高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿方法及装置

摘要

本发明公开了一种高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿方法及装置，该方法包括对接收到的高频谱效率频谱复用系统信号进行串并转换后，得到待补偿信号；对待补偿信号进行迭代算法，经过n次迭代后得到估计值信号；根据估计值信号确定发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径，在搜索半径内检索所有可能的发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的值，运用改变检索方向的改进球形算法遍历，得到发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的真实值，完成子载波干扰补偿。本发明在改进球形算法过程中减少了部分数据节点，保证信号的良好解调，在一定的误码率BER下，提高系统性能，同时也极大地的降低了系统的复杂度。

权利要求

1.一种高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿方法，高频谱效率频分复用系统的信号在发送到接收的过程中存在子载波干扰，其特征在于，该子载波干扰补偿方法包括以下步骤：

对接收到的高频谱效率频谱复用系统信号进行串并转换后，得到待补偿信号；

对所述待补偿信号进行迭代算法，经过n次迭代后得到估计值信号；

根据所述估计值信号确定发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径g，其中，S0为串并转换后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵， 为n‑1次迭代后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，C为干扰矩阵；

在所述搜索半径内检索所有可能的发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的值，误差用矩阵Q表示为：

ID

其中，Sn 为n次迭代后的串并转换后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，g为发送出Q

的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径，S为每一个发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的可能值集合，L为干扰矩阵的上三角矩阵，||·||代表欧几里德范数；

运用改变检索方向的改进球形算法遍历，得到发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的真实值，完成子载波干扰补偿；所述改进球形算法具体为：在计算每一行矩阵时选取满足条件的Q数值，选取方案为菱形选取节点的方案，将每一行的数值进行从小到大检索排序，若发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的调制格式对应的阶数为M，由矩阵的第N行到第一行选取的Q数值的序号为M/2，M，3M/2，2M，···(N/2‑Q

1)M/2，N/2*M/2，N/2*M/2，(N/2‑1)M/2，···3M/2，M，M/2，最小Q数值对应的S即为发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的真实值。

2.根据权利要求1所述的高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿方法，其特征在于，所述迭代运算的公式为：

其中，S0为串并转换后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵， 为n次迭代后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，作为改进球形算法的输入， 为n‑1次迭代后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，用于计算发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径，e为单位矩阵，λ为收敛因子，C为干扰矩阵。

3.一种高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿装置，其特征在于，包括：串并转换模块，对接收到的高频谱效率频谱复用系统信号进行串并转换后，得到待补偿信号；

迭代算法模块，对所述待补偿信号进行迭代算法，经过n次迭代后得到估计值信号；

改进球形算法模块，根据所述估计值信号确定发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径g，

其中，S0为串并转换后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵， 为n‑1次迭代后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，C为干扰矩阵；

在所述搜索半径内检索所有可能的发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的值，误差用矩阵Q表示为：

ID

其中，Sn 为n次迭代后的串并转换后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，g为发送出Q

的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径，S为每一个发送信号的可能值集合，L为干扰矩阵的上三角矩阵，||·||代表欧几里德范数；

运用改变检索方向的改进球形算法遍历，得到发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的真实值，完成子载波干扰补偿；所述改进球形算法模块的算法具体为：在计算每一行矩阵时选取部分满足条件的Q数值，选取方案为菱形选取节点的方案，将每一行的数值进行从小到大检索排序，若发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的调制格式对应的阶数为M，由矩阵的第N行到第一行选取的Q数值的序号为M/2，M，3M/2，2M，…(N/2‑Q

1)M/2，N/2*M/2，N/2*M/2，(N/2‑1)M/2，…3M/2，M，M/2，最小Q数值对应的S即为恢复的发射信号。

4.根据权利要求3所述的高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿装置，其特征在于，所述迭代运算的公式为：

其中，S0为串并转换后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵， 为n次迭代后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，作为改进球形算法的输入数据， 为n‑1次迭代后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，用于计算发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径，e为单位矩阵，λ为收敛因子，C为干扰矩阵。

说明书

高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿方法及装置

技术领域

[0001] 本发明属于光通信领域，更具体地，涉及一种高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿方法及装置。

背景技术

[0002] 光通信领域频谱效率一直是研究人员关注的重点，高频谱效率复用(Spectral Efficient Frequency Division multiplexing，高频谱效率频分复用)系统因打破了OFDM
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)系统的正交性，缩小了
子载波间的间隔，极大的提高了系统的频谱效率。然而由于高频谱效率频分复用系统子载
波正交性的缺失，信号存在严重的子载波间干扰，接收端难以恢复出原始的信号，因此，解
决高频谱效率频分复用信号的子载波间干扰是高频谱效率频分复用系统急需处理的问题。

[0003] 现有的线性算法诸如迭代算法、迫零检测算法、奇异值分解降秩算法等，虽然具有较低的算法复杂度，然而，由于对系统的噪声比较敏感，导致接收信号在处理子载波干扰
时，难以恢复出原始的信号；而最大似然估计等算法虽然可以最大程度上恢复出原始信号，
然而复杂的解调过程，使其难以在实际的通信系统中应用。因此，高性能、低复杂度的子载
波干扰补偿算法是高频谱效率频分复用系统的关键技术之一。

发明内容

[0004] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿方法及装置，旨在解决高频谱效率频分复用系统中的子载波间干扰的问题。

[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿方法，包括以下步骤：

[0006] 对接收到的高频谱效率频谱复用系统信号进行串并转换后，得到待补偿信号；

[0007] 对待补偿信号进行迭代算法，经过n次迭代后得到估计值信号；

[0008] 根据估计值信号确定发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径，在搜索半径内检索所有可能的发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的值，运用改变检索方向的
改进球形算法遍历，得到发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的真实值，完成子载波干
扰补偿。

[0009] 进一步地，迭代运算的公式为：

[0010]

[0011] 其中，S0为串并转换后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵， 为n次迭代后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，作为改进球形算法的输入数据， 为n‑1次迭代后的
高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，用于计算发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜
索半径，e为单位矩阵，λ为收敛因子，C为干扰矩阵。

[0012] 进一步地，发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径g为：

[0013]

[0014] 其中，S0为串并转换后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵， 为n‑1次迭代后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，C为干扰矩阵。

[0015] 进一步地，所有可能的发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的值的误差用矩阵Q表示为：

[0016] Q＝argmin||SnID‑LSQ||2≤g2

[0017] 其中，SnID为n次迭代后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，g为发送出的高频谱Q
效率频谱复用系统信号的搜索半径，S为每一个发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的
可能值集合，L为干扰矩阵的上三角矩阵，||·||代表欧几里德范数。

[0018] 进一步地，改进球形算法具体为：

[0019] 在计算每一行矩阵时选取部分满足条件的Q数值，选取方案为菱形选取节点的方案，若发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的调制格式对应的阶数为M，由矩阵的第N行
到第一行选取的Q数值的序号为M/2，M，3M/2，2M，···(N/2‑1)M/2，N/2*M/2，N/2*M/2，(N/
Q
2‑1)M/2，···3M/2，M，M/2，最小Q数值对应的S即为发送出的高频谱效率频谱复用系统
信号的真实值。

[0020] 按照本发明的另一方面，提供了一种高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿装置，包括：

[0021] 串并转换模块，对接收到的高频谱效率频谱复用系统信号进行串并转换后，得到待补偿信号；在串并转换模块中，对输入信号进行串并转换，变为N行的并行数据

[0022] S0＝(sx01 sx02 … sx0N)

[0023] 其中，S0为N行1列的矩阵；

[0024] ID算法模块，对所述待补偿信号进行迭代算法，经过n次迭代后得到估计值信号；迭代公式如下：

[0025]

[0026] 其中，S0为串并转换后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵， 为n次迭代后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，作为改进球形算法的输入数据， 为n‑1次迭代后的
高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，用于计算发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜
索半径，e为单位矩阵，λ为收敛因子，C为干扰矩阵。 为N行1列的矩阵。C为N行N列的干扰
矩阵，e为N行N列的单位矩阵，λ为常数；

[0027] 改进球形算法模块，根据所述估计值信号确定发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径，在所述搜索半径内检索所有可能的发送出的高频谱效率频谱复用系统信
号的值，运用改变检索方向的改进球形算法遍历，得到发送出的高频谱效率频谱复用系统
信号的真实值，完成子载波干扰补偿。

[0028] 进一步地，发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径g为：

[0029]

[0030] 计算所有满足下式条件的发送出的高频谱效率频谱复用系统信号可能值误差用矩阵Q表示为：

[0031] Q＝arg min||SnID‑LSQ||2≤g2

[0032] 其中，SnID为迭代后的串并转换后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，g为发送Q
出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径，S 为每一个发送信号的可能值集合，L为干
扰矩阵的上三角矩阵，||·||代表欧几里得范数。

[0033] 由于SQ为接收数据S0N行数据的可能值，如4QAM调制格式，每一行数据可能值为1，N
i，‑1和‑i，此时，有4 的可能性，因此，按照矩阵从最后一行逐行计算，当计算倒数第一行
Q
时，需要计算的S可能性为4：

[0034] 1 ‑1 i ‑i

[0035] 下一行计算上一行的4个数据的分别对应的4个可能量：

[0036]

[0037] 此时变为了16个值，依次计算，可知，第N‑1行的计算后的值的量为4N‑1，第N行则为N N
4。最后将得到的4个数据进行排序，最小的值即为最优解。

[0038] 但是在改进球形算法中，将每一行的数值进行从小到大检索排序，将排序保存到Q中；每一行选取一定的数量，舍去一定量的数据，下一行计算时，仅计算该选取数量的可能
5 5
值；减少的计算复杂度。例如在第5层时，得到的数据是4个，第6层计算的时候，4数据每一
6
个都有4个可能性，因此计算4次，但是如果在第5层时，我们排序后，舍弃其中一半的数据，
4 5
那么最后第5层的数据为4 ，而到了第6层，则仅仅计算2个数据。最终最后一层计算得到继
续排序保存到Q中，选取最小的值即为最优解。

[0039] 检索排序方案选择菱形选取方案，若星座点数为M，由N行到第一行选区的节点为M/2，M，3M/2，2M，···(N/2‑1)M/2，N/2*M/2，N/2*M/2，(N/2‑1)M/2，···3M/2，M，M/2，其
中最优的遍历路径中的数值即为恢复后的信号数据。

[0040] 通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明提供的高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿方法及装置在改进球星算法过程中减少了部分数据节点，
保证信号的良好解调，在一定的误码率BER下，提高了系统性能，同时也极大地的降低了系
统的复杂度。

附图说明

[0041] 图1是本发明实施例提供的高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿方法的功能框图；

[0042] 图2是本发明实施例提供的高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿方法节点选取示意图。

具体实施方式

[0043] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要
彼此之间不构成冲突就可以相互组合。

[0044] 本发明的一方面，提供了一种高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿方法，如图1所示，包括以下步骤：

[0045] 对接收到的高频谱效率频谱复用系统信号进行串并转换后，得到待补偿信号；

[0046] 对待补偿信号进行迭代算法，经过n次迭代后得到估计值信号；

[0047] 根据估计值信号确定发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径，在搜索半径内检索所有可能的发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的值，运用改变检索方向的
改进球形算法遍历，得到发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的真实值，完成子载波干
扰补偿。

[0048] 具体地，迭代运算的公式为：

[0049]

[0050] 其中，S0为串并转换后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵， 为n次迭代后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，作为改进球形算法的输入数据， 为n‑1次迭代后的
高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，用于计算发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜
索半径，e为单位矩阵，λ为收敛因子，C为干扰矩阵。

[0051] 具体地，发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径g为：

[0052]

[0053] 其中，S0为串并转换后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵， 为n‑1次迭代后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，C为干扰矩阵。

[0054] 具体地，所有可能的发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的值的误差用矩阵Q表示为：

[0055] Q＝arg min||SnID‑LSQ||2≤g2

[0056] 其中，SnID为n次迭代后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，g为发送出的高频谱Q
效率频谱复用系统信号的搜索半径，S为每一个发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的
可能值集合，L为干扰矩阵的上三角矩阵，||·||代表欧几里德范数。

[0057] 具体地，改进球形算法具体为：

[0058] 在计算每一行矩阵时选取部分满足条件的Q数值，选取方案为菱形选取节点的方案，如图2所示，若发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的调制格式对应的阶数为M，由矩
阵的第N行到第一行选取的节点的序号为M/2，M，3M/2，2M，···(N/2‑1)M/2，N/2*M/2，N/
Q
2*M/2，(N/2‑1)M/2，···3M/2，M，M/2，最小节点对应的S即为发送出的高频谱效率频谱
复用系统信号的真实值。

[0059] 本发明另一方面还提供了一种高频谱效率频分复用系统的子载波干扰补偿装置，包括：

[0060] 串并转换模块，对接收到的高频谱效率频谱复用系统信号经串并转换后，得到待补偿信号；在串并转换模块中，对输入信号进行串并转换，变为N行的并行数据

[0061] S0＝(sx01 sx02 … sx0N)

[0062] 其中，S0为N行1列的矩阵；

[0063] ID算法模块，对所述待补偿信号进行迭代算法，经过n次迭代后得到估计值信号；，迭代公式如下：

[0064]

[0065] 其中，S0为串并转换后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵， 为n次迭代后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，作为改进球形算法的输入数据， 为n‑1次迭代后的
高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，用于计算发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜
索半径，e为单位矩阵，λ为收敛因子，C为干扰矩阵。 为N行1列的矩阵。C为N行N列的干扰
矩阵，e为N行N列的单位矩阵，λ为常数；

[0066] 改进球形算法模块，根据所述估计值信号确定发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径，在所述搜索半径内检索所有可能的发送出的高频谱效率频谱复用系统信
号的值，运用改变检索方向的改进球形算法遍历，得到发送出的高频谱效率频谱复用系统
信号的真实值，完成子载波干扰补偿。

[0067] 具体地，发送出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径g为：

[0068]

[0069] 计算所有满足下式条件的发送出的高频谱效率频谱复用系统信号可能值误差用矩阵Q表示为：

[0070] Q＝argmin||SnID‑LSQ||2≤g2

[0071] 其中，SnID为迭代后的串并转换后的高频谱效率频谱复用系统信号矩阵，g为发送Q
出的高频谱效率频谱复用系统信号的搜索半径，S 为每一个发送信号的可能值集合，L为干
扰矩阵的上三角矩阵，||·||代表欧几里得范数。

[0072] 检索排序方案选择菱形选取方案，若星座点数为M，由N行到第一行选区的节点为M/2，M，3M/2，2M，···(N/2‑1)M/2，N/2*M/2，N/2*M/2，(N/2‑1)M/2，···3M/2，M，M/2，其
中最优的遍历路径中的数值即为恢复后的信号数据。

[0073] 实施例中，假设接收的数据为(1.1；‑0.9，1.1)的串行数据，对应的发射数据为(1，‑1，1)我们串并转换为3行的数据，则S0＝(1 .1‑0 .91 .1)，根据公式
和 分别求出g和 和 假设λ＝1，
n＝2，则求出的值分别为
g＝3.1234。

[0074] 以信号的调制格式为4QAM格式为例，可能值为(1，i，‑i‑1)，根据公式Q＝argmin||ID Q 2 2 Q
S2 ‑CS ||≤g计算，对于最后一行，分别最后一层求对应于S的4个可能值的结果，即对应
于1，‑1，i，‑i的值为0.036、2.064、1.53和1.53。按原先方案，当计算第二层的时候，需要对
此4种进行其4中可能性分析，为了降低节点数，本部分采用选取部分节点的改进方案，每一
层进行从小到大排序，本部分采用的方案是菱形选取方案，每一层选取的值2，4，2。因此此
Q
层进行排序后，选取的值为0.036和1.53，其对应的S为1和i，对于倒数第二层，计算倒数第
一层这两个值对应4种可能，因此有8种计算结果，分别对应于(1，1)，(1，‑1)，(1，i)，(1，‑
i)：2.2，0.228，3.4，1.48，以及对应的值，(i，1)，(i，‑1)，(i，i)，(i，‑i):1.51，2.64，2.51，
Q
2.51.此层进行排序，选取4个最小值：0.228，1.48，1.51，2.2，此时对应的S为：(1，‑1)，
(1，‑i)，(i，1)，(1，1)。此时，进入倒数第三层，分别计算每一个值对应的4种可能，得到16个
Q
计算值。然后进行排序，选取其中的2个值作为该层的取值数：0.336，1.54，对应的S分别为
Q
(1，‑1，1)和(1，‑1，i)。因为倒数第三层为最后一层，因此取其最小值对应的S即为最优解。
可以看到该数据与最开始的发射数据一致，因此，经过本方案不仅消除了子载波间干扰，也
降低了复杂度。

[0075] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含
在本发明的保护范围之内。