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Title:
METHOD, DEVICE AND SYSTEM FOR SIGNAL PROCESSING BASED ON SINGLE CARRIER-FREQUENCY DOMAIN EQUALIZATION(SC-FDE)
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/104184
Kind Code:
A1
Abstract:
A signal processing method based on single carrier-frequency domain equalization(SC-FDE), includes: an optical transmitter generating unique words(UW) sequence and a synchronous data block, providing a data frame with the unique words sequence, generating a superframe by the synchronous data block and the data frame, and transmitting the superframe as a base-band signal to an optical receiver. A signal processing system is based on SC-FDE. Said solution enable simplifying a process of an optical transmitter hardware device, reducing manufacturing cost of the optical transmitter, improving accuracy of time synchronization and reducing processing resources of channel estimation.

Inventors:
GAO JIAN (CN)
YI HONG (CN)
Application Number:
PCT/CN2012/079163
Publication Date:
July 18, 2013
Filing Date:
July 26, 2012
Export Citation:
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Assignee:
ZTE CORP (CN)
GAO JIAN (CN)
YI HONG (CN)
International Classes:
H04L25/03; H04B10/556; H04B10/60
Domestic Patent References:
WO2011081688A12011-07-07
Foreign References:
CN102447659A2012-05-09
CN101102164A2008-01-09
Other References:
CHEN, CHEN ET AL.: "Timing synchronization for SC-FDE.", JOURNAL OF ZHEJIANG UNIVERSITY (ENGINEERING SCIENCE), vol. 41, no. 3, March 2007 (2007-03-01), pages 446
Attorney, Agent or Firm:
AFD CHINA INTELLECTUAL PROPERTY LAW OFFICE (CN)
北京安信方达知识产权代理有限公司 (CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

1、 一种基于单载波频域均衡 SC-FDE的信号处理方法, 该方法包括: 光发信机产生独特字 UW序列和同步数据块, 用 UW序列组成数据帧, 用同步数据块和数据帧组成超级帧,将超级帧作为基带信号发送给光收信机。

2、 根据权利要求 1所述的方法, 其中, 所述产生 UW序列, 包括: 使用 二元序列组成 UW序列, 根据以下条件选定二元序列:

M .…+. k = 0

-1

^ u(n)u((n + k) mod ) = 4-M ....... k=M/2; 其中, 为 UW序列, M为 0

0 else

UW序列的长度, 4 = 0,1,..., M-1; u(n)e{+\,-\], « = 0,1,..., -1; 所述 序列的长度是 4的倍数;

中的第 M/2_l个和第 M-1个设置为 -1;

所述 UW序列的前半部分与后半部分呈互补关系:

u{ri) =—u{n+MI2、,n = Q,...,MI2— 2。

3、 根据权利要求 1所述的方法, 其中, 所述同步数据块为:

由八、 B C三段同步序列组成, A段同步序列长 L个比特, B和 C同步 序列均长 N个比特; 其中, A 同步序列的 L 个比特数据为二元序列 ( n=N/2-L, N/2-1 ); B和 C同步序列为 "c ( , Sync(n) = s (η)χ( ) ^ 为 长度为 Ν的二元序列, 选定 二元序列的条件与产生 UW序列时选定二元 序列的条件相同;

[s(n) = s(n + N 12) « = 0,1,..., N/2-1 其中, 所述 ")可以根据条件 (") = s(W_") « = 1,2,..., N/2-1 选定。

4、 根据权利要求 1所述的方法, 其中, 所述将超级帧作为基带信号发送 给光收信机之后, 该方法还包括: 光收信机接收到光发信机发来的基带信号 后,利用同步数据块对接收到的超级帧做滑动计算进行时间同步,再利用 UW 序列进行相关计算获得信道估计值。

5、 根据权利要求 4所述的方法, 其中, 所述利用同步数据块对接收到的 超级帧做滑动计算进行时间同步, 包括:

光收信机分别读取两个偏振态的基带信号中长度大于同步数据块中 B和

C同步序列的长度之和的数据;

利用自身产生的长度为同步数据块中 B或 C同步序列的长度的与光发信 机产生同步数据块时所用的二元序列相同的序列对读取的部分基带信号数据 进行滑动计算;

滑动计算的结果中的最大值所对应的解调后的基带信号数据即为时间同 步的位置。

6、 根据权利要求 4所述的方法, 其中, 所述利用 UW序列进行相关计算 获得信道估计值之前, 该方法还包括: 光收信机对时间同步后的基带信号进 行频率偏差估计; 根据频率偏差估计的结果消除载波频率偏差, 对消除载波 频率偏差后的基带信号进行信道估计。

7、 根据权利要求 6所述的方法, 其中, 所述对消除载波频率偏差后的基 带信号进行信道估计, 包括: 光收信机按照光发信机产生 UW序列的方式产 生长度为 M的 UW序列,利用自身产生的 UW序列与消除载波频率偏差后的 基带信号做相关计算, 获取信道估计结果。

8、 一种基于 SC-FDE的信号处理方法, 该方法包括:

光收信机接收到光发信机发来的基带信号后, 利用同步数据块对接收到 的超级帧做滑动计算进行时间同步, 再利用 UW序列进行相关计算获得信道 估计值。

9、 根据权利要求 8所述的方法, 其中, 所述光收信机接收到光发信机发 来的基带信号之前, 该方法还包括: 光发信机产生 UW序列和同步数据块, 用 UW序列组成数据帧, 用同步数据块和数据帧组成超级帧, 将超级帧作为 基带信号发送给光收信机。

10、 根据权利要求 9所述的方法, 其中, 所述产生 UW序列, 包括: 使 用二元序列组成 UW序列, 根据以下条件选定二元序列:

M .…+. k = 0

-1

^ u(n)u((n + k) mod ) = 4-M ....... k=M/2; 其中, 为 UW序列, M为 0

0 else

UW序列的长度, 4 = 0,1,..., M-1; u(n)e{+\,-\], « = 0,1,..., -1; 所述 序列的长度是 4的倍数;

中的第 M/2_l个和第 M-1个设置为 -1;

所述 UW序列的前半部分与后半部分呈互补关系:

u{ri) =—u{n+MI2、,n = Q,...,MI2— 2。

11、 根据权利要求 9所述的方法, 其中, 所述同步数据块为:

由 、 B C三段同步序列组成, A段同步序列长 L个比特, B和 C同步 序列均长 N个比特; 其中, A 同步序列的 L 个比特数据为二元序列

(n=N/2-L,...,N/2-l ); B和 C同步序列为 "c ( , ync(n) = s(n)x(n) ^ 为 长度为 N的二元序列, 选定 二元序列的条件与产生 UW序列时选定二元 序列的条件相同;

[s(n) = s(n + N 12) « = 0,1,..., N/2-1 其中, 所述 ")可以根据条件 (") = s(W_") « = 1,2,..., N/2-1 选定。

12、 根据权利要求 8 所述的方法, 其中, 所述利用同步数据块对接收到 的超级帧做滑动计算进行时间同步, 包括:

光收信机分别读取两个偏振态的基带信号中长度大于同步数据块中 B和 C同步序列的长度之和的数据;

利用自身产生的长度为同步数据块中 B或 C同步序列的长度的与光发信 机产生同步数据块时所用的二元序列相同的序列对读取的部分基带信号数据 进行滑动计算;

滑动计算的结果中的最大值所对应的解调后的基带信号数据即为时间同 步的位置。

13、 根据权利要求 8所述的方法, 其中, 所述利用 UW序列进行相关计 算获得信道估计值之前, 该方法还包括: 光收信机对时间同步后的基带信号 进行频率偏差估计; 根据频率偏差估计的结果消除载波频率偏差, 对消除载 波频率偏差后的基带信号进行信道估计。

14、 根据权利要求 8所述的方法, 其中, 所述对消除载波频率偏差后的 基带信号进行信道估计, 包括: 光收信机按照光发信机产生 UW序列的方式 产生长度为 M的 UW序列,利用自身产生的 UW序列与消除载波频率偏差后 的基带信号做相关计算, 获取信道估计结果。

15、 一种基于 SC-FDE的信号处理系统, 该系统包括: 光发信机和光收 信机; 其中,

光发信机设置为:产生 UW序列和同步数据块,用 UW序列组成数据帧, 用同步数据块和数据帧组成超级帧,将超级帧作为基带信号发送给光收信机; 光收信机设置为: 接收到光发信机发来的基带信号后, 利用同步数据块 对接收到的超级帧做滑动计算进行时间同步,再利用 UW序列进行信道估计。

16、 一种光发信机, 该光发信机包括: 发送信号处理模块和光调制模块; 其中,

发送信号处理模块设置为: 产生 UW序列和同步数据块, 用 UW序列组 成数据帧, 用同步数据块和数据帧组成超级帧, 将超级帧发送给光调制模块; 光调制模块设置为:接收发送信号处理模块发来的超级帧作为基带信号, 将基带信号调制后发送给光收信机。

17、 根据权利要求 16所述的光发信机, 其中, 所述发送信号处理模块设置为: 使用二元序列组成 UW序列, 根据以下 条件选定二元序列:

M .…+. k = 0

-1

^ u(n)u((n + k) mod ) = 4-M ....... k=M/2; 其中, 为 UW序列, M为 二 0

0 else

UW序列的长度, 4 = 0,1,..., M-1; u(n)e{+\,-\], « = 0,1,..., -1; 所述 序列的长度是 4的倍数;

中的第 M/2_l个和第 M-1个设置为 -1;

所述 UW序列的前半部分与后半部分呈互补关系:

u{ri) =—u{n+MI2、,n = Q,...,MI2— 2。

18、 根据权利要求 16所述的光发信机, 其中,

所述发送信号处理模块设置为: 由八、 B、 C三段同步序列组成, A段同 步序列长 L个比特, B和 C同步序列均长 N个比特; 其中, A同步序列的 L 个 比特数据为二元序列5(") (11=^2 ,...^/2-1); B和 C同步序列为

Sync(n) = s(n)x(n) , χ(η)为长度为 Ν的二元序列, 选定 二元序列的条件与 产生 UW序列时选定二元序列的条件相同;

[s(n) = s(n + N 12) « = 0,1,..., N/2-1 其中, 所述 ")可以根据条件 (") = s(W_") « = 1,2,..., N/2-1 选定。

19、 一种光收信机, 该光收信机包括: 接收信号处理模块和光解调模块; 其中,

光解调模块设置为: 接收光发信机发来的调制信号, 对调制信号解调得 到基带信号, 将解调后的基带信号发送给接收信号处理模块;

接收信号处理模块设置为: 接收到光解调模块发来的基带信号后, 利用 同步数据块对接收到的超级帧做滑动计算进行时间同步, 再利用 UW序列进 行信道估计。 20、 根据权利要求 19所述的光收信机, 其中,

所述接收信号处理模块设置为: 分别读取两个偏振态的基带信号中长度 大于同步数据块中 B和 C同步序列的长度之和的数据; 利用自身产生的长度 为同步数据块中 B或 C同步序列的长度的与光发信机产生同步数据块时所用 的二元序列相同的序列对读取的部分基带信号数据进行滑动计算; 滑动计算 的结果中的最大值所对应的解调后的基带信号数据即为时间同步的位置。

21、 根据权利要求 20所述的光收信机, 其中,

所述接收信号处理模块设置为: 对时间同步后的基带信号进行频率偏差 估计; 根据频率偏差估计的结果消除载波频率偏差, 对消除载波频率偏差后 的基带信号进行信道估计。

22、 根据权利要求 21所述的光收信机, 其中,

所述接收信号处理模块设置为: 按照光发信机产生 UW序列的方式产生 长度为 M的 UW序列,利用自身产生的 UW序列与消除载波频率偏差后的基 带信号做相关计算, 获取信道估计结果。

Description:
一种基于单载波频域均衡的信号处理方法、 装置及系统

技术领域

本发明涉及光纤通讯领域中的信号处理技术, 尤其涉及一种基于单载波 频域均衡 ( SC-FDE, Single Carrier-Frequency Domain Equalization ) 的信号处 理方法、 装置及系统。 背景技术

在光纤通讯系统的信号传输过程中, 由于高速率传输带来的色散和偏振 模色散(PMD, Polarization Mode Dispersion )等情况, 导致传输信道的失真 和畸变, 传输信道的失真和畸变进一步会引起码间干扰 , 码间干扰是影响光 纤通讯系统中的通信质量的主要因素。 因此, 光纤通讯系统中使用 SC-FDE 技术来解决码间干扰问题。

SC-FDE技术中的一种解决码间干扰问题方法是插 入训练序列的信号处 理方法, 具体为: 在光发信机将训练序列作为独特字 (UW, Unique Word ) 与所要发送的数据(Data )组成数据帧, 将数据帧调制后的调制信号发送给 光收信机; 光收信机对接收到的调制信号进行解调得到解 调后的数据帧, 再 利用解调后的数据帧中的 UW进行时间同步、 频偏估计和信道估计。

其中, 所述数据帧的结构如图 1所示, 由前后两个 UW和数据组成, 每 帧数据之间重叠一个 UW; 所述 UW为长度是 M+2L的序列, 构成 UW的方 法为: 先产生长度为 M的特定序列, 将该特定序列中后 L个符号复制, 添加 到长度为 M的序列之前形成前缀, 将该特定序列中前 L个符号复制, 添加到 长度为 M的序列之后形成后缀,构成长度为 M+2L的 UW。所述长度为 M的 特定序列, 使用恒包络零自相关 ( CAZAC , Const Amplitude Zero Auto-Corelation )序列为最优序列。所述利用解调后的数据帧 的 UW进行时 间同步、 频偏估计和信道估计包括: 目前已有技术进行时间同步的方法为 Schmidl方法, 频偏估计是基于时间同步计算而得, 信道估计为釆用最大似然 估计法。 但是上述插入训练序列的方法中存在以下问题 :

一、 传输 CAZAC序列组成的数据帧需要使用高端数模转换 ( DAC, Digital-to-Analog Converter ) , 而高端 DAC结构复杂且价格高;

二、 上述信号处理方法进行时间同步所使用的 Schmidl 同步计算方法, 由于解调后的数据帧中前后两个 UW相同, 所以会出现确定的同步位置不够 准确的问题, 且 Schmidl同步计算方法存在相关峰不够尖锐的问 ;

三、 上述信号处理方法信道估计所使用的最大似然 估计法, 由于需要进 行大量的矩阵以及逆矩阵运算, 所以运算量巨大, 因此会占用光收信机较大 的处理资源。

可见, 目前已有的插入训练序列的信号处理方法, 无法简化光发信机硬 件设备及降低光发信机的成本, 并且无法保证时间同步的准确性, 以及信道 估计时占用光收信机较大的处理资源。

发明内容

有鉴于此, 本发明的目的在于提供一种基于 SC-FDE的信号处理方法、 装置及系统, 简化光发信机硬件设备及降低光发信机的成本 , 并且提高时间 同步的准确性, 以及减少信道估计时占用的处理资源。

为达到上述目的, 本发明的技术方案是这样实现的:

本发明提供了一种基于 SC-FDE的信号处理方法, 该方法包括: 光发信机产生 UW序列和同步数据块, 用 UW序列组成数据帧, 用同步 数据块和数据帧组成超级帧, 将超级帧作为基带信号发送给光收信机。

本发明提供了一种基于 SC-FDE的信号处理方法, 该方法包括: 光收信机接收到光发信机发来的基带信号后, 利用同步数据块对接收到 的超级帧做滑动计算进行时间同步, 再利用 UW序列进行相关计算获得信道 估计值。

本发明还提供了一种基于 SC-FDE的信号处理系统, 该系统包括: 光发 信机和光收信机; 其中, 光发信机设置为:产生 UW序列和同步数据块,用 UW序列组成数据帧, 用同步数据块和数据帧组成超级帧,将超级帧 作为基带信号发送给光收信机; 光收信机设置为: 接收到光发信机发来的基带信号后, 利用同步数据块 对接收到的超级帧做滑动计算进行时间同步, 再利用 UW序列进行信道估计。

本发明提供了一种光发信机, 该光发信机包括: 发送信号处理模块和光 调制模块; 其中,

发送信号处理模块设置为: 产生 UW序列和同步数据块, 用 UW序列组 成数据帧, 用同步数据块和数据帧组成超级帧, 将超级帧发送给光调制模块; 光调制模块设置为:接收发送信号处理模块发 来的超级帧作为基带信号, 将基带信号调制后发送给光收信机。 本发明还提供了一种光收信机, 该光收信机包括: 接收信号处理模块和 光解调模块; 其中,

光解调模块设置为: 接收光发信机发来的调制信号, 对调制信号解调得 到基带信号, 将解调后的基带信号发送给接收信号处理模块 ;

接收信号处理模块设置为: 接收到光解调模块发来的基带信号后, 利用 同步数据块对接收到的超级帧做滑动计算进行 时间同步, 再利用 UW序列进 行信道估计。

附图概述 图 1为现有技术中的数据帧组成结构示意图;

图 2为本发明基于 SC-FDE的信号处理方法中光发信机的信号处理流 程 示意图;

图 3为本发明光发信机中产生的同步数据块组成 构示意图;

图 4为本发明光发信机中一个超级帧的组成结构 意图;

图 5为本发明基于 SC-FDE的信号处理方法中光收信机的信号处理流 程 示意图;

图 6为本发明基于 SC-FDE的信号处理系统组成示意图。 本发明的较佳实施方式

本发明实施例的基本思想是: 光发信机产生 UW序列和同步数据块, 用 UW序列组成数据帧, 用同步数据块和数据帧组成超级帧, 将超级帧作为基 带信号发送给光收信机; 所述光收信机接收到基带信号后, 利用同步数据块 对接收到的超级帧做滑动计算进行时间同步, 再利用 UW序列进行相关计算 获得信道估计值。

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进 一步详细的说明。

本发明提出的基于 SC-FDE的信号处理方法中光发信机的信号处理流 程如图 2所示, 包括以下步骤:

步骤 101: 光发信机产生 UW序列和同步数据块, 用 UW序列和所要发送的

Data组成数据帧, 用一个同步数据块和多个数据帧组成超级帧。

这里, 所述产生 UW序列为: 使用二元序列组成 UW序列, 可以根据以下条 件选定二元序列:

M .…+. k = 0

M— 1

u(ri)u({n + k) mod ): 4-M ....... k=M/2; 其中, 为 UW序列, M为

0 else

UW序列的长度, Λ = Ο,Ι,..., -Ι; u(n)e{+\,-\], « = 0,1,..., -1; 序列的长度是 4的倍数;

中的第 M/ 2 _l个和第 M-1个设置为 -1; 序列的前半部分与后半部分呈互补关系:

u{ri) =—u{n+MI2、,n = Q,...,MI2— 2。 所述二元序列为已有技术中的已有序列, 这里不做赞述; 根据上述条件 选定二元序列的方式为已有技术, 这里不做赞述;

所述同步数据块为: 由八、 B、 C三段同步序列组成, 如图 3所示, A段 同步序列长为 L个比特, B和 C同步序列长均为 N个比特; 其中, A同步序 列的 L个比特数据为二元序列 5 (") (n=N/2-L,...,N/2-l ); B和 C同步序列为 Sync(n) , Sync(n) = s (n)x(n) . 其中, 为长度为 N的二元序列, 选定 x (" 二元序列的条件与产生 UW序列时的条件相同为:

N + .. k = 0

N-\

^ χ(ή)χ((η + k) mod N): 4-N ....... k = N/2; N为 的长度, k = 0,\,...,N-\

0 else x(n)e{+\,-\}, n = 0 ...,N-\; x(«)序列的长度是 4的倍数; 中的第 N/2-1个和第 N-1个设置为 -1; 序列的前半部分与后半部分呈互补关系: x(i) =—x(i + NI },n = Q,...,NI2— 2。 所述 ")可以根据条件 选定。 所述组成数据帧为: 将长度为 M的相同的两个 UW分别添加在 Data的前后 端, 组成一个数据帧; 所述组成超级帧为: 将同步数据块添加在多个数据帧 之前, 如图 4所示, 其中, 超级帧包括一个同步块以及多个数据帧, 每个数 据帧包括两个 UW和一段 Data。 其中, 所述多个为根据已有技术中规定的超 级帧所包含的子帧数量而定。

另外, 由于现有技术中光发信机会产生两个不同偏振 态的基带信号, 所以在 步骤 101操作的同时, 还会以同样的方法产生另一个偏振态的 UW序列和同 步数据块, 用偏振态 UW序列和所要发送的 Data组成数据帧, 用一个同步数 据块和多个数据帧组成超级帧;

其中, 所述另一个偏振态的 UW序列可以为两个偏振态中的一个 UW序列的 d次循环移位; 所述另一个偏振态的同步数据块与两个偏振态 中的一个同步 数据块相同。

步骤 102: 光发信机将超级帧组成的基带信号进行调制后 成为调制信号, 将 调制信号发送给光收信机。

这里, 所述调制为已有技术, 具体调制过程这里不做赞述, 可以使用马赫-曾 德尔 ( Mach-Zehnder )调制器对基带信号进行调制。

本发明提出的基于 SC-FDE的信号处理方法中光收信机的信号处理流 程如图 5所示, 包括以下步骤:

步骤 201 : 光收信机收到光发信机发来的调制信号后, 对调制信号解调得到 基带信号。

这里, 所述解调为已有技术, 具体解调过程这里不做赞述;

所述解调得到基带信号可以表示为:

L-1

∑ (A! (k)s, (n - k) + } 2 (k)s 2 (n - A:》

r(w) : ■■ w(n) + exp(j(Amr s n)

L-1

r 2 (n)

∑ (^2i ( k ) s i (n - k) + h 22 (k)s 2 (n - k)) 其中, 表示光收信机解调得到的基带信号; 和 分别表示光收 信机解调得到的两个偏振态的基带信号; 为载波频率偏差, 为模数转换 器(ADC, Analog-Digital-Convertor )釆样时间间隔频率; w (")为高斯白噪声; W 为冲击响应函数表达式, 为已有技术, 这里不做赞述; 和 分别 表示光发信机产生的两个偏振态的基带信号。 步骤 202: 光收信机对解调后的基带信号做滑动计算进行 时间同步。

这里, 所述对接收到的超级帧做滑动计算进行时间同 步包括: 光收信机分别 从解调得到的两个偏振态的基带信号中任意一 比特数据开始读取长度大于 2N的数据作为同步计算信号; 利用自身产生的长度为 N的 对上述读取的 同步计算信号进行滑动计算; 滑动计算的结果中的最大值所对应的解调后的 基带信号数据即为时间同步的位置;

其中, 所述时间同步的位置为解调后的基带信号的帧 头位置, 即确定了时间 同步的位置即可找到基带信号的帧头;

所述滑动计算的结果中的最大值为: 若本次读取的长度大于 2N 的基带信号 计算后, 没有得到最大值, 则从本次读取的基带信号之后再次读取长度大 于 2N的基带信号, 直至得到滑动计算的结果中的最大值为止; 其中, 最大值可 以为根据滑动计算的结果是否大于预置的门限 值来确定, 比如, 可以预置该 门限值为 0.9;

N表示同步数据块中 B或 C同步序列的长度; 为光发信机产生同步数据 块时所用的二元序列, 光收信机中使用光发信机相同的方法产生该序 列, 长 度与光发信机中相同, 为 N;

所述滑动计算可以包括以下计算步骤:

P x (m)^ ∑ ^(k)x(k + N 12)r x (m + k)r^ (m + k + N/2) ,

k

P» ^ x(k)x(k + N/2)r 2 (m + k)r^(m + k + N/2);

k

Ί 、

M Λ/Ί (m) = \Ρ 1 )\ + 1^ 2 (^)1

R ) ^) ; 所述时间同步的位置为 ( )值最大的数据 m 处, 可以表示为: d = arg max(M(m)) 步骤 203: 光收信机对同步后的基带信号进行频率偏差估 计, 根据频率 偏差估计结果消除频率偏差, 获得消除频率偏差后的基带信号。

这里, 所述频率偏差估计可以为: 利用步骤 202中自身产生的长度为 N 的 对从同步后的基带信号的帧头位置起读取的长 度大于 2N的数据进行 相关计算, 带入不同的频率进行计算, 得到结果中的最大值所对应的频偏值 即为最终获得的频率偏差估计值;

其中, 所述相关计算可以使用公式:

r(N- k)r" (N + k)x(N - k)x(N + k) , .。 、

Ti \r(N-k)r (N + k)\ . =— argmax{|0( )| 2 }

所述最大值对应的频偏值可以表示为: 2 J J ·, 所述根据频率偏差估计结果消除频率偏差为已 有技术, 可以包括: 使用计算 出的频率偏差估计值对接收到的同步后的基带 信号进行频率调整, 得到频率 调整后的基带信号。

进一步的, 用户若需要更精确的频率偏差估计, 则可设置对上述经过一次消 除频率偏差后的基带信号进行第二次频率偏差 估计, 再根据频率偏差估计结 果消除频率偏差 , 获得消除频率偏差后的基带信号。

其中, 所述第二次频率偏差估计使用公式: 带入不同的频率进行计算, 再将得

N

f =― argmax{|0( )| }

到结果中的最大值利用公式 2 5 / 11 计算出第二次频率偏差估计

步骤 204: 光收信机对消除频率偏差后的基带信号进行信 道估计 ( 这里, 所述消除载波频率偏差后的基带信号可以表示 为:

1=0

w(ri) +

1=0 w = 0,l,... 1 所述进行信道估计包括: 光收信机按照光发信机产生 UW序列的方式产 生长度为 M的 UW序列,利用自身产生的 UW序列与消除载波频率偏差后的 基带信号做相关计算, 获取信道估计结果;

其中, 所述相关计算可以使用以下公式:

-1 -1 -1 L—1

^r x (n + k)u (k) = ^w l (n + k)u + (l)u x (n + k-l) +J 2 (l)u 2 (n + k— l)]u x (k) , k 0 k Q k 0 0

^r x (n + k)u (k) = ^w l (n + k)u + (l)u x (n + k-l) +J 2 (l)u 2 (n + k— l)]u 2 (k) k 0 k 0 k 0 0

r 2 (n + k)u (k) = w 2 (n + k)u (k) + [h 2l (l)u x (n + k-l) +// 22 (l) 2 (n k— /)]/* (k) k 0 k 0 k 0 0

r 2 (n + k)u (k) = w 2 (n + k)u (k) + ^ ^ [h 2l (l)u } (n + k-l) +// 22 (l) 2 (n k— /)]/* (k) k 0 k 0 k 0 0 其中, 为光收信机产生的 UW序列, 长度为 M; 如果一个偏振态上的 UW序列相对于另一个偏振态上的 UW序列的循环 移位 d满足 ≤t <M/2 _ ( — D则:

^u^n + k- l)u x 二 0, w≠ /, w, /二 0, 1,…, - 1

Z^O + H)^)二 0,",/二 0,1,…, - 1

^u 2 (n + k- l)u x (k) = 0, ^/二0,1,..., -1

^u 2 (n + k- l)u (k) = 0, w≠ /, / = 0, 1,…, - 1

设 h〗 = [ … Α(Ζ_1),/¾ 2 (0),...,/¾ 2 ( — 1)] Γ ,

h 2 =[/; 21 (0),...,/; 21 (Z-l),/; 22 (0X...,/; 22 (Z-l) ,

i + L- l)u 2 (k)

Ύ2 (k + L- l)u 2 (k) w, = ∑ ^ (k * (k), ...^w^k + L- l)u x (k Z w x (k)u 2 (k ...^w^k + L- l)u 2 (k)

w n = ∑ ^ 2 (k)u x (k\ ...^w^k + L- l)u x (k\ Z w 2 (k)u 2 (k\ ...^w^k + L- l)u 2 (k)

可得: h, (y, -w,) , h 7 =— (y 9 -w 7 ) ;

1 M l 2 M 2> 其中, h i、 表示两个偏振态的信道冲击响应函数, y,、 y 2 表示两 个偏振态的基带信号与 UW序列相关计算的结果, Wl 、 w 2 表示两个偏 振态中的噪声;

当上述公式中 Wl 、 ^为零时, 所得的 、 ^为两个偏振态分别对应的 信道估计, 可以表示为: = ^ 。

M , 如图 6所示, 本发明提供了一种基于 SC-FDE的信号处理系统, 该系统 包括: 光发信机 21和光收信机 22; 其中,

光发信机 21 ,用于产生 UW序列和同步数据块,用 UW序列组成数据帧, 用同步数据块和数据帧组成超级帧, 将超级帧作为基带信号发送给光收信机 22;

光收信机 22, 用于接收到光发信机 21发来的基带信号后, 利用同步数 据块对接收到的超级帧做滑动计算进行时间同 步, 再利用 UW序列进行信道 估计。

所述光发信机 21, 具体用于使用二元序列组成 UW序列, 可以根据以下 条件选定二元序列:

M . +. k = 0

-1

u(n)u((n + k) mod ): 4-M ....... k=M/2; 其中, 为 UW序列, M为 0 0 else

UW序列的长度, Λ = Ο,Ι,..., -Ι; u(n)e{+\,-\], « = 0,1,..., -1;

该 序列的长度是 4的倍数;

中的第 M/ 2 _l个和第 M-1个设置为 -1;

序列的前半部分与后半部分呈互补关系:

u{ri) =—u{n+MI2、,n = Q,...,MI2— 2。

所述光发信机 21, 具体用于产生同步数据块时, 产生 L个符号长的二元 序列 ")作为 A同步序列,在产生长为 N的二元序列 ¾ ^( 作为 B和 c同步 序列;

其中, = 为长度为 N的二元序列, 选定 的二元 序列的条件与产生 UW序列时的条件相同为: N +….. k = 0

w— 1

x(ri)x({n + k) mod N) = 4-N ....... k = N/2; N为 的长度, k = 0,\,...,N-\

0 else

x(n)e{+\,-\}, n = 0 ...,N-\;

x(«)序列的长度是 4的倍数;

中的第 N/2-1个和第 N-1个设置为 -1;

序列的前半部分与后半部分呈互补关系: x(i) =—x( i + N 12、,n = Q, ...,Ν 12— 2 可以根据条件 选定。 所述光发信机 21 , 具体用于将长度为 M的相同的两个 UW分别添加在 Data的前后端, 组成一个数据帧; 将同步数据块添加在多个数据帧之前组成 超级帧。

所述光发信机 21 具体用于根据现有技术产生两个不同偏振态的 基带信 号, 所以在产生一个超级帧的同时, 还会以同样的方法产生另一个偏振态的 UW序列和同步数据块, 用 UW序列和所要发送的 Data组成数据帧, 用一个 同步数据块和多个数据帧组成超级帧; 其中, 所述另一个偏振态 UW序列可 以为两个偏振态中的另一个的 UW序列的 ^次循环移位; 所述另一个偏振态 的同步数据块与两个偏振态中的一个同步数据 块相同。

所述光发信机 21, 还用于将超级帧作为基带信号, 将基带信号调制后发 送给光收信机 22; 相应的, 所述光收信机 22, 还用于接收光发信机 21发来 的调制信号, 对调制信号解调得到基带信号。

所述光收信机 22, 具体用于分别从解调得到的两个偏振态的基带 信号中 任意一比特数据开始读取长度大于 2Ν 的数据作为同步计算信号; 利用自身 产生的长度为 Ν的 对上述读取的同步计算信号进行滑动计算; 滑动计算 的结果中的最大值所对应的解调后的基带信号 数据即为时间同步的位置; 其中, Ν表示同步数据块中 B或 C同步序列的长度; 为光发信机 21 产生同步数据块时所用的二元序列, 光收信机 22中使用光发信机 21相同的 方法产生该序列, 长度与光发信机 21中相同为 N;

所述滑动计算可以包括以下计算步骤:

P x (m)^ ∑ ^(k)x(k + N 12)r x (m + k)r^ (m + k + N/2) ,

k

P» ^ x(k)x(k + N/2)r 2 (m + k)r^(m + k + N/2);

k

R x (m)^ ^ \r x (m + k + N I2) R^m二 ^ \r (m + k + N 12)

k k 、

M Λ/ΊΊ (m) = \Ρ 1 )\ + 1^ 2 (^)1

R ) ^) ; 所述时间同步的位置为 ( )值最大的数据 m 处, 可以表示为: d = arg max(M(m)) 所述光收信机 22, 还用于同步后的基带信号进行频率偏差估计, 根据频 率偏差估计结果消除频率偏差 , 获得消除频率偏差后的基带信号。

所述光收信机 22, 具体用于进行频率偏差估计时, 利用自身产生的长度 为 N的 对从同步后的基带信号的帧头位置起读取的长 度大于 2N的数据 进行相关计算, 带入不同的频率进行计算, 得到结果中的最大值所对应的频 偏值即为最终获得的频率偏差估计值; 其中, 所述相关计算可以使用公式:

^ r(N- k)r" (N + k)x(N - k)x(N + k) , .。 、

Ti \r(N-k)r (N + k)\ . =— argmax{|0( )| 2 }

所述最大值对应的频偏值可以表示为: 2 、…, /表示频 率偏差值。

进一步的, 用户若需要更精确的频率偏差估计, 则对上述经过一次消除 频率偏差后的基带信号进行第二次频率偏差估 计, 再根据频率偏差估计结果 消除频率偏差, 获得消除频率偏差后的基带信号 (

其中, 所述第二次频率偏差估计使用公式: 带入不同的频率进行计算, 再将得

N

f =― argmax{|0( )| }

到结果中的最大值利用公式 2 5 / 11 计算出第二次频率偏差估计 所述光收信机 22, 具体用于对消除载波频率偏差后的基带信号进 行信道 估计;

其中, 所述消除载波频率偏差后的基带信号可以表示 为:

/))

w(ri) +

r 2 (n)

∑ Φ 2 (l)s, ("_/) + h 22 (l)s 2 (n - /))

w = 0,l,... 1 所述光收信机 22 , 具体用于按照光发信机 21产生 UW序列的方式产生 长度为 M的 UW序列,利用自身产生的 UW序列与消除载波频率偏差后的基 带信号做相关计算, 获取信道估计结果;

其中, 所述相关计算可以使用以下公式:

^r x (n + k)u (k) = ^w l (n + k)u + (l)u x (n + k-l) +J 2 (l)u 2 (n + k— l)]u x (k)

^r x (n + k)u (k) = ^w l (n + k)u + (l)u x (n + k-l) +J 2 (l)u 2 (n + k— l)]u 2 (k) r 2 (n + k)u (k) = w 2 (n + k)u (k) + [h 2l (l)u x (n + k-l) +// 22 (l) 2 (n k— /)]/* (k)

^ r 2 (n + k)u (k) = w 2 (n + k)u (k) + ^ ^ [h 2l (l)u } (n + k-l) +// 22 (l) 2 (n k— /)]/* (k)

其中, 为光收信机 22产生的 UW序列, 长度为 M;

如果一个偏振态上的 UW序列相对于另一个偏振态上的 UW序列 的循环移位 d HL≤d<M/2H

^u^n + k- l)u x (A)二 0, w≠ /, w, /二 0, 1,…, - 1

Z^O + H)^)二 0,",/二 0,1,…, - 1

设 h〗 = [ ...,/^_ι),/¾ 2 (ο),...,/^—ι)] Γ ,

h 2 i + L- l)u 2 (k) y 2 (k + L- l)u 2 (k) w, = ∑ ^ (k)u x (k), ...^w^k + L- l)u x (k Z w x (k)u 2 (k ...^w^k + L- l)u 2 (k)

w n = ∑ ^ 2 (k)u x (k\ ...^w^k + L- l)u x (k\ Z w 2 (k)u 2 (k\ ...^w^k + L- l)u 2 (k) 其中, h i、 表示两个偏振态的信道冲击响应函数, y,、 y 2 表示两 个偏振态的基带信号与 UW序列相关计算的结果, Wl 、 w 2 表示两个偏 振态中的噪声; 当上述公式中 Wl 、 ^为零时, 所得的 h i、 为两个偏振 态分别对应的信道估计, 可以表示为: h l = ^"( y Wl )

两个偏振态分别对应的信道估计为: =丄 ii 2 =^y 2

M , M 所述光发信机 21包括:发送信号处理模块 211和光调制模块 212;其中, 发送信号处理模块 211, 用于产生 UW序列和同步数据块, 用 UW序列 组成数据帧, 用同步数据块和数据帧组成超级帧, 将超级帧发送给光调制模 块 212;

光调制模块 212, 用于接收发送信号处理模块 211发来的超级帧作为基 带信号, 将基带信号调制后发送给光收信机 22

所述发送信号处理模块 211, 具体用于使用二元序列组成 UW序列, 可 以根据以下条件选定二元序列:

1 = 0

-1

^ u(n)u((n + k) mod ) = .k=M/2; 其中, 为 UW序列, M为 0

else

UW序列的长度, Λ = Ο,Ι,..., -Ι;

u(n)e{+\,-\], « = 0,1,..., -1;

该 序列的长度是 4的倍数;

中的第 M/ 2 _l个和第 M-1个设置为 -1;

序列的前半部分与后半部分呈互补关系:

u{ri) =—u{n+MI2、,n = Q,...,MI2— 2。 所述发送信号处理模块 211, 具体用于产生同步数据块时, 产生 L个符 号长的二元序列 5 (")作为 A同步序列, 在产生长为 N的二元序列 作为 B和 C同步序列;

其中, = 为长度为 N的二元序列, 选定 的二元 序列的条件与产生 UW序列时的条件相同为:

N + .. k = 0

N-\

^ χ(ή)χ((η + k) mod N) = 4-N ....... k = N/2; N为 的长度, k = 0,\,...,N-\ 0 0 else

x(n)e{+\,-\}, n = 0 ...,N-\;

x(«)序列的长度是 4的倍数; 中的第 N/ 2 - 1个和第 N-l个设置为 -1 ;

序列的前半部分与后半部分呈互补关系: x( i) =—x( i + N 12、,n = Q, ..., Ν 12— 2 可以根据条件 选定。 所述发送信号处理模块 211 , 具体用于将长度为 M的相同的两个 UW分 别添加在 Data的前后端, 组成一个数据帧; 将同步数据块添加在多个数据帧 之前组成超级帧。

所述发送信号处理模块 211 , 具体用于根据现有技术产生两个不同偏振 态的基带信号, 所以在产生一个超级帧的同时, 还会以同样的方法产生另一 个偏振态的 UW序列和同步数据块,用 UW序列和所要发送的 Data组成数据 帧, 用一个同步数据块和多个数据帧组成超级帧; 其中, 所述另一个偏振态 UW序列可以为两个偏振态中的另一个的 UW序列的 d次循环移位。

所述光收信机 22, 包括: 接收信号处理模块 221和光解调模块 222; 其 中,

光解调模块 222, 用于接收光发信机 21发来的调制信号, 对调制信号解 调得到基带信号, 将解调后的基带信号发送给接收信号处理模块 221 ;

接收信号处理模块 221 , 用于接收到光解调模块 222发来的基带信号后 , 利用同步数据块对接收到的超级帧做滑动计算 进行时间同步, 再利用 UW序 列进行信道估计。

所述接收信号处理模块 221 , 具体用于分别从解调得到的两个偏振态的 基带信号中任意一比特数据开始读取长度大于 2Ν的数据作为同步计算信号; 利用自身产生的长度为 Ν的 对上述读取的同步计算信号进行滑动计算; 滑动计算的结果中的最大值所对应的解调后的 基带信号数据即为时间同步的 位置;

其中, Ν表示同步数据块中 B或 C同步序列的长度; 为光发信机 21 产生同步数据块时所用的二元序列, 光收信机 22中使用光发信机 21相同的 方法产生该序列, 长度与光发信机 21中相同为 N

所述接收信号处理模块 221, 还用于对同步后的基带信号进行频率偏差 估计, 根据频率偏差估计结果消除频率偏差, 获得消除频率偏差后的基带信 号。

所述接收信号处理模块 221 , 具体用于进行频率偏差估计时, 利用自身 产生的长度为 N的 从同步后的基带信号的帧头位置起读取的长度 大于 2N 的数据进行相关计算, 带入不同的频率进行计算, 得到结果中的最大值所对 应的频偏置即为最终获得的频率偏差估计值;

进一步的, 用户若需要更精确的频率偏差估计, 则可设置对上述经过一 次消除频率偏差后的基带信号进行第二次频率 偏差估计, 再根据频率偏差估 计结果消除频率偏差, 获得消除频率偏差后的基带信号; 其 中 , 所 述 第 二 次 频 率 偏 差 估 计 使 用 公 式 :

Φ( )

带入不同的频率进行计算, 再将得到结 =— argmax{| 0( ) | 2 }

果中的最大值利用公式 2 5 / 11 计算出第二次频率偏差估计值。 所述接收信号处理模块 221 , 具体用于根据频率偏差估计的结果消除载 波频率偏差后, 对消除载波频率偏差后的基带信号进行信道估 计。

所述接收信号处理模块 221,具体用于按照光发信机 21产生 UW序列的 方式产生长度为 M的 UW序列,利用自身产生的 UW序列与消除载波频率偏 差后的基带信号做相关计算, 获取信道估计结果。

以上所述, 仅为本发明的较佳实施例而已, 并非用于限定本发明的保护 范围。 工业实用性 本发明实施例所提供的基于 SC-FDE的信号处理方法、 装置及系统, 具 有以下的优点和特点: 光发信机产生的 UW序列使用二元序列, 由于二元序 列比 CAZAC序列简单, 所以光发信机中不需要使用高端且复杂的 DAC, 从 而能简化光发信机硬件设备及降低光发信机的 成本。

另外, 本发明实施例在光收信机中利用自身产生的同 步数据块对接收到 的超级帧做滑动计算进行时间同步, 由于同步数据块在一个超级帧中只有一 个, 如此, 比现有方法中根据每个数据帧有两个相同的 UW序列进行同步更 为准确; 且使用滑动计算能够避免 Schmidl同步计算相关峰不够尖锐的问题, 以及滑动计算比 Schmidl同步计算更为精确;

本发明实施例光收信机中使用了相关计算获得 信道估计值, 相关计算能 够与现有方法中使用的最大似然估计法相比, 相关计算不需要进行逆矩阵运 算, 具有运算量小,占用资源少的优势。