是该应用场景的一个解决方案，但该技术应用于40~100Gbps光纤主干网时存在固有干扰和光信道噪声的问题，为此提出了基于小波神经网络的物联网主干光信道估计方法。通过最小二乘法对光信道进行初步估计，基于估计的结果和布谷鸟搜索算法初始化小波神经网络的参数; 通过伪逆运算动态更新网络的权重参数，从而对信道状态进行实时跟踪，保持较高的估计准确性。实验结果显示，估计方法的效果好于传统的最小二乘估计和最小均方误差估计。
小波神经网络 信道估计 大规模物联网 主干网 滤波器组多载波 第五代移动通信 wavelet neural network channel estimate big scale internet of things backbone networks filterbank based multiple carrier fifth generation mobile communication
1 兰州理工大学理学院, 甘肃 兰州 730050
2 兰州理工大学计算机与通信学院, 甘肃 兰州 730050
针对激光器频偏较大的场景,研究了相干光滤波器组多载波通信(CO-FBMC/OQAM)系统的一种整数频偏估计与补偿方法。对以前的分数频偏研究工作进行了扩展,设计了一种混合型的训练序列结构。利用这种训练序列,不仅能完成分数频偏的估计,也能够实现对整数频偏的准确估计。利用数值仿真研究了该方法在CO-FBMC/OQAM系统中的有效性,结果表明该算法的准确频偏估计范围可以达到12倍子载波频率间隔,经过频偏补偿后的系统误码率可以低于前向纠错(FEC)极限。所提方法能够为CO-FBMC/OQAM系统的研究和应用提供有益的参考。
光通信 滤波器组多载波调制 正交频分复用 频偏估计 相干光通信系统 光学学报
2019, 39(12): 1206008
1 杭州电子科技大学 通信工程学院，杭州 310018
2 上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
针对强度调制直接检测-滤波器组多载波(IMDD-FBMC)系统中低比特位数数字模拟转换器(DAC)量化性能较差的问题，提出一种基于信号分布估计的非均匀量化方案。该方案采用基于FBMC信号分布的非线性规划方法获得量化误差最小时的量化阶距，进而提升基于低比特位数DAC的IMDD-FBMC系统性能。仿真结果表明:与均匀量化方式相比，该方案在3~5位量化比特位数的情况下可以使IMDD-FBMC系统的误码率(BER)性能提升15.9~60.7倍，且在保证系统性能的情况下，基于信号分布的量化方案可以减少1~2位量化比特位数，降低系统成本。
光滤波器组多载波 信号分布估计 数字模拟转换器/模拟数字转换器 非均匀量化 O-FBMC signal distribution estimation ADC/DAC nonuniform quantization
1 南通理工学院, 计算机与信息工程学院, 江苏 南通 226002
2 山西财经大学, 信息工程学院, 山西 太原 030006
针对当前红外(IR)与可见光(VI)图像融合中细节保留能力不足及目标配准精度不高的问题, 设计了一种多尺度2D经验模态分解耦合非下采样方向滤波器组(NSDFB)的红外与可见光图像融合算法。分别计算红外与可见光图像的熵值, 并比较二者阈值的大小, 计算阈值较大图像的残差。通过2D经验模态分解(2D-EMD)和NSDFB机制, 构建了多尺度方向分解模型, 将熵值较大图像的残差和熵值较小的图像变换为高频方向系数与低频系数, 以获得源图像的细节和特征信息。对于低频系数, 引入加权平均作为低频系数的融合准则; 根据区域能量对比度与清晰度来定义融合规则, 完成高频系数的融合。利用2D-EMD多尺度分解逆变换将获取的低频与高频系数生成新图像。实验表明: 与当前常用红外与可见光图像融合对比, 所提算法具有更高的融合质量, 所输出的图像具有更好的对比度与丰富的细节信息。
图像融合 二维经验模态分解 非下采样方向滤波器组 图像残差 熵值 加权平均 image fusion 2D-empirical mode decomposition non-subsampled directional filter banks image residual entropy weighted mean
