專利名稱：一種基于疊加訓(xùn)練序列光ofdm系統(tǒng)及其幀同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及光正交頻分復(fù)用(0 OFDM)系統(tǒng)及其一種基于疊加訓(xùn)練序列的幀同步方法。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)帶來的是對傳輸網(wǎng)絡(luò)容量和傳輸帶寬需求的劇增，人們開始考慮對現(xiàn)有的光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行升級。由于OFDM技術(shù)具有高頻譜效率的優(yōu)勢在無線通信系統(tǒng)中運用取得了巨大的成功，因此人們提出了將OFDM調(diào)制技術(shù)用于光纖鏈路傳輸?shù)乃枷氩⑶医?jīng)過實驗數(shù)據(jù)證明OFDM信號能夠有效地對抗光纖中的色度色散和偏振模色散，使用單抽頭均衡器進(jìn)行頻域均衡，可以最大限度地利用光鏈路的頻譜資源。 0 OFDM結(jié)合了光纖通信的優(yōu)勢和OFDM調(diào)制技術(shù)的的特點，可以構(gòu)造出高速率、高容量和低成本的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，并且具有較強(qiáng)的信道容量擴(kuò)展性，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)上可很好地升級和過度。因此，對0 OFDM通信系統(tǒng)進(jìn)行研究促進(jìn)光通信長遠(yuǎn)發(fā)展有重要的現(xiàn)實意義。同時，OFDM系統(tǒng)也存在很多缺點，對同步比較敏感。同步技術(shù)作為正交頻分復(fù)用 (OFDM)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，幀同步是OFDM信號解調(diào)過程中確定快速傅里葉變換(FFT) 窗口的起始位置，實現(xiàn)信息能夠正確解調(diào)，保證整個通信系統(tǒng)可靠性的基本前提，也是進(jìn)行后續(xù)頻偏估計的重要保證。因此，一種高效的幀同步算法在高速率的0 OFDM系統(tǒng)中也顯得至關(guān)重要，也是推進(jìn)OFDM技術(shù)在光通信系統(tǒng)中實用化的決定性因素之一。0 OFDM思想最早在2005年由N. E. Jolley和J. M. Tang等人在0FC2005會議上提出，目前基于OFDM的高速率光傳輸系統(tǒng)主要包括直接探測光OFDM (DDO OFDM)系統(tǒng)和相干檢測光OFDM (CO OFDM)系統(tǒng)。DDO OFDM系統(tǒng)指接收端采用光電探測器進(jìn)行直接檢測，而 CO OFDM系統(tǒng)接收端采用本地激光器進(jìn)行相干檢測。相比之下，DDO OFDM系統(tǒng)相對比較簡單、性價比較高。雖然0 OFDM系統(tǒng)的理論已被提出，但至今對相關(guān)的0 OFDM系統(tǒng)中的同步技術(shù)研究較少，主要引用無線信道下的同步算法。其中，有部分文獻(xiàn)涉及無線光OFDM系統(tǒng)中同步問題，如S. Tianj K. Pantaj et al. A novel timing synchronization method for AC0-0FDM-based optical wireless communicat- -ions[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2007，7(12) :4958-4967.在光纖通信系統(tǒng)中，有文獻(xiàn) Xiaoyong Haoj Kun Qiuj et al. On the Timing Synchronization Methods for Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing(00FDM) Systems: Comparisons and Improvement[A]. Communications and Photonics conference and Exhibition 2009 ACP[C], Asia, 2009.。但這些均屬于數(shù)據(jù)輔助類串行序列同步方法，一方面降低了系統(tǒng)的頻譜效率，而且還降低了發(fā)射機(jī)功率效率。因此，為了克服現(xiàn)有0 OFDM系統(tǒng)及其同步技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種基于疊加訓(xùn)練序列OFDM系統(tǒng)及其幀同步方法，該系統(tǒng)及其同步方法屬于數(shù)據(jù)輔助類并行序列方式，可以提高系統(tǒng)的有效性，提高發(fā)射機(jī)功率效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種新的0 OFDM系統(tǒng)及其幀同步方法，來克服現(xiàn)有0 OFDM 系統(tǒng)及其同步技術(shù)的不足。該系統(tǒng)可以提高0 OFDM系統(tǒng)的頻譜利用率，有效地提高發(fā)射機(jī)功率效率；同時設(shè)計的訓(xùn)練序列具有強(qiáng)自相關(guān)性和弱互相關(guān)性，在不需要其它導(dǎo)頻信息的情況下，與本地訓(xùn)練序列相關(guān)后，能夠獲得單一、尖銳的峰值，旁瓣極少，使得接收端可以通過簡單的門限判斷就能可以快速、精確實現(xiàn)系統(tǒng)同步，保證信息的正確解調(diào)。為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，以下對一些專用術(shù)語進(jìn)行描述 OFDM 正交頻分復(fù)用；
0 OFDM 光正交頻分復(fù)用； OLT 光線路終端； OUN 光網(wǎng)絡(luò)終端；
IFFT/FFT 逆快速傅里葉變換/快速傅里葉變換； PAPR 峰值平均功率比。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的0 OFDM系統(tǒng)及其幀同步方法，克服了現(xiàn)有0 OFDM系統(tǒng)及其同步方法的一些不足，其主要特點在于
1)將無線信道下研究熱點的疊加訓(xùn)練序列思想成功運用于構(gòu)建0OFDM系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的頻譜利用率和發(fā)射機(jī)功率效率方面得到有效的提高；
2)對于幀同步方法是建立在疊加訓(xùn)練序列的基礎(chǔ)上實現(xiàn)，不需要其它的導(dǎo)頻輔助信息，僅需在發(fā)射端將特殊設(shè)計的訓(xùn)練序列線性疊加在數(shù)據(jù)OFDM符號上，在接收端利用本地訓(xùn)練序列與處理后的接收信號進(jìn)行相關(guān)，獲取有效的同步信息。本發(fā)明提出的基于疊加訓(xùn)練序列0 OFDM系統(tǒng)其特征在于實現(xiàn)過程為
首先，OLT中數(shù)據(jù)OFDM信號產(chǎn)生模塊由星座圖映射后的復(fù)數(shù)信號進(jìn)行厄米特共軛對稱，經(jīng)過IFFT后為時域雙極性信號，再通過非均勻限幅處理，最終得到適合光OFDM系統(tǒng)傳輸?shù)膯螛O性實信號；
其次，將設(shè)計好的特殊訓(xùn)練序列和數(shù)據(jù)OFDM信號通過功率分配模塊，完成訓(xùn)練序列符號與數(shù)據(jù)符號的線性疊加，且疊加在一個完整的數(shù)據(jù)OFDM符號上，形成基帶信號，通過光調(diào)制模塊將電域信號轉(zhuǎn)換成光域信號并進(jìn)入光纖信道中傳輸；
最后，在接收端通過光解調(diào)模塊、信道估計模塊、訓(xùn)練序列與數(shù)據(jù)分離模塊和OFDM接收模塊實現(xiàn)信號的正確解調(diào)。本發(fā)明方法的特征在于對訓(xùn)練序列構(gòu)造處理過程如下
假設(shè)所要設(shè)計的訓(xùn)練序列長度為N，根據(jù)以下步驟可以構(gòu)造出單極性實訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)步驟1 設(shè)計一個自相關(guān)性良好的序列A，長度為L，且L N，N=mL, m能被N整除； 步驟2 將序列A進(jìn)行長度為L點的IFFT后，得序列為B ； 步驟3 取長度為L的序列B的實部或者虛部作為序列C ； 步驟4 將雙極性序列C變成單極性序列D ；
步驟5:將D進(jìn)行簡單的重復(fù)m/2次，形成序列EJP :EN/2=[D D- D]； 步驟6 對序列E進(jìn)行鏡像變換得到序列F ；
步驟7 將原序列E和鏡像序列F構(gòu)成長度為N的訓(xùn)練序列T，即Tn=[En/2Fn/2]。本發(fā)明方法提出的基于疊加訓(xùn)練序列幀同步方法主要是基于對接收信號的處理、
5特殊訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)和序列與接收信號之間的互相關(guān)性。處理后的接收信號包含了原有訓(xùn)練序列的兩倍的信息量，再利用本地訓(xùn)練序列與處理后的接收信號進(jìn)行相關(guān)運算，當(dāng)本地訓(xùn)練序列與處理后的接收信號中包含的訓(xùn)練序列信息位完全重合時，此時目標(biāo)相關(guān)函數(shù)會出現(xiàn)最大的峰值，具體處理過程如下
步驟8 移位截取長度為N的接收信號iYW進(jìn)行變換得到新的接收信號ζ命」，變換公式為
權(quán)利要求
1.一種基于疊加訓(xùn)練序列光OFDM系統(tǒng)及其幀同步方法，其特征在于系統(tǒng)主要由光線路終端(OLT)和光網(wǎng)絡(luò)終端(ONU)組成，其中OLT主要包括訓(xùn)練序列產(chǎn)生模塊、厄米特共軛對稱模塊、數(shù)據(jù)OFDM信號產(chǎn)生模塊、訓(xùn)練序列與數(shù)據(jù)OFDM信號疊加模塊、DAC模塊、光調(diào)制模塊；OUN主要包括光解調(diào)模塊、OFDM信號接收模塊、ADC模塊、信道估計模塊、訓(xùn)練序列與數(shù)據(jù)符號分離模塊，采用疊加訓(xùn)練序列實現(xiàn)幀同步，可以提高系統(tǒng)的頻譜效率和發(fā)射機(jī)功率效率。
2.一種基于疊加訓(xùn)練序列光OFDM系統(tǒng)及其幀同步方法，其特征在于0LT端產(chǎn)生單極性實訓(xùn)練序列和OUN端實現(xiàn)系統(tǒng)幀同步過程OLT端產(chǎn)生訓(xùn)練序列的機(jī)理為假設(shè)所要設(shè)計的訓(xùn)練序列長度為N，根據(jù)以下步驟可以構(gòu)造出單極性實訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)， 步驟1設(shè)計一個自相關(guān)性良好的序列A，長度為L，且L N，N=mL, m能被N整除； 步驟2將序列A進(jìn)行長度為L點的逆快速傅里葉變換后，得序列為B ； 步驟3取長度為L的序列B的實部或者虛部作為序列C ； 步驟4將雙極性序列C變成單極性序列D ；步驟5將D進(jìn)行簡單的重復(fù)m/2次，形成序列EjP :EN/2=[D D…D]； 步驟6對序列E進(jìn)行鏡像變換得到序列F ；步驟7將原序列E和鏡像序列F構(gòu)成長度為N的訓(xùn)練序列T，即Tn=[En/2Fn/2]； OUN端實現(xiàn)幀同步算法的過程為系統(tǒng)幀同步算法主要基于對接收信號的處理、特殊訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)和序列與接收信號之間的互相關(guān)性，具體處理步驟如下步驟8截取長度為N的接收信號iYW進(jìn)行變換得到新的接收信號ζ命入變換公式為ΑΓ/2= ^^ ;r(w)+r{N— κτ 1)步驟9將得到的新序列與本地訓(xùn)練序列F進(jìn)行互相關(guān)，來獲取同步，幀同步函數(shù)可以表示為I ΛΓ/Μ.Corinji) = ~—+N !fi H^I *7M「AV21N、β B^D LbUIJ其中 力一個不包括循環(huán)前綴的OFDM符號長度，rf為整數(shù)，表示接收序列相對本地訓(xùn)練序列滑動位置.’β表示能量分配因子，且0<Α< . 5,/7為接收信號的采樣點數(shù)； 步驟10通過設(shè)定門限值，使目標(biāo)函數(shù)超過門限值的rf值判為幀同步位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于疊加訓(xùn)練序列光OFDM系統(tǒng)及其幀同步方法，其特征在于0LT中數(shù)據(jù)OFDM信號產(chǎn)生模塊由星座圖映射后的復(fù)數(shù)信號進(jìn)行厄米特共軛對稱，經(jīng)過逆快速傅里葉變換后為時域雙極性信號，再通過非均勻限幅處理，最終得到適合光OFDM系統(tǒng)傳輸?shù)膯螛O性實信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于疊加訓(xùn)練序列光OFDM系統(tǒng)及其幀同步方法，其特征在于能量分配因子可以根據(jù)疊加訓(xùn)練序列所具有的能量不同而不同，通過系統(tǒng)的誤碼率性能和所設(shè)計的幀同步算法的同步性能來權(quán)衡。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于疊加訓(xùn)練序列光OFDM系統(tǒng)及其幀同步方法，其特征在于幀同步算法不僅適用于基帶OFDM系統(tǒng)，而且適用于射頻OFDM系統(tǒng)；不僅適合于單模光纖長距離傳輸光OFDM系統(tǒng)，而且適合于多模光纖短距離傳輸光OFDM系統(tǒng)，以及任何以 OFDM調(diào)制技術(shù)的光通信系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的一種基于疊加訓(xùn)練序列光OFDM系統(tǒng)及其幀同步方法，其特征在于數(shù)據(jù)OFDM信號上所疊加的訓(xùn)練序列可以降低峰均比(PAPR)以及聯(lián)合信道估計，提高系統(tǒng)傳輸可靠性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于疊加訓(xùn)練序列光OFDM系統(tǒng)及其幀同步方法，該系統(tǒng)方案包括光線路終端(OLT)和光網(wǎng)絡(luò)終端(OUN)，其中OLT主要包括訓(xùn)練序列產(chǎn)生模塊、厄米特共軛對稱模塊、數(shù)據(jù)OFDM信號產(chǎn)生模塊、訓(xùn)練序列與數(shù)據(jù)OFDM信號疊加模塊、光調(diào)制模塊；OUN主要包括光解調(diào)模塊、OFDM信號接收模塊、信道估計模塊、訓(xùn)練序列與數(shù)據(jù)符號分離模塊。幀同步方法基于處理后的接收信號與本地訓(xùn)練序列相關(guān)獲得，可以避免接收端采用大量數(shù)據(jù)進(jìn)行盲同步而增加接收機(jī)設(shè)計的復(fù)雜度。同時，還公開了一種構(gòu)建自相關(guān)性訓(xùn)練序列方法。本發(fā)明涉及的系統(tǒng)及其幀同步方法可以有效的提高頻譜利用率和發(fā)射機(jī)的功率效率，具有設(shè)計原理簡單、實用性強(qiáng)、信號處理要求低等優(yōu)點。
文檔編號H04L27/26GK102291360SQ20111026264
公開日2011年12月21日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者戈勇華, 羅仁澤 申請人:西南石油大學(xué)