CN117176537A - 一种克服偏振模色散的方法、存储介质、电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种克服偏振模色散的方法，包括将OFDM符号在Alamouti编码的两个信号发射端经过两个符号周期发出，将两个信号发射端发出的两个符号周期的信号进行合并，并通过傅里叶逆变换得到时域信号；将时域信号依次进行加入循环前缀、并串变换、补零的操作后进入接收端；在接收端，依次对接收到的信号进行频偏补偿、利用施密特算法中的训练序列实现时间同步、相位噪声补偿、串并变换、去循环前缀、傅里叶变换的操作后得到解调信号。本发明提出的方案，结合OFDM符号的头部和尾部各去除一半循环前缀长度的数据，保证了信号受到PMD的影响较低，群时延提高时，本发明的方法的有效信噪比基本不受影响。

Description

一种克服偏振模色散的方法、存储介质、电子设备

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种克服偏振模色散的方法。

背景技术

无源光网络(PON)的发展历程可以追溯到20世纪90年代，当时出现了第一个PON标准：ATM-PON。随后，在2000年左右，出现了B-PON和G-PON等更高速的标准，它们提供了每秒1.25Gbps和2.5Gbps的下行速率。在2010年左右，XG-PON和XGS-PON等标准进一步提高了下行速率，分别为每秒10Gbps和40Gbps。目前，下一代PON标准——NG-PON2已经制定，它的下行速率将高达40Gbps。未来PON的发展趋势是进一步提高其速率和带宽，以满足日益增长的网络需求。例如，未来的PON标准可能要将下行速率提高到200Gbps，甚至更高。为实现这一目标，PON的技术将不断升级，包括改善光模块和探测器的性能、采用更高速率的光调制器、更高容量的信道复用器等。

要将PON的速率提高到200Gb/s及以上，必须采用相干通信技术。相干通信可以在更短的波长间隔和更高的调制速度下工作，这对于实现更高的数据传输速率至关重要。然而，传统的相干通信技术成本昂贵，使其难以在现实应用中得到广泛应用。因此，为了实现更高的速率和可扩展性，需要采用简化的相干光通信技术。简化的相干光通信技术使用低成本的硬件组件和软件算法，同时抑制噪声和失真等干扰因素，以实现更高质量的光信号传输。这些技术包括数字信号处理、高阶调制和前向纠错码等技术，可以提高系统的灵活性和容错性，并降低网络的成本。总之，未来的PON网络需要采用多种技术和方法，以实现更高效、更可靠、更经济的网络传输。简化的相干光通信技术将在此过程中扮演重要角色，以推动PON的可持续发展。

Alamouti编码是一种用于简化相干光通信的技术，它使用多个发射天线来发送相同的信号，然后利用接收信息的不同时间延迟，将它们合并成一个优质的信号。这种技术可以降低误码率，提高系统的可靠性和稳定性。然而，目前基于单载波Alamouti编码的技术存在一个很大的问题：它无法克服链路中PMD(Polarization Mode Dispersion)带来的影响。PMD是指光纤中光的偏振方向会随着时间和空间的变化而变化的现象，这会导致信号的失真和衰减，降低系统的传输性能。简化的相干光通信技术一般采用单一偏振光信号，无法有效地处理PMD信号的变化，从而限制了系统的性能。为了解决这个问题，一些新的技术被提出来，例如双偏振光通信、自适应光学抵消器等。这些技术可以在链路中对PMD进行实时处理和纠正，从而提高了光通信系统的可靠性和性能。同时，这些技术也需要更高的硬件和算法支持，使得成本和实现难度也进一步提高。综上所述，尽管Alamouti编码可以实现简化的相干光通信，但它无法克服链路中PMD带来的影响。因此，在实际应用中需要更加全面和多样化的技术和方法，以提高光通信系统的性能和可靠性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种克服偏振模色散的方法，包括以下步骤：

S1、获取相干光通信信号，经OFDM调制后，获得OFDM符号；

S2、将OFDM符号在Alamouti编码的两个信号发射端经过两个符号周期发出，将两个信号发射端发出的两个符号周期的信号进行合并，并通过傅里叶逆变换得到时域信号；

S3、将时域信号依次进行加入循环前缀、并串变换、补零的操作后进入接收端；

S4、在接收端，依次对接收到的信号进行频偏补偿、利用施密特算法中的训练序列实现时间同步、相位噪声补偿、串并变换、去循环前缀、傅里叶变换的操作后得到解调信号。

进一步地，步骤S2中将OFDM符号在Alamouti编码的两个信号发射端经过两个符号周期发出具体为：

在第一个符号周期内，两个OFDM符号x₁和x₂分别从发送端1和发送端2发出，在第二个符号周期内，发送端1发送 为x₂共轭的负数，发送端2发送 为x₁的共轭。

进一步地，步骤S3中加入循环前缀具体为：

将每个OFDM符号之后的一部分样点复制到OFDM符号的前面。

进一步地，步骤S4中施密特算法中的训练序列为：[A A A-A]，其中A为长度为L的重复序列。

进一步地，步骤S4中OFDM符号的头部和尾部各去除一半循环前缀长度的数据。

进一步地，步骤S4后还包括步骤：

S5、接收端利用得到的解调信号和发送端的信号对信道进行估计和补偿，还原出原始的信号。

本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种克服偏振模色散的方法的步骤。

本发明还提出一种电子设备，包括处理器和存储器，所述处理器与所述存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括计算机可读指令，所述处理器被配置用于调用所述计算机可读指令，执行上述一种克服偏振模色散的方法。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明提出的方案，在Alamouti编码的信号发射端中，在OFDM符号之间插入保护间隔，在接收端需要进行去除循环前缀的操作，将OFDM符号的头部和尾部各去除一半循环前缀长度的数据，得到的OFDM符号即为有效数据。保证了信号受到PMD的影响较低，群时延提高时，本发明的方法的有效信噪比基本不受影响。

附图说明

图1是本发明实施一种克服偏振模色散的方法的流程图；

图2是本发明实施例发送端示意图；

图3是本发明实施例接收端示意图；

图4是传统方法的循环前缀定位方法示意图；

图5是本发明实施例循环前缀定位方法示意图；

图6是本发明实施例改进方法和传统方法的有效信噪比对比图；

图7是本发明实施例一示例性实施例中的一种电子设备的框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

本实施例的一种克服偏振模色散的方法的流程图如图1，具体包括以下步骤：

S1、获取相干光通信信号，经OFDM调制后，获得OFDM符号。OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing)，即正交频分复用，是一种用于数字通信的调制技术，它将数据流分为多个子载波，每个子载波都以不同的频率传输数据，被广泛应用于现代数字通信系统中。OFDM符号是OFDM技术中的一个重要组成部分，它是在子载波上传输信息的基本单位。OFDM符号由一组正交的子载波组成，每个子载波上携带独立的信息。因为子载波之间正交，所以它们可以在同一频段上同时传输信息，从而实现了高效的频谱利用。OFDM符号通常使用快速傅里叶变换(FFT)来实现，将时域的数据序列转换为频域的子载波信号。

S2、将OFDM符号在Alamouti编码的两个信号发射端经过两个符号周期发出，确保数据的正确传输。在第一个符号周期T内，两个OFDM符号x₁和x₂分别从发送端1和发送端2发出；在第二个符号周期2T内，发送端1发送 为x₂共轭的负数，发送端2发送 为x₁的共轭。两个信号都分别经过了两个信道，获得了分集的效果，通过这种方式，接收端可以通过计算来检测和修复数据传输中可能出现的错误。将两个信号发射端发出的两个符号周期的信号进行合并，并通过傅里叶逆变换将信号从频域变为时域，进一步增强传输质量。

Alamouti编码的优势在于能够实现信号的两发一收，即通过两个发射端将信号合并成一个信号进行传输，接收端再将信号进行恢复与还原。

S3、将时域信号加入保护间隔即循环前缀对抗多径传输的影响，将每个OFDM符号之后的一部分样点复制到OFDM符号的前面；然后进行并串变换，将低速并联的OFDM符号转换为高速的串行信号；并对信号进行补零的操作来区别每一帧信号，完成发射端的数字信号处理过程。参考图2，图2是本发明实施例发送端示意图。

S4、在接收端，首先需要对信号进行频偏补偿，以消除发射机和接收机之间振荡器不匹配带来的采样时钟频率偏差；然后利用施密特算法中的[A A A-A]训练序列来实现时间同步，其中A为长度为L的重复序列；为了消除信号传输过程中产生的相位噪声，对信号进行相位噪声补偿；接下来进行串并变换，并将信号的头部和尾部各去除一半循环前缀长度的数据进行去循环前缀的操作。

进一步的实施例中，一共有200个OFDM符号，一个OFDM符号包含128个子载波，设定循坏前缀为8，将每个符号的后8个样点复制到符号前面，符号长度将变为136个，完成加入循环前缀的过程。

传统的去循坏前缀的方法是直接去掉头部的8个样点，本发明去循坏前缀的方法是去掉头部和尾部各4个样点。

最后经过傅里叶变换后，可以得到解调信号。

为了进一步提高信号的质量，在步骤S4后，还有步骤：

S5、接收端利用接收到的信号和发送端的信号对信道进行估计和补偿，还原出原始的信号。参考图3，图3是本发明实施例接收端示意图。

这样完成了从Alamouti编码后的信号到还原出原始信号的完整过程。

图4是传统方法的循环前缀定位方法示意图，描述了接收端对循环前缀定位的方式。在传统方式中，定位算法会定位在X偏振OFDM符号2的第一个样本处。由于PMD的影响，Y偏振OFDM符号2会收到Y偏振OFDM符号1的串扰，从而导致性能的下降。

图5是本发明的循环前缀定位方法示意图。在本发明中，定位算法会将OFDM符号的起始位置定位在循环前缀的范围内，这种方式就保证了信号在受到PMD干扰的情况下，X偏振和Y偏振OFDM符号2都没有受到前后OFDM符号的干扰(OFDM符号1和符号3)，保证了信号受到PMD的影响较低。

图6是采用改进的去循环前缀的方法和传统方法的对比图，由图6可知，在群延时增大时，改进方法的有效信噪比基本保持不变，而传统方法则明显下降。所以可以得出改进的去循环前缀的方法保证了信号受到PMD的影响较低，在图中可以观察到在将群时延从1ps提高到10ps的过程中，改进方法的有效信噪比基本不受影响，而传统方法的有效信噪比明显出现下降。

在一示例性实施例中，包括一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述一种克服偏振模色散的方法的步骤。

请参阅图7，在一示例性实施例中，还包括一种电子设备，包括至少一处理器、至少一存储器、以及至少一通信总线。

其中，存储器上存储有计算机程序，计算机程序包括计算机可读指令，处理器通过通信总线调用存储器中存储的计算机可读指令，执行上述一种克服偏振模色散的方法。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种克服偏振模色散的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取相干光通信信号，经OFDM调制后，获得OFDM符号；

S2、将OFDM符号在Alamouti编码的两个信号发射端经过两个符号周期发出，将两个信号发射端发出的两个符号周期的信号进行合并，并通过傅里叶逆变换得到时域信号；

S3、将时域信号依次进行加入循环前缀、并串变换、补零的操作后进入接收端；

S4、在接收端，依次对接收到的信号进行频偏补偿、利用施密特算法中的训练序列实现时间同步、相位噪声补偿、串并变换、去循环前缀、傅里叶变换的操作后得到解调信号。

2.根据权利要求1所述的一种克服偏振模色散的方法，其特征在于，步骤S2中将OFDM符号在Alamouti编码的两个信号发射端经过两个符号周期发出具体为：

在第一个符号周期内，两个OFDM符号x₁和x₂分别从发送端1和发送端2发出，在第二个符号周期内，发送端1发送为x₂共轭的负数，发送端2发送为x₁的共轭。

3.根据权利要求1所述的一种克服偏振模色散的方法，其特征在于，步骤S3中加入循环前缀具体为：

将每个OFDM符号之后的一部分样点复制到OFDM符号的前面。

4.根据权利要求1所述的一种克服偏振模色散的方法，其特征在于，步骤S4中施密特算法中的训练序列为：[A A A-A]，其中A为长度为L的重复序列。

5.根据权利要求1所述的一种克服偏振模色散的方法，其特征在于，步骤S4中去循环前缀具体为：OFDM符号的头部和尾部各去除一半循环前缀长度的数据。

6.根据权利要求1所述的一种克服偏振模色散的方法，其特征在于，步骤S4后还包括步骤：

S5、接收端利用得到的解调信号和发送端的信号对信道进行估计和补偿，还原出原始的信号。

7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一所述方法的步骤。

8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器与所述存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括计算机可读指令，所述处理器被配置用于调用所述计算机可读指令，执行如权利要求1-6任一项所述的方法。