本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種相干光正交頻分復(fù)用CO-OFDM單模光纖通信系統(tǒng)和基于獨立成分分析ICA的正交/同向IQ失衡補償方法。

背景技術(shù)：
近年來，隨著通信業(yè)務(wù)的爆炸式增長，超高速、超大容量、超長距離光纖傳輸系統(tǒng)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點，各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。相干光正交頻分復(fù)用CO-OFDM技術(shù)作為一種多載波傳輸技術(shù)，以傳輸速率高、頻譜利用率大、抗色散能力強、數(shù)字處理算法成熟、在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上升級、擴容方便等優(yōu)勢備受矚目，并有望成為未來光傳輸?shù)闹髁鞣桨?。圖1示出了CO-OFDM通信系統(tǒng)的典型框圖，可以看出，無論是發(fā)送端還是接收端均存在I、Q兩支路，然而，在實際傳輸系統(tǒng)中，由于器件的固有特性，導(dǎo)致I、Q兩支路信號幅度并不嚴(yán)格相等，相位也不嚴(yán)格正交，即存在IQ失衡。這種失衡不可避免，而正交頻分復(fù)用OFDM技術(shù)對IQ失衡異常敏感，造成OFDM子載波間的鏡像干擾，嚴(yán)重劣化了系統(tǒng)性能。因此，如何有效補償IQ失衡是CO-OFDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，為解決這一技術(shù)問題，一般需在系統(tǒng)接收端OFDM解調(diào)模塊中植入IQ失衡補償功能，現(xiàn)有的補償方法分為GSOP法、EC法、數(shù)據(jù)輔助法、判決輔助法等，但這些方法或不適合發(fā)送端IQ失衡補償，或頻譜利用率較低，而且無法實現(xiàn)發(fā)送端與接收端IQ失衡的同時補償。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種相干光OFDM通信系統(tǒng)IQ失衡補償方法，以解決IQ失衡問題。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，包括下列步驟：（1）構(gòu)建ICA輸入信號：利用系統(tǒng)各載波的鏡像關(guān)系，構(gòu)造出接收信號的鏡像共軛信號，將接收信號和構(gòu)造的鏡像共軛信號作為ICA盲源分離模塊的輸入信號；（2）ICA盲源分離：利用基于負(fù)熵最大化的不動點復(fù)數(shù)ICA算法T-CMN和統(tǒng)計平均的思想，將獲得的兩路頻域信號進行盲源分離，得到源信號的估計，完成IQ失衡初步補償；（3）二次補償：利用相位修正算法，消除不同鏡像子載波分離矩陣的微小差異，分別對各子載波進行二次相位補償，恢復(fù)出正確的源信號。本發(fā)明所述步驟（1）包括：步驟301：根據(jù)接收復(fù)值信號Rk，Rk=RIk+jRQk，判斷子載波k的值是否為1或N/2+1，其中，RIk為接收復(fù)值信號同向分量、即I分量，RQk為接收復(fù)值信號正交分量、即Q分量，N為子載波數(shù)；步驟302：根據(jù)鏡像對應(yīng)關(guān)系，301為真，子載波k的鏡像子載波-k為k本身，即；否則，子載波k的鏡像子載波-k為N+2-k，有步驟303:對Rk、兩路復(fù)值信號分別進行并串變換，得到ICA盲源分離模塊的輸入信號R，其中T為符號數(shù)；本發(fā)明所述步驟（2）包括：步驟401：對ICA盲源分離模塊的輸入信號R進行中心化及白化處理，得到待分離信號x；步驟402：初始化分離矩陣W，使其正交并具有單位范數(shù)；步驟403：根據(jù)待分離信號x迭代更新分離矩陣W，其中，Wi表示第i次迭代后的分離矩陣，表示第i次迭代后的輸出信號，i＝1，2，...，n，n為迭代次數(shù)，H表示共軛轉(zhuǎn)置運算，E{}表示統(tǒng)計平均運算，*表示共軛運算，T表示轉(zhuǎn)置運算，G表示算法中所選取的非線性函數(shù)，g表示算法中所選非線性函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，g′表示算法中所選非線性函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)；步驟404：利用W←(WiWiH)-1/2Wi正則化分離矩陣W；步驟405：若W未收斂，則返回403；步驟406：若W收斂，則利用y=WHx得到分離信號所述的中心化可使信號具有零均值，白化可削弱信號的維數(shù)、噪聲功率和相關(guān)性，將分離矩陣的搜索范圍縮小至正交矩陣空間內(nèi)，降低了算法的復(fù)雜程度。所述的初始化分離矩陣W是指由于算法中應(yīng)用的分離矩陣W=(w1,w2,...wn)T為單位正交，所以需對每個wi(i=1,...,n)進行初始化，使其具有單位范數(shù)，并使W正交。所述的正則化分離矩陣W是指由于算法的解向量是正交的，但迭代算法并不能使其自動正交，因此必須在每步或一定間隔次數(shù)的迭代后對W進行向量正交化處理。本發(fā)明所述步驟（3）包括：步驟501：從分離信號中提取M個OFDM符號的載波信息,記作步驟502：考察信號的相位函數(shù)，分離其相位信息φMk，根據(jù)參考信號相位φ0，計算出相位偏轉(zhuǎn)角步驟503：對M個符號的相位偏轉(zhuǎn)角做統(tǒng)計平均，計算出平均相位偏轉(zhuǎn)角步驟504：根據(jù)相位偏轉(zhuǎn)角進行相位修正處理，輸出二次補償信號本發(fā)明的有益效果是：1.本發(fā)明所述的基于獨立成分分析的CO-OFDM通信系統(tǒng)IQ失衡補償技術(shù)可實現(xiàn)發(fā)送端、接收端IQ失衡的同時補償，降低了補償?shù)膹?fù)雜度，簡單易行。2.本發(fā)明所述的基于獨立成分分析的CO-OFDM通信系統(tǒng)IQ失衡補償技術(shù)僅利用接收信號，無需發(fā)送訓(xùn)練符號和估計信道信息，硬件實現(xiàn)簡單，頻譜利用率高。3.本發(fā)明所述的基于獨立成分分析的CO-OFDM通信系統(tǒng)IQ失衡補償技術(shù)能同時補償色散等固有損傷，補償性能更可靠。附圖說明圖1是本發(fā)明所述的CO-OFDM通信系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明所述的基于獨立成分分析的CO-OFDM通信系統(tǒng)IQ失衡補償方法原理框圖；圖3是本發(fā)明所述的構(gòu)建ICA輸入信號流程圖；圖4是本發(fā)明采用的ICA盲源分離流程圖；圖5是本發(fā)明所述的二次補償流程圖；圖6(a)是采用16QAM調(diào)制，發(fā)送端和接收端IQ失衡補償前系統(tǒng)星座圖，圖6(b)是采用16QAM調(diào)制，發(fā)送端和接收端IQ失衡補償后系統(tǒng)星座圖；圖7(a)是采用16QPSK調(diào)制，發(fā)送端和接收端IQ失衡補償前系統(tǒng)星座圖；圖7(b)是采用16QPSK調(diào)制，發(fā)送端和接收端IQ失衡補償后系統(tǒng)星座圖。具體實施方式（1）構(gòu)建ICA輸入信號：利用系統(tǒng)各載波的鏡像關(guān)系，構(gòu)造出接收信號的鏡像共軛信號，將接收信號和構(gòu)造的鏡像共軛信號作為ICA盲源分離模塊的輸入信號；步驟301：根據(jù)接收復(fù)值信號Rk，Rk=RIk+jRQk，判斷子載波k的值是否為1或N/2+1，其中，RIk為接收復(fù)值信號同向分量、即I分量，RQk為接收復(fù)值信號正交分量、即Q分量，N為子載波數(shù)；步驟302：根據(jù)鏡像對應(yīng)關(guān)系，301為真，子載波k的鏡像子載波-k為k本身，即；否則，子載波k的鏡像子載波-k為N+2-k，有步驟303:對Rk、兩路復(fù)值信號分別進行并串變換，得到ICA盲源分離模塊的輸入信號R，其中T為符號數(shù)；（2）ICA盲源分離：利用基于負(fù)熵最大化的不動點復(fù)數(shù)ICA算法T-CMN和統(tǒng)計平均的思想，將獲得的兩路頻域信號進行盲源分離，得到源信號的估計，完成IQ失衡初步補償；步驟401：對ICA盲源分離模塊的輸入信號R進行中心化及白化處理，得到待分離信號x；步驟402：初始化分離矩陣W，使其正交并具有單位范數(shù)；步驟403：根據(jù)待分離信號x迭代更新分離矩陣W，其中，Wi表示第i次迭代后的分離矩陣，表示第i次迭代后的輸出信號，i＝1，2，...，n，n為迭代次數(shù)，H表示共軛轉(zhuǎn)置運算，E{}表示統(tǒng)計平均運算，*表示共軛運算，T表示轉(zhuǎn)置運算，G表示算法中所選取的非線性函數(shù)，g表示算法中所選非線性函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，g′表示算法中所選非線性函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)；步驟404：利用W←(WiWiH)-1/2Wi正則化分離矩陣W；步驟405：若W未收斂，則返回403；步驟406：若W收斂，則利用y=WHx得到分離信號所述的中心化可使信號具有零均值，白化可削弱信號的維數(shù)、噪聲功率和相關(guān)性，將分離矩陣的搜索范圍縮小至正交矩陣空間內(nèi)，降低了算法的復(fù)雜程度。所述的初始化分離矩陣W是指由于算法中應(yīng)用的分離矩陣W=(w1,w2,...wn)T為單位正交，所以需對每個wi(i=1,...,n)進行初始化，使其具有單位范數(shù)，并使W正交。所述的正則化分離矩陣W是指由于算法的解向量是正交的，但迭代算法并不能使其自動正交，因此必須在每步或一定間隔次數(shù)的迭代后對W進行向量正交化處理。3.）二次補償：利用相位修正算法，消除不同鏡像子載波分離矩陣的微小差異，分別對各子載波進行二次相位補償，恢復(fù)出正確的源信號；步驟501：從分離信號中提取M個OFDM符號的載波信息,記作步驟502：考察信號的相位函數(shù)，分離其相位信息φMk，根據(jù)參考信號相位φ0，計算出相位偏轉(zhuǎn)角步驟503：對M個符號的相位偏轉(zhuǎn)角做統(tǒng)計平均，計算出平均相位偏轉(zhuǎn)角步驟504：根據(jù)相位偏轉(zhuǎn)角進行相位修正處理，輸出二次補償信號至此，本發(fā)明利用基于獨立成分分析的IQ失衡補償方法處理完畢。為驗證本發(fā)明所能達(dá)到的有益效果，通過VPItransmissionMaker和Matlab軟件進行了聯(lián)合仿真，主要仿真參數(shù)為：光纖長度50km，色散系數(shù)為3.5ps/km.nm，光信噪比為30dB，發(fā)送端相位失衡因子15°，幅度失衡系數(shù)0.8，接收端相位失衡因子10°，幅度失衡系數(shù)1.1，仿真結(jié)果如圖6（a）、圖6（b）、圖7（a）和圖7（b）所示。可以看出，本發(fā)明所選取的基于負(fù)熵最大化的不動點復(fù)數(shù)ICA算法適用于不同的調(diào)制格式，普適性強；在色散等固有損傷存在的背景下，本發(fā)明所公開的基于獨立成分分析的CO-OFDM通信系統(tǒng)IQ失衡補償技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)送端和接收端IQ失衡的同時補償，補償效果理想，可靠性強。以上對本發(fā)明所述的基于獨立成分分析的CO-OFDM系統(tǒng)IQ失衡補償技術(shù)進行了詳細(xì)的介紹，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制，在不背離本發(fā)明所述方法的精神和權(quán)利要求范圍的情況下，對它進行的各種顯而易見的改變都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。