信号处理方法及装置

摘要

本发明公开了一种信号处理方法及装置。其中，该方法包括：接收端接收来自发送端的携带有预先设置的统一训练码的信号；接收端根据统一训练码对信号分别进行离散傅里叶变换(DFT)窗口同步、频率同步及子载波恢复。通过本发明，使用同一种训练码即可实现对接收端的信号进行DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复，从而降低了正交频分复用(OFDM)的开销。

权利要求

1.一种信号处理方法，其特征在于，包括：接收端接收来自发送端的携带有预先设置的统一训练码的信号；

所述接收端根据所述统一训练码对所述信号分别进行离散傅里叶变换DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复；

其中，接收到所述信号中携带的所述统一训练码S满足以下公式：其中，m表示训练码的序号，θ为不等于kπ的任意角度，N为所述统一训练码的长度等于子载波数的2倍，x和y为两个正交偏振态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在接收端接收来自发送端的携带有预先设置的统一训练码的信号之前，包括：所述发送端将所述统一训练码插入需要传输的数据；

所述发送端将插入所述统一训练码后的所述数据通过数模转换器DAC进行转换；

所述发送端将转换得到的信号进行调制后经信道发送给所述接收端。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述接收端根据所述统一训练码对所述信号分别进行离散傅里叶变换DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复之后，包括：在所述信号经过偏振分割复用PDM调制的情况下，对所述信号进行偏振去旋转操作。

4.根据权利要求1或3所述的方法，接收端根据所述统一训练码对所述信号进行离散傅里叶变换DFT窗口同步，包括：根据以下公式对所述信号进行所述DFT窗口同步：其中，[rm,x,rm,y]T为模数转换器ADC采样得到的第m个样值；为估计出的同步位置；Max|d(·)表示滑动变量d使得表达式的值最大。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述接收端根据所述统一训练码对所述信号进行频率同步，包括：根据以下公式对所述信号进行所述频率同步：其中， 为频偏估计值，△f为ADC采样频率。

6.根据权利要求1所述的方法，在接收端根据所述统一训练码对所述信号进行子载波恢复，包括：根据以下公式计算子载波符号：

其中，Hxx,k为第k个子载波x发射机与x接收机之间的信道频域冲击响应，Hxy,k为第k个子载波x发射机与y接收机之间的信道频域冲击响应，Hyx,k为第k个子载波y发射机与x接收机之间的信道频域冲击响应，Hyy,k为第k个子载波y发射机与y接收机之间的信道频域冲击响应；

根据所述子载波符号对所述信号进行子载波恢复。

7.一种信号处理装置，其特征在于，包括：接收模块，用于接收来自发送端的携带有预先设置的统一训练码的信号；

处理模块，用于根据所述统一训练码对所述信号分别进行离散傅里叶变换DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复；

其中，所述接收模块接收到的所述信号中携带的所述统一训练码S满足以下公式：其中，m表示训练码的序号，θ为不等于kπ的任意角度，N为所述统一训练码的长度等于子载波数的2倍，x和y为两个正交偏振态。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：偏振去旋转模块，用于在所述信号经过偏振分割复用PDM调制的情况下，对所述信号进行偏振去旋转操作。

说明书

信号处理方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种信号处理方法及装置。

背景技术

[0002] 随着全世界经济和文化生活的发展，近几年通讯市场对带宽的需要快速增长。目前，100G系统已经几乎被商用，因此，业界逐渐将目光投向了Beyond 1T。对于Beyond 1T而言，在众多的候选技术中，偏振分级复用相干OFDM(orthogonal frequency division multiplexing，正交频分复用)系统(PDM-CO-OFDM)由于其卓越的频谱利用率、适合采用灵活网络配置方式的特点，日益受到学术界和业界的青睐。

[0003] 请参见图1，图1示出了一个典型的PDM-CO-OFDM系统，在发送端，需要传输的数据先进行串并转换(S→P)，然后，根据调制方式的需要进行符号映射(Symbol Map)，再插入训练码(Train Symbol)。经过离散傅里叶逆变换(IDFT)后进行并串转换(P→S)，再添加循环前缀(Cycle Prefix)，最后由数模转换器(DAC)输出射频(RF)信号。对于PDM(Polarization Division Multiplexing，偏振分割复用)方式，RF信号可以分别调制在两个偏振态上，再经过光通道进行发送。

[0004] 在接收端，对接收信号分别进行解调。解调后的RF信号经过DAC后首先进行DFT窗口同步，同步完成后去除循环前缀(Cycle Prefix)，然后进行串并转换(S→P)，再进行DFT，接着根据训练码(Train Symbol)进行频率同步和子载波恢复。对于PDM调制，还需要进行偏振的去旋转。至此，同步完成，进行符号判决(MIMO Process)，经过并串转换(P→S)后完成接收。

[0005] 由此可见，对于PDM-CO-OFDM系统的接收端，在进行符号判决之前需要经过三级复杂的同步，分别是：a、离散傅里叶变换(DFT)窗口同步；b、频率同步；c、子载波恢复。而且，对于PDM调制，还需要进行偏振的去旋转。为了进行同步和偏振去旋转，较为有效的方法是在发送端插入训练码，接收端根据已知的训练码进行同步和偏振去旋转。现有技术中，对于DFT窗口同步、子载波恢复及偏振去旋转，分别使用三种不同的训练码，但是，过多种类的训练码会增加OFDM的开销。

[0006] 针对相关技术中使用过多种类的训练码以进行DFT窗口同步、子载波恢复及偏振去旋转而导致的OFDM的频谱利用率过低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

[0007] 本发明的主要目的在于提供一种信号处理方法及装置，以至少解决上述问题。

[0008] 根据本发明的一个方面，提供了一种信号处理方法，包括：接收端接收来自发送端的携带有预先设置的统一训练码的信号；接收端根据统一训练码对信号分别进行离散傅里叶变换DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复。

[0009] 优选地，在接收端接收来自发送端的携带有预先设置的统一训练码的信号之前，包括：发送端将统一训练码插入需要传输的数据；发送端将插入统一训练码后的数据通过数模转换器DAC进行转换；发送端将转换得到的信号进行调制后经光通道发送给接收端。

[0010] 优选地，接收到信号中携带的统一训练码S满足以下公式：

[0011]

[0012] 其中，m表示训练码的序号，θ为不等于kπ的任意角度，N为所述统一训练码的长度等于子载波数的2倍，x和y为两个正交偏振态。

[0013] 优选地，在接收端根据统一训练码对信号分别进行离散傅里叶变换DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复之后，包括：在信号经过偏振分割复用PDM调制的情况下，对信号进行偏振去旋转操作。

[0014] 优选地，接收端根据统一训练码对信号进行离散傅里叶变换DFT窗口同步，包括：根据以下公式对信号进行DFT窗口同步：

[0015]

[0016]

[0017]

[0018]

[0019]

[0020] 其中，[rm，x，rm，y]T为模数转换器ADC采样得到的第m个样值，为估计出的同步位置，Max|d(·)表示滑动变量d使得表达式的值最大。

[0021] 优选地，接收端根据统一训练码对信号进行频率同步，包括：根据以下公式对信号进行频率同步： 其中， 为频偏估计值，Δf为ADC采样频率。

[0022] 优选地，接收端根据统一训练码对信号进行子载波恢复，包括：根据以下公式计算子载波符号：

[0023]

[0024]

[0025]

[0026]

[0027]

[0028] 其中，Hxx，k为第k个子载波x发射机与x接收机之间的信道频域冲击响应，Hxy，k为第k个子载波x发射机与y接收机之间的信道频域冲击响应，Hyx，k为第k个子载波y发射机与x接收机之间的信道频域冲击响应，Hyx，k为第k个子载波y发射机与y接收机之间的信道频域冲击响应。

[0029] 根据本发明的另一方面，提供了一种信号处理装置，包括：接收模块，用于接收来自发送端的携带有预先设置的统一训练码的信号；处理模块，用于根据统一训练码对信号分别进行离散傅里叶变换DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复。

[0030] 优选地，接收模块接收到的信号中携带的统一训练码S满足以下公式：

[0031]

[0032] 其中，m表示训练码的序号，θ为不等于kπ的任意角度，N为所述统一训练码的长度等于子载波数的2倍，x和y为两个正交偏振态。

[0033] 优选地，该装置还包括：偏振去旋转模块，用于在信号经过偏振分割复用PDM调制的情况下，对信号进行偏振去旋转操作。

[0034] 通过本发明，在PDM-CO-OFDM系统中，使用同一种训练码对接收端的信号进行DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复，解决了现有技术中必须使用三种不同的训练码对接收端的信号进行DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复导致OFDM频偏利用率降低的问题，进而达到了提高了OFDM的频偏利用率的效果。

附图说明

[0035] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0036] 图1是根据相关技术的PDM-CO-OFDM系统的示意图；

[0037] 图2是根据本发明实施例的信号接收方法流程图；

[0038] 图3是根据本发明优选实施例的信号流向示意图；

[0039] 图4是根据本发明优选实施例的信号接收流程图；

[0040] 图5是根据本发明实施例的信号接收装置的结构框图；

[0041] 图6是根据本发明优选实施例的信号接收装置的结构框图。

具体实施方式

[0042] 下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0043] 图2是根据本发明实施例的信号接收方法流程图，如图2所示，该方法主要包括以下步骤(步骤S202-步骤S204)：

[0044] 步骤S202，接收端接收来自发送端的携带有预先设置的统一训练码的信号；

[0045] 步骤S204，接收端根据统一训练码对信号分别进行离散傅里叶变换DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复。

[0046] 在实际应用中，在步骤S202之前，发送端可以将统一训练码插入需要传输的数据，再将插入统一训练码后的数据通过数模转换器DAC进行转换，最后将转换得到的信号进行调制后经光通道发送给接收端。

[0047] 其中，接收到信号中携带的统一训练码S需要满足以下公式：

[0048]

[0049] 其中，m表示训练码的序号，θ为不等于kπ的任意角度，N为所述统一训练码的长度等于子载波数的2倍，x和y为两个正交偏振态。

[0050] 在步骤S204中，接收端在根据统一训练码对信号进行离散傅里叶变换DFT窗口同步时，可以根据以下公式对信号进行DFT窗口同步：

[0051]

[0052]

[0053]

[0054]

[0055]

[0056] 其中，[rm，x，rm，y]T为模数转换器ADC采样得到的第m个样值；为估计出的同步位置；Max|d(·)表示滑动变量d使得表达式的值最大。

[0057] 接收端根据统一训练码对信号进行频率同步时，可以根据以下公式对信号进行频率同步： 其中， 为频偏估计值，Δf为ADC采样频率。

[0058] 接收端根据统一训练码对信号进行子载波恢复时，可以根据以下公式计算各子载波的信道频域冲击响应：

[0059]

[0060]

[0061]

[0062]

[0063]

[0064] 其中，Hxx，k为第k个子载波x发射机与x接收机之间的信道频域冲击响应，Hxy，k为第k个子载波x发射机与y接收机之间的信道频域冲击响应，Hyx，k为第k个子载波y发射机与x接收机之间的信道频域冲击响应，Hyx，k为第k个子载波y发射机与y接收机之间的信道频域冲击响应。

[0065] 在实际应用中，如果发送端在发送所述信号前，对该信号进行了偏振分割复用(PDM)调制，在步骤S204之后，接收端还可以对该信号进行偏振去旋转操作。

[0066] 图3是根据本发明优选实施例的信号流向示意图，如图3所示，接收端接收到信号后，首先对信号进行解调，将解调后的RF信号进行DAC转换，再进行DFT窗口同步，同步完成后，移除循环前缀(Cycle Prefix)，然后，进行串并转换(S→P)，并进行DFT。从经过DFT后的信号中将统一训练码(Train Symbol)移除，最后对信号进行信道估计。

[0067] 图4是根据本发明优选实施例的信号接收流程图，如图4所示，该流程主要包括：

[0068] S402，进行DFT窗口同步；

[0069] S404，根据公式M(d)＝|Rd，x/Sd，x|2+|Rd，y/Sd，y|2判断是否存在M(d)的最大值，如果存在，则执行S406，否则，执行S402；

[0070] S406，根据公式 进行频率同步；

[0071] S408，根据公式

[0072]

[0073]

[0074]

[0075]

[0076]

[0077] 进行子载波恢复；

[0078] 在上述流程中，其中：

[0079] 对应DFT窗口同步，训练码在经过IDFT后满足如下面公式(1)的关系：

[0080]

[0081] 其中，m表示训练码的序号，θ为不等于kπ的任意角度，N为所述统一训练码的长度等于子载波数的2倍，x和y为两个正交偏振态。

[0082] 设[rm，x，rm，y]T为接收端ADC采样得到的第m个样值，设接收端本振与发送端载波的频偏为foff，OFDM子载波间隔Δf，则接收信号如下面公式(2)所示：

[0083] 其中， 为信道的时域冲击响应。

[0084] 根据训练码前四分之一与第二个四分之一，第三个四分之一与第四个四分之一的相关性特点，将长度为N的接收数据等分成四段，第一段与第二段进行相关运算，第三段与第四段进行相关运算，因为传输的数据为随机信号，其相关性为0，因此只有此N个数据是训练码的情况下相关运算才能达到最大值。

[0085] M(dx)=|Rd，x/Sd，x|2(3.1)，

[0086] 由上述公式可知，当d变化使得M(dx)取最大值时，就可以获得DFT窗口同步位置；双偏振态时，可以对两个偏振态同时进行攻击然后取两个估值的平均，由此可以实现DFT窗口同步。

[0087] 对于频率同步，由式(3.2)可知信号经过DFT窗口同步后的关系如下公式(4)所示：

[0088] 由公式(4)可以得到频偏foff的估计值为如下公式(5)所示：

[0089] 双偏振态时，可以取两个估值的平均，由此，可以实现频率同步。

[0090] 对于子载波恢复，由式(1)可知，该训练码相当于在IDFT前加入的训练码为如下公式(6)：

[0091]

[0092]

[0093] 其中，[ck，x，1，ck，y，1]T为第一个OFDM训练码符号的k个子载波上加载数据，[ck，x，2，ck，y，2]T第二个OFDM训练码符号的k个子载波上加载数据。

[0094] 在补偿了频偏之后，接收信号满足如下公式(7)的关系：

[0095] 根据公式(7)对接收到的N个训练码数据的前N/2部分和后N/2部分分别进行DFT变换可以得到各子载波上的前后两个OFDM符号上的数据：

[0096]

[0097]

[0098] 将接收端各子载波上的数据与易知的发送端加载的数据进行比较可以得到信道频域的冲击响应：

[0099]

[0100] 采用上述实施例提供的信号接收方法，通过使用同一训练码对接收端的信号进行DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复，解决了现有技术中必须使用三种不同的训练码对接收端的信号进行DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复导致OFDM频偏利用率降低的问题，进而达到了提高了OFDM的频偏利用率的效果。

[0101] 图5是根据本发明实施例的信号接收装置的结构框图，该装置用于实现上述实施例提供的信号接收方法，如图5所示，该装置主要包括：接收模块10和处理模块20。其中，接收模块10，用于接收来自发送端的携带有预先设置的统一训练码的信号；处理模块20，连接至接收模块10，用于根据统一训练码对信号分别进行离散傅里叶变换DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复。

[0102] 优选地，接收模块10接收到的信号中携带的统一训练码S满足以下公式：

[0103]

[0104] 其中，m表示训练码的序号，θ为不等于kπ的任意角度，N为所述统一训练码的长度等于子载波数的2倍，x和y为两个正交偏振态。

[0105] 在实际应用中，优选地，处理模块20在根据统一训练码对信号进行离散傅里叶变换DFT窗口同步时，可以根据以下公式对信号进行DFT窗口同步：

[0106]

[0107]

[0108]

[0109]

[0110] 其中，[rm，x，rm，y]T为模数转换器ADC采样得到的第m个样值；为估计出的同步位置；Max|d(·)表示滑动变量d使得表达式的值最大。

[0111] 优选地，处理模块20在根据统一训练码对信号进行频率同步时，可以根据以下公式对信号进行频率同步： 其中， 为频偏估计值，Δf为ADC采样频率。

[0112] 优选地，处理模块20在根据统一训练码对信号进行子载波恢复时，可以根据以下公式计算各子载波信道的频域冲击响应：

[0113]

[0114]

[0115]

[0116]

[0117]

[0118] 图6是根据本发明优选实施例的信号接收装置的结构框图，如图6所示，该装置还可以包括：偏振去旋转模块30，连接至处理模块20，用于在信号经过偏振分割复用PDM调制的情况下，对信号进行偏振去旋转操作。

[0119] 采用上述实施例提供的信号接收装置，通过使用同一训练码对接收端的信号进行DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复，解决了现有技术中必须使用三种不同的训练码对接收端的信号进行DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复导致OFDM频偏利用率降低的问题，进而达到了提高了OFDM的频偏利用率的效果。

[0120] 从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：通过使用同一训练码对接收端的信号进行DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复，解决了现有技术中必须使用三种不同的训练码对接收端的信号进行DFT窗口同步、频率同步及子载波恢复导致OFDM频偏利用率降低的问题，进而达到了提高了OFDM的频偏利用率的效果。

[0121] 显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

[0122] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。