CN104904173B - 信号的调制及数字信息的恢复方法、通信设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种通信设备，包括：第一导频发生模块，用于将数字信息加载到载波信号上生成第一导频信号，所述载波信号的频率为f₁；第二导频发生模块，用于生成未加载数字信息的第二导频信号，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁；加法器，用于将所述第一导频信号和所述第二导频信号相加生成总导频信号；调制器，用于将所述总导频信号调制到需加载导频的信号中，得到加载了导频的信号。本发明实施例还提供了一种数字信息的方法及系统，采用本发明，可实时的计算出判决门限，恢复出数字信息，降低网络时延。

Description

信号的调制及数字信息的恢复方法、通信设备及系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种信号的调制及数字信息的恢复方法、通信设备及系统。

背景技术

随着WDM网络的大规模应用，为了实现WDM网络进行性能监测，出现了基于导频信号的WDM光网络状态监测方法，具体是：在每个波长信道调制上一个频率唯一的导频信号进行标识，在链路上或者波长穿通节点中使用分束器将一小部分光信号由光电探测器接收后，通过检测导频信号来识别相应的波长，并计算出相应波长信道的光功率。为了增强导频信号传递信息的能力，出现了在导频信号上进行数字调制的方法，在导频检测节点对调制后的导频信号进行解调，恢复出传递的数字信息。由于光信号上调制的导频信号比较微弱，导频信号的交流量与光信号的直流量会小于5％，导频信号的信噪比SNR非常小。

为了有效的恢复导频信号上调制的数字信息，现有技术采用的方案为：以一定长度的FFT窗口对携带数字信息的导频信号进行采样，然后通过判决门限来判断采样值，根据算法恢复出导频信号上调制的数字信息。对于判决门限的计算，由于采用ASK调制方式，在数字信息中存在符号0，出现符号0时就意味着没有导频，只有在符号1出现的时候才能检测到导频，因此要计算判决门限，需要对相当长的时间内确定一定数量的符号1，根据噪声水平和符号1上的导频强度才能计算出判决门限。在WDM网络中，一个导频检测节点会监测多个维度的光纤链路，因此导频检测的输入光纤会实时的切换，这样对于实时检测要求就非常高，按照目前计算判决门限的方法无法满足实时性的要求。

发明内容

本发明实施例提供了一种信号的调制及数字信息的恢复方法、通信设备及系统，可利用信号中携带的双导频信号，实时的计算判决门限，提高恢复数字信息的计算效率，降低时延。

本发明实施例第一方面提供了一种通信设备，包括：

第一导频发生模块，用于将数字信息加载到载波信号上生成第一导频信号，所述载波信号的频率为f₁；

第二导频发生模块，用于生成未加载数字信息的第二导频信号，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁；

加法器，用于将所述第一导频信号和所述第二导频信号相加生成总导频信号；

调制器，用于将所述总导频信号调制到需加载导频的信号中，得到加载了导频的信号。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，还包括：

频率分配模块，用于从预置的导频频率分配表中选取所述f₁和所述f₂分别分配给所述载波信号和所述第二导频信号。

结合第一方面或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系。

本发明实施例第二方面提供了一种通信设备，包括：

第一滤波模块，用于对加载了导频的信号进行滤波处理得到第一导频信号，所述第一导频信号由数字信息加载到载波信号上生成的，所述载波信号的频率为f₁；

第二滤波模块，用于对所述加载了导频的信号进行滤波处理得到第二导频信号，所述第二导频信号中未承载数字信息，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁；

第一模数转换模块，用于对所述第一导频信号进行模数转换得到第一数字信息；

第二模数转换模块，用于对所述第二导频信号进模数转换得到第二数字信息；

数字信息恢复模块，用于根据所述第二数字信息计算出判决门限，并利用所述判处门限从所述第一数字信息中恢复出所述数字信息。

结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述加载了导频的信号为加载了导频的电信号，所述通信设备还包括：

光电转换模块，用于在所述第一滤波模块和所述第二滤波模块滤波之前，将加载了导频的光信号转换为所述加载了导频的电信号。

结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，还包括：

放大模块，用于对所述加载了导频的电信号进行隔离直流和幅度放大处理后输入至所述第一滤波模块和所述第二滤波器模块。

结合第二方面至第二种可能的实现方式中的任一种，在第三种可能的实现方式中，所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系。

结合第二方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述第二模数转换模块的采样频率小于2f₂。

结合第二方面至第四种可能的实现方式中的任一种，在第五种可能的实现方式中，所述数字信息为二进制序列，所述数字信息恢复模块包括：

第一FFT单元，用于对所述第一数字信息进行快速傅里叶变换FFT处理得到第一频域序列；

第二FFT单元，用于对所述第二数字信息进行FFT处理得到第二频域序列；

第一功率计算单元，用于计算所述第一频域序列中频率f₁对应的第一信号功率；

第二功率计算单元，用于计算所述第二频域序列中频率f₂对应的第二信号功率和信噪比；

门限计算单元，用于根据所述第二信号功率和所述信噪比计算出判决门限；

数字信息恢复单元，用于根据所述判决门限对所述第一信号功率进行判决后恢复出所述数字信息。

结合第二方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述门限计算单元用于根据公式计算所述判决门限，其中，k为所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度的比值，P_th为判决门限，P₂为所述第二信号功率，N₂为所述第二导频信号的噪声功率，M为常数，0＜M＜1；

所述数字信息恢复单元用于若所述第一信号功率P₁＞P_th，则所述第一信号功率对应比特位的判决为1，若P₁≤P_th，判决为0。

本发明实施例第三方面提供了一种信号的调制方法，包括：

将数字信息加载到载波信号上生成第一导频信号，所述载波信号的频率为f₁；

生成未加载数字信息的第二导频信号，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁；

将所述第一导频信号和所述第二导频信号相加生成总导频信号；

将所述总导频信号调制到需加载导频的信号中，得到加载了导频的信号。

结合第三方面，在第一种可能的实现方式中，所述将数字信息加载到载波信号上生成第一导频信号的步骤之前，还包括：

从预置的导频频率分配表中选取所述f₁和所述f₂分别分配给所述载波信号和所述第二导频信号。

结合第三方面或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系。

本发明第四方面提供了一种数字信息的恢复方法，包括：

对加载了导频的信号进行滤波处理得到第一导频信号，所述第一导频信号由数字信息加载到载波信号上生成的，所述载波信号的频率为f₁；

对所述加载了导频的信号进行滤波处理得到第二导频信号，所述第二导频信号中未承载数字信息，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁；

对所述第一导频信号进行模数转换得到第一数字信息；

对所述第二导频信号进行模数转换得到第二数字信息；

根据所述第二数字信息计算出判决门限，并利用所述判处门限从所述第一数字信息中恢复出所述数字信息。

结合第四方面，在第一种可能的实现方式中，所述加载了导频的信号为加载了导频的电信号，所述对加载了导频的信号进行滤波处理得到第一导频信号的步骤之前，还包括：

将加载了导频的光信号转换为所述加载了导频的电信号。

结合第四方面或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系。

结合第四方面至第二种可能的实现方式中的任一种，在第三种可能的实现方式中，所述对所述第二导频信号进模数转换得到第二数字信息的步骤包括：

对所述第二导频信号进行欠采样处理得到第二数字信息，其采样频率小于2f₂。

结合第四方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述数字信息为二进制序列，所述根据所述第二数字信息计算出判决门限，并利用所述判处门限从所述第一数字信息中恢复出所述数字信息的步骤包括：

对所述第一数字信息进行快速傅里叶变换FFT处理得到第一频域序列；

对所述第二数字信息进行FFT处理得到第二频域序列；

计算所述第一频域序列中频率f₁对应的第一信号功率；

计算所述第二频域序列中频率f₂对应的第二信号功率和信噪比；

根据所述第二信号功率和所述信噪比计算出判决门限；

根据所述判决门限对所述第一信号功率进行判决后恢复出所述数字信息。

结合第四方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述根据所述第二信号功率和所述信噪比计算出判决门限；根据所述判决门限对所述第一信号功率进行判决后恢复出所述数字信息的步骤包括：

根据公式计算所述判决门限，其中，k为所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度的比值，P_th为判决门限，P₂为所述第二信号功率，N₂为所述第二导频信号的噪声功率，M为常数，0＜M＜1；

若所述第一信号功率P₁＞P_th，则所述第一信号功率对应的比特位判决为1，若P₁≤P_th，判决为0。

本发明实施例第五方面提供了一种通信设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储一组程序代码，所述处理器调用所述存储器中存储的程序代码，用于执行以下操作：

将数字信息加载到载波信号上生成第一导频信号，所述载波信号的频率为f₁；

生成未加载数字信息的第二导频信号，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁；

将所述第一导频信号和所述第二导频信号相加生成总导频信号；

将所述总导频信号调制到需加载导频的信号中，得到加载了导频的信号。

结合第五方面，在第一种可能的实现方式中，所述处理器还用于执行：

从预置的导频频率分配表中选取所述f₁和所述f₂分别分配给所述载波信号和所述第二导频信号。

结合第五方面或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系。

本发明实施例第六方面提供了一种通信设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储一组程序代码，所述处理器调用所述存储器中存储的程序代码，用于执行以下操作：

对加载了导频的信号进行滤波处理得到第一导频信号，所述第一导频信号由数字信息加载到载波信号上生成的，所述载波信号的频率为f₁；

对所述加载了导频的信号进行滤波处理得到第二导频信号，所述第二导频信号中未承载数字信息，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁；

对所述第一导频信号进行模数转换得到第一数字信息；

对所述第二导频信号进形模数转换得到第二数字信息；

根据所述第二数字信息计算出判决门限，并利用所述判处门限从所述第一数字信息中恢复出所述数字信息。

结合第六方面，在第一种可能的实现方式中，所述加载了导频的信号为加载了导频的电信号，所述处理器还用于执行：

将加载了导频的光信号转换为所述加载了导频的电信号。

结合第六方面或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系。

结合第六方面至第二种可能的实现方式中的任一种，在第三种可能的实现方式中，所述处理器执行所述对所述第二导频信号进行模数转换得到第二数字信息的步骤包括：

对所述第二导频信号进行欠采样处理得到所述第二数字信息，其采样频率小于2f₂。

结合第六方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述数字信息为二进制序列，所述处理器执行所述根据所述第二数字信息计算出判决门限，并利用所述判处门限从所述第一数字信息中恢复出所述数字信息的步骤包括：

对所述第一数字信息进行快速傅里叶变换FFT处理得到第一频域序列；

对所述第二数字信息进行FFT处理得到第二频域序列；

计算所述第一频域序列中频率f₁对应的第一信号功率；

计算所述第二频域序列中频率f₂对应的第二信号功率和信噪比；

根据所述第二信号功率和所述信噪比计算出判决门限；

根据所述判决门限对所述第一信号功率进行判决后恢复出所述数字信息。

结合第六方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述处理器还用于执行所述根据所述第二信号功率和所述信噪比计算出判决门限；根据所述判决门限对所述第一信号功率进行判决后恢复出所述数字信息的步骤包括：

根据公式计算所述判决门限，其中，k为所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度的比值，P_th为判决门限，P₂为所述第二信号功率，N₂为所述第二导频信号的噪声功率，M为常数，0＜M＜1；

若所述第一信号功率P₁＞P_th，则所述第一信号功率对应的比特位判决为1，若P₁≤P_th，判决为0。

本发明实施例第七方面提供了一种通信系统，包括上述任意一种通信设备。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在发射端通过采用数字信息对载波信号进行数字调制生成第一导频信号，以及生成未经调制的第二导频信号，将第一导频信号和第二导频信号调制到输入的信号上，使接收端能根据第二导频信号实时的计算判决门限，利用该判决门限恢复出第一导频信号中调制的数字信息，解决了计算判决门限等待时间长，效率不高的不足。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例的一种通信设备的结构示意图；

图2为图1中导频频率分配表中的频率分布示意图；

图3为本发明第二实施例的一种通信设备的另一结构示意图；

图4为本发明第三实施例的一种通信设备的结构示意图；

图5为本发明第四实施例的一种通信设备的结构示意图；

图6为图5的数字信息恢复模块的结构示意图；

图7为本发明第五实施例的一种通信设备的结构示意图；

图8为本发明实施例的一种信号的调制方法的流程示意图；

图9为本发明实施例的一种数字信息的恢复方法的流程示意图；

图10为图9中S205的具体流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，为本发明第一实施例的一种通信设备的结构示意图；在本实施例中，所述通信设备包括：第一导频发生模块10、第二导频发生模块11、加法器12和调制器13。

第一导频发生模块10，用于将数字信息加载到载波信号上生成第一导频信号，所述载波信号的频率为f₁。

具体的，数字信息为二进制序列，采用数字信息对载波信号进行2ASK调制后生成第一导频信号，载波信号为正弦信号或余弦信号，其频率f₁。

例如，假设载波信号为A*cos(2π*f₁*t)，A为载波信号的最大幅度，二进制序列其中，T_s为数字信息中的码元持续时间，n为二进制序列的长度，a_n为第n个符号的电平取值0或1，则第一导频信号

第二导频发生模块11，用于生成未加载数字信息的第二导频信号，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁。

具体的，连续导频发生模块11生成一个未经调制的第二导频信号，其频率为f₂，第二导频信号优选为正弦信号或余弦信号，例如，第二导频信号为B*cos(2π*f₂*t)，B为第二导频信号的最大幅度。

第一导频信号的最大幅度和第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系，二者的最大幅度的由发射端和接收端共同的通信协议指定。

例如，上述载波信号A*cos(2π*f₁*t)和第二导频信号B*cos(2π*f₂*t)，A＝B或A＝k*B，K为大于0的常数。

加法器12，用于将所述第一导频信号和所述第二导频信号相加生成总导频信号。

具体的，加法器12将第一导频生成模块10生成的第一导频信号和连续导频信号生成模块11生成的第二导频信号相加得到总导频信号，加法器可为数字加法器或模拟加法器。以上述生成的第一导频信号和第二导频信号为例，总导频信号

调制器13，用于将所述总导频信号需加载导频的信号中，得到加载了导频的信号。

具体的，调制器将总导频信号调制到需加载导频的信号中，以得到匹配当前信道特征的信号，例如，在光通信系统中，将总导频信号加载到光信号中，得到适合在光纤中传输的信号；在无线通信系统中，将总导频信号加载到高频载波上，得到适合在无线信道中传输的信号。

优选的，在光通信系统中，光调制的方式可以采用直接调制、腔内调制和腔外调制中的任一种将总导频信号调制到光信号中，生成加载了导频的光信号。

可选的，本实施例的通信设备还包括频率分配模块14。

频率分配模块14，用于从预置的导频频率分配表中选取未使用的两个频率分别分配给所述载波信号和所述第二导频信号。

具体的，预置的导频频率分配表存储的频率划分为两个导频带，分别为第一导频带和第二导频带，第一导频带和第二导频带之间不重叠。第一导频带中分布有若干个待分配给载波信号的频率，第二导频带中分布有若干个待分配给第二导频信号的频率，分配给载波信号的频率和分配为第二导频信号的频率不相等，第一导频带和第二导频带中的频率携带有表示其使用状态的标识信息。

例如，图2所示的导频频率分配表中频率的分布示意图，频率划分第一导频带a和第二导频带b，第一导频带a中的频率分配给载波信号，第二导频带b中的频率分配给第二导频信号，第一导频带a由N个频率组成，分别为f_a1、f_a2、f_a3…f_aN，第二导频带b由N个频率组成，分别为f_b1、f_b2、f_b3…f_bN，其中N正整数。第一导频带a的频率可比第二导频带b中的频率低，也可比第二导频带b中的频率高。第一导频带a的频率间隔为df_a，第二导频带b的频率间隔为df_b，优选的，df_a＞df_b。

可选的，导频频率分配表中的频率的使用状态可用Bitmap来表示，例如，1表示频率已使用，0表示频率未使用。频率分配模块14从该第一导频带中选择未使用的频率f₁作为载波信号的频率，从第二导频带总选择未使用的频率f₂作为第二导频信号的频率。

实施本发明的实施例，在发射端通过将数字信息加载到载波信号上生成第一导频信号，以及生成未加载数字信息的第二导频信号，将第一导频信号和第二导频信号相加生成总导频信号，并将总导频信号调制到需加载导频的信号上，使接收端根据第二导频信号实时的计算判决门限，利用该判决门限恢复出第一导频信号中调制的数字信息，解决了现有技术计算判决门限等待时间长，效率不高的不足。

参见图3，为本发明第二实施例的一种通信设备的结构示意图，以下简称通信1，通信设备1包括处理器61、存储器62、输入装置63和输出装置64，通信设备1中的处理器61的数量可以是一个或多个，图3以一个处理器为例。本发明的一些实施例中，处理器61、存储器62、输入装置63和输出装置64可通过总线或其他方式连接，图3中以总线连接为例。

其中，存储器62中存储一组程序代码，且处理器61用于调用存储器62中存储的程序代码，用于执行以下操作：

将数字信息加载到载波信号上生成第一导频信号，所述载波信号的频率为f₁；

生成未加载数字信息的第二导频信号，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁；

将所述第一导频信号和所述第二导频信号相加生成总导频信号；

将所述总导频信号调制到需加载导频的信号中，得到加载了导频的信号。

在本发明的一些实施例中，所述载波信号为正弦信号或余弦信号，所述载波信号上加载的数字信息为二进制序列，所述处理器61执行所所述将数字信息加载到载波信号上生成第一导频信号的步骤包括：

采用所述二进制序列对所述正弦信号或余弦信号进行二进制振幅键控2ASK调制生成所述第一导频信号。

在本发明的一些实施例中，所述处理器61还用于执行：

从预置的导频频率分配表中选取所述f₁和所述f₂分别分配给所述载波信号和所述第二导频信号。

在本发明的一些实施例中，所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系。

在本发明的一些实施例中，所述处理器61执行

所述将所述总导频信号调制到需加载导频的信号中，得到加载了导频的信号的步骤包括：

将所述总导频信号调制到光信号中，得到加载了导频的光信号；其中，调制方式包括直接调制、腔内调制和腔外调制中的任意一种。

参见图4，为本发明第三实施例的一种通信设备的结构示意图，在本实施例中，所述恢复装置包括第一滤波模块20、第二滤波模块21、第一模数转换模块22、第二模数转换模块23和数字信息恢复模块24。

第一滤波模块20，用于对加载了导频的信号进行滤波处理得到第一导频信号，所述第一导频信号由数字信息加载到载波信号上生成的，所述载波信号的频率为f₁。

具体的，第一滤波模块20可用中心频率为f₁带通滤波器实现，加载了导频的信号经过第一滤波模块20滤波处理，抑制第一导频信号的带外噪声后得到第一导频信号。

第二滤波模块21，用于对所述加载了导频的信号进行滤波处理得到所述第二导频信号，所述第二导频信号中未承载数字信息，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁。

具体的，第二滤波模块21可用中心频率为f₂的带通滤波器实现，已加载了导频的信号经过第二滤波模块21滤波处理，抑制第二导频信号的带外噪声后得到第二导频信号。

第一模数转换模块22，用于对所述第一导频信号进行模数转换得到第一导频序列。

具体的，第一模数转换模块22对第一导频信号进行时域采样得到第一导频序列，第一模数转换模块22的采样频率大于奈奎斯特采样频率，即采样频率大于2f₁，每次采样的长度为一个数字信息的码元持续时间，例如，码元持续时间为T_s，后续的例子都是针对一个码元持续时间内的比特位的判决方法进行说明，其他比特位的判决方法都采用此判决方法。

第二模数转换模块23，用于对所述第二导频信号进模数转换得到第二导频序列。

具体的，第二模数转换模块23对第二导频信号进行时域采样得到第二导频序列，由于第二导频信号为未调制的单一频率信号，采样频偏小于奈奎斯特采样频率也可不失真的恢复第二导频信号，即对第二导频信号进行欠采样处理得到第二导频序列，采样频率小于2f₂，每次采样的长度不作限制，也可以为T_s，这样可有效降低运算量。

数字信息恢复模块24，用于根据所述第二导频序列计算出判决门限，并利用所述判处门限从所述第一导频序列中恢复出所述数字信息。

具体的，数字信息恢复模块24对第一导频序列进行离散傅里叶变换DFT处理得到对应的第一频域序列，从第一频域序列中计算得到频率f₁上对应的信号功率，该信号功率作为待判决数据。

可选的，第一模数转换模块22和第二模数转换模块23可由一个ADC(Analog toDigital Converter，模数转换器)来实现，利用ADC的两个采样通道分别对第一导频信号和第二导频信号进行采样，也可由两个ADC来实现，本发明不作限制。

数字信息恢复模块24对第二频域序列进行离散傅里叶变换DFT得到第二频域序列，从第二频域序列中计算得到各个频率点上对应的信号功率和噪声功率，根据发射端和接收端的通信协议获取载波信号的最大幅度与第二导频信号的最大幅度的关系，根据信号功率和噪声功率计最大幅度关系计算出判决门限，使用判决门限对待判决数据进行判决，若待判决数据大于判决门限，则判决为1，小于判决为0，这样对每次采样的频域序列进行判决，恢复出第二导频信号中调制的数字信息。

实施本发明的实施例，接收端能根据第二导频信号实时的计算判决门限，利用该判决门限恢复出第一导频信号中调制的数字信息，解决了计算判决门限等待时间长，效率不高的不足。

进一步的，参见图5和图6，为本发明第四实施例的一种通信设备的结构示意图，在本实施例中，所述通信设备除包括第一滤波模块20、第二滤波模块21、第一模数转换模块22、第二模数转换模块23和数字信息恢复模块24之外，还包括光电转换模块25和放大模块26。

光电转换模块25，用于将加载了导频的光信号转换为加载了导频的电信号。

具体的，光电转换模块20将输入的加载了导频的光信号转换为电信号，光电转换模块25可由光电探测器来实现光电转换。加载了导频光信号在发射端预先调制有由第一导频信号和第二导频信号相加生成的总导频信号，第一导频信号由数字信息对频率为f₁的载波信号进行数字调制生成，第二导频信号为未经调制的频率为f₂的单一频率信号，载波信号的最大幅度和第二导频信号的最大幅度的相等或成固定比例关系。

放大模块26，用于对所述加载了导频的电信号进行隔离直流和幅度放大处理后输入至所述第一滤波模块和所述第二滤波器模块。

具体的，放大模块26抑制电信号中的直流分量，同时对其中的交流分量进行放大处理后输入第一滤波模块21和第二滤波模块22。

光功率计算模块，用于根据所述第二频域序列计算所述已调光信号的光功率。

可选的，数字信息恢复模块24包括第一FFT单元241、第二FFT单元242、第一功率计算单元243、第二功率计算单元244、门限计算单元245和数字信息恢复单元246。

第一FFT单元241，用于对所述第一导频序列进行快速傅里叶变换FFT处理得到第一频域序列。

第二FFT单元242，用于对所述第二导频序列进行FFT处理得到第二频域序列。

第一功率计算单元243，用于计算所述第一频域序列中频率f₁对应的第一信号功率。

第二功率计算单元244，用于计算所述第二频域序列中频率f₂对应的第二信号功率和信噪比；

门限计算单元245，用于根据所述第二信号功率和所述信噪比计算出判决门限。

数字信息恢复单元246，用于根据所述判决门限对所述第一信号功率进行判决后恢复出所述数字信息。

可选的，门限计算单元245用于根据公式计算所述判决门限，其中，k为所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度的比值，P_th为判决门限，P₂为所述第二信号功率，N₂为所述第二导频信号的噪声功率，M为常数，0＜M＜1，优选的，M＝0.5。

数字信息恢复单元246用于若所述第一信号功率P₁＞P_th，则所述第一信号功率对应的比特位的判决为1，若P₁≤P_th，判决为0。

参见图7，为本发明第五实施例的一种通信设备的结构示意图，以下简称通信设备2，通信设备2包括处理器71、存储器72、输入装置73和输出装置74，通信设备2中的处理器71的数量可以是一个或多个，图7以一个处理器为例。本发明的一些实施例中，处理器71、存储器72、输入装置73和输出装置74可通过总线或其他方式连接，图7中以总线连接为例。

其中，存储器72中存储一组程序代码，且处理器71用于调用存储器72中存储的程序代码，用于执行以下操作：

对加载了导频的信号进行滤波处理得到第一导频信号，所述第一导频信号由数字信息加载到载波信号上生成的，所述载波信号的频率为f₁；

对所述加载了导频的信号进行滤波处理得到所述第二导频信号，所述第二导频信号中未承载数字信息，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁；

对所述第一导频信号进行模数转换得到第一导频序列；

对所述第二导频信号进行模数转换得到第二导频序列；

根据所述第二导频序列计算出判决门限，并利用所述判处门限从所述第一导频序列中恢复出所述数字信息。

在本发明的一些实施例中，加载了导频的信号为加载了导频的电信号，所述处理器71还用于执行：

将加载了导频的光信号转换为所述加载了导频的电信号。

在本发明的一些实施例中，处理器71还用于执行：

对所述加载了导频的电信号进行隔离直流和幅度放大处理。

在本发明的一些实施例中，所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系。

在本发明的一些实施例中，所述处理器71执行所述对所述第二导频信号进模数转换得到第二导频序列的步骤包括：

对所述第二导频信号进行欠采样处理得到第二导频序列，其采样频率小于2f₂。

在本发明的一些实施例中，处理器71执行所述根据所述第二导频序列计算出判决门限，并利用所述判处门限从所述第一导频序列中恢复出所述数字信息的步骤包括：

对所述第一导频序列进行快速傅里叶变换FFT处理得到第一频域序列；

对所述第二导频序列进行FFT处理得到第二频域序列；

计算所述第一频域序列中频率f₁对应的第一信号功率；

计算出所述第二频域序列中频率f₂对应的第二信号功率和信噪比；

根据所述第二信号功率和所述信噪比计算出判决门限；

根据所述判决门限对所述第一信号功率进行判决后恢复出所述数字信息。

在本发明的一些实施例中，所述处理器71执行所述根据所述第二信号功率和所述信噪比计算出判决门限；根据所述判决门限对所述第一信号功率进行判决后恢复出所述数字信息的步骤包括：

根据公式计算所述判决门限，其中，k为所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度的比值，P_th为判决门限，P₂为所述第二信号功率，N₂为所述第二导频信号的噪声功率，M为常数，0＜M＜1；

若所述第一信号功率P₁＞P_th，则所述第一信号功率对应的比特位判决为1，若P₁≤P_th，判决为0。

参见图8，为本发明实施例的一种信号的调制方法的流程示意图，在本实施例中，所述调制方法包括：

S101、将数字信息加载到载波信号上生成第一导频信号。

具体的，数字信息为二进制序列，载波信号的频率为f₁，采用数字信息对载波信号进行2ASK调制后生成第一导频信号，载波信号为正弦信号或余弦信号，其频率f₁。

例如，假设载波信号为cos(2π*f₁*t)，数字信息s(t)＝∑a_ng(t-nT_s)，其中，T_s为数字信息中的码元持续时间，n为数字信息的长度，a_nn为第n个符号的电平取值0或1，则第一导频信号e_2ASK＝(cos2π*f₁*t)*∑a_ng(t-nT_s)。

S102、生成未加载数字信息的第二导频信号。n

具体的，生成一个未经调制的第二导频信号，其频率为f₂，第二导频信号优选为正弦信号或余弦信号，例如，第二导频信号为cos(2π*f₂*t)。

第二导频信号的最大幅度和第二导频信号的最大幅度相等或成固定比例关系，二者的最大幅度的由发射端和接收端共同的通信协议指定。

S103、将所述第一导频信号和所述第二导频信号相加生成总导频信号。

S104、将所述总导频信号调制到需加载导频的信号中，得到加载了导频的信号。

具体的，将总导频信号调制到需加载导频的信号中，以得到匹配当前信道特征的信号，例如，在光通信系统中，将总导频信号加载到光信号中，得到适合在光纤中传输的信号；在无线通信系统中，将总导频信号加载到高频载波上，得到适合在无线信道中传输的信号。

优选的，在光通信系统中，光调制的方式可以采用直接调制、腔内调制和腔外调制中的任一种将总导频信号调制到光信号中，生成加载了导频的光信号。

可选的，在本实施例中，S101之前还包括步骤从预置的导频频率分配表中选取未使用的两个频率分配给载波信号和第二导频信号。

具体的，预置的导频频率分配表存储的频率划分为两个导频带，分别为第一导频带和第二导频带，第一导频带和第二导频带之间不重叠。第一导频带中分布有若干个待分配给载波信号的频率，第二导频带中分布有若干个待分配给第二导频信号的频率，分配给载波信号的频率和分配为第二导频信号的频率不相等，第一导频带和第二导频带中的频率携带有表示其使用状态的标识信息。

例如，图2所示的导频频率分配表中频率的分布示意图，频率划分第一导频带a和第二导频带b，第一导频带a中的频率分配给载波信号，第二导频带b中的频率分配给第二导频信号，第一导频带a由N个频率组成，分别为f_a1、f_a2、f_a3…f_aN，第二导频带b由N个频率组成，分别为f_b1、f_b2、f_b3…f_bN，其中N正整数。第一导频带a的频率可比第二导频带b中的频率低，也可比第二导频带b中的频率高。第一导频带a的频率间隔为df_a，第二导频带b的频率间隔为df_b，优选的，df_a＞df_b。

可选的，导频频率分配表中的频率的使用状态可用Bitmap来表示，例如，1表示频率已使用，0表示频率未使用。从该第一导频带中选择未使用的频率f1作为载波信号的频率，从第二导频带总选择未使用的频率f2作为第二导频信号的频率。

参见图9，为本发明实施例的一种数字信息的恢复方法的流程示意图，在本实施例中，所述恢复方法包括：

S201、对加载了导频的信号进行滤波处理得到第一导频信号，所述第一导频信号由数字信息加载到载波信号上生成的。

S202、对所述加载了导频的信号进行滤波处理得到第二导频信号，所述第二导频信号中未承载数字信息。

S203、对所述第一导频信号进行模数转换得到第一导频序列。

S204、对所述第二导频信号进行模数转换得到第二导频序列。

S205、根据所述第二导频序列计算出判决门限，并利用所述判决门限从所述第一导频序列中恢复出所述数字信息。

进一步的，参见图10，为图9中S205的流程示意图，S205具体包括：

S2051、对所述第一导频序列进行快速傅里叶变换FFT处理得到第一频域序列。

S2052、对所述第二导频序列进行FFT处理得到第二频域序列。

S2053、计算出所述第一频域序列中频率f₁对应的第一信号功率；

S2054、计算所述第二频域序列中频率f₂对应的第二信号功率和信噪比；

S2055、根据所述第二信号功率和所述信噪比计算出判决门限；

S2056、根据所述判决门限对所述第一信号功率进行判决后恢复出所述数字信息。

可选的，根据公式计算所述判决门限，其中，k为所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度的比值，P_th为判决门限，P₂为所述第二信号功率，N₂为所述第二导频信号的噪声功率，M为常数，0＜M＜1；

若所述第一信号功率P₁＞P_th，则所述码元持续时间内的比特位判决为1，若P₁≤P_th，判决为0。

本实施例与装置项实施例二属于同一构思，其带来的技术效果也相同，具体过程请参照装置项实施例二的描述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本发明实施例所提供的方法、装置及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (29)

1.一种通信设备，其特征在于，包括：

第一导频发生模块，用于将数字信息加载到载波信号上生成第一导频信号，所述载波信号的频率为f₁，所述载波信号为正弦信号或余弦信号；

第二导频发生模块，用于生成未加载数字信息的第二导频信号，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁，所述第二导频信号为正弦信号或余弦信号；

加法器，用于将所述第一导频信号和所述第二导频信号相加生成总导频信号；其中，所述第一导频信号用于计算判决门限，所述判决门限用于判决所述第一导频信号中加载的所述数字信息；

调制器，用于将所述总导频信号调制到需加载导频的信号中，得到加载了导频的信号。

2.如权利要求1所述的通信设备，其特征在于，还包括：

频率分配模块，用于从预置的导频频率分配表中选取所述f₁和所述f₂分别分配给所述载波信号和所述第二导频信号。

3.如权利要求1或2所述的通信设备，其特征在于，所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系。

4.一种通信设备，其特征在于，包括：

第一滤波模块，用于对加载了导频的信号进行滤波处理得到第一导频信号，所述第一导频信号由数字信息加载到载波信号上生成的，所述载波信号的频率为f₁；

第二滤波模块，用于对所述加载了导频的信号进行滤波处理得到第二导频信号，所述第二导频信号中未承载数字信息，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁；

第一模数转换模块，用于对所述第一导频信号进行模数转换得到第一导频序列；

第二模数转换模块，用于对所述第二导频信号进模数转换得到第二导频序列；

数字信息恢复模块，用于根据所述第二导频序列计算出判决门限，并利用所述判决门限从所述第一导频序列中恢复出所述数字信息。

5.如权利要求4所述的通信设备，其特征在于，所述加载了导频的信号为加载了导频的电信号，所述通信设备还包括：

光电转换模块，用于在所述第一滤波模块和所述第二滤波模块滤波之前，将加载了导频的光信号转换为所述加载了导频的电信号。

6.如权利要求5所述的通信设备，其特征在于，还包括：

放大模块，用于对所述加载了导频的电信号进行隔离直流和幅度放大处理后输入至所述第一滤波模块和所述第二滤波器模块。

7.如权利要求4至6任意一项所述的通信设备，其特征在于，所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系。

8.如权利要求7所述的通信设备，其特征在于，所述第二模数转换模块的采样频率小于2f₂。

9.如权利要求4所述的通信设备，其特征在于，所述数字信息为二进制序列，所述数字信息恢复模块包括：

第一FFT单元，用于对所述第一导频序列进行快速傅里叶变换FFT处理得到第一频域序列；

第二FFT单元，用于对所述第二导频序列进行FFT处理得到第二频域序列；

第一功率计算单元，用于计算所述第一频域序列中频率f₁对应的第一信号功率；

第二功率计算单元，用于计算所述第二频域序列中频率f₂对应的第二信号功率和信噪比；

门限计算单元，用于根据所述第二信号功率和所述信噪比计算出判决门限；

数字信息恢复单元，用于根据所述判决门限对所述第一信号功率进行判决后恢复出所述数字信息。

10.如权利要求9所述的通信设备，其特征在于，

所述门限计算单元用于根据公式计算所述判决门限，其中，k为所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度的比值，P_th为判决门限，P₂为所述第二信号功率，N₂为所述第二导频信号的噪声功率，M为常数，0＜M＜1；

所述数字信息恢复单元用于若所述第一信号功率P₁＞P_th，则所述第一信号功率对应比特位的判决为1，若P₁≤P_th，判决为0。

11.一种信号的调制方法，其特征在于，包括：

将数字信息加载到载波信号上生成第一导频信号，所述载波信号的频率为f₁，所述载波信号为正弦信号或余弦信号；

生成未加载数字信息的第二导频信号，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁，所述第二导频信号为正弦信号或余弦信号；

将所述第一导频信号和所述第二导频信号相加生成总导频信号；其中，所述第一导频信号用于计算判决门限，所述判决门限用于判决所述第一导频信号中加载的所述数字信息；

将所述总导频信号调制到需加载导频的信号中，得到加载了导频的信号。

12.如权利要求11所述的调制方法，其特征在于，所述将数字信息加载到载波信号上生成第一导频信号的步骤之前，还包括：

从预置的导频频率分配表中选取所述f₁和所述f₂分别分配给所述载波信号和所述第二导频信号。

13.如权利要求11或12所述的调制方法，其特征在于，所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系。

14.一种数字信息的恢复方法，其特征在于，包括：

对加载了导频的信号进行滤波处理得到第一导频信号，所述第一导频信号由数字信息加载到载波信号上生成的，所述载波信号的频率为f₁；

对所述加载了导频的信号进行滤波处理得到第二导频信号，所述第二导频信号中未承载数字信息，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁；

对所述第一导频信号进行模数转换得到第一导频序列；

对所述第二导频信号进行模数转换得到第二导频序列；

根据所述第二导频序列计算出判决门限，并利用所述判决门限从所述第一导频序列中恢复出所述数字信息。

15.如权利要求14所述的恢复方法，其特征在于，所述加载了导频的信号为加载了导频的电信号，所述对加载了导频的信号进行滤波处理得到第一导频信号的步骤之前，还包括：

将加载了导频的光信号转换为所述加载了导频的电信号。

16.如权利要求14或15所述的恢复方法，其特征在于，所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系。

17.如权利要求14所述的恢复方法，其特征在于，所述对所述第二导频信号进模数转换得到第二导频序列的步骤包括：

对所述第二导频信号进行欠采样处理得到第二导频序列，其采样频率小于2f₂。

18.如权利要求17所述的恢复方法，其特征在于，所述数字信息为二进制序列，所述根据所述第二导频序列计算出判决门限，并利用所述判决门限从所述第一导频序列中恢复出所述数字信息的步骤包括：

对所述第一导频序列进行快速傅里叶变换FFT处理得到第一频域序列；

对所述第二导频序列进行FFT处理得到第二频域序列；

计算所述第一频域序列中频率f₁对应的第一信号功率；

计算所述第二频域序列中频率f₂对应的第二信号功率和信噪比；

根据所述第二信号功率和所述信噪比计算出判决门限；

根据所述判决门限对所述第一信号功率进行判决后恢复出所述数字信息。

19.如权利要求18所述的恢复方法，其特征在于，所述根据所述第二信号功率和所述信噪比计算出判决门限；根据所述判决门限对所述第一信号功率进行判决后恢复出所述数字信息的步骤包括：

根据公式计算所述判决门限，其中，k为所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度的比值，P_th为判决门限，P₂为所述第二信号功率，N₂为所述第二导频信号的噪声功率，M为常数，0＜M＜1；

若所述第一信号功率P₁＞P_th，则所述第一信号功率对应的比特位判决为1，若P₁≤P_th，判决为0。

20.一种通信设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储一组程序代码，所述处理器调用所述存储器中存储的程序代码，用于执行以下操作：

将数字信息加载到载波信号上生成第一导频信号，所述载波信号的频率为f₁，所述载波信号为正弦信号或余弦信号；

生成未加载数字信息的第二导频信号，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁，所述第二导频信号为正弦信号或余弦信号；

将所述第一导频信号和所述第二导频信号相加生成总导频信号；其中，所述第一导频信号用于计算判决门限，所述判决门限用于判决所述第一导频信号中加载的所述数字信息；

将所述总导频信号调制到需加载导频的信号中，得到加载了导频的信号。

21.如权利要求20所述的通信设备，其特征在于，所述处理器还用于执行：

从预置的导频频率分配表中选取所述f₁和所述f₂分别分配给所述载波信号和所述第二导频信号。

22.如权利要求20或21所述的通信设备，其特征在于，所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系。

23.一种通信设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储一组程序代码，所述处理器调用所述存储器中存储的程序代码，用于执行以下操作：

对加载了导频的信号进行滤波处理得到第一导频信号，所述第一导频信号由数字信息加载到载波信号上生成的，所述载波信号的频率为f₁；

对所述加载了导频的信号进行滤波处理得到第二导频信号，所述第二导频信号中未承载数字信息，所述第二导频信号的频率为f₂，f₂≠f₁；

对所述第一导频信号进行模数转换得到第一导频序列；

对所述第二导频信号进形模数转换得到第二导频序列；

根据所述第二导频序列计算出判决门限，并利用所述判决门限从所述第一导频序列中恢复出所述数字信息。

24.如权利要求23所述的通信设备，其特征在于，所述加载了导频的信号为加载了导频的电信号，所述处理器还用于执行：

将加载了导频的光信号转换为所述加载了导频的电信号。

25.如权利要求23或24所述的通信设备，其特征在于，

所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度相等或成比例关系。

26.如权利要求23所述的通信设备，其特征在于，所述处理器执行所述对所述第二导频信号进行模数转换得到第二导频序列的步骤包括：

对所述第二导频信号进行欠采样处理得到所述第二导频序列，其采样频率小于2f₂。

27.如权利要求23所述的通信设备，其特征在于，所述数字信息为二进制序列，所述处理器执行所述根据所述第二导频序列计算出判决门限，并利用所述判决门限从所述第一导频序列中恢复出所述数字信息的步骤包括：

对所述第一导频序列进行快速傅里叶变换FFT处理得到第一频域序列；

对所述第二导频序列进行FFT处理得到第二频域序列；

计算所述第一频域序列中频率f₁对应的第一信号功率；

计算所述第二频域序列中频率f₂对应的第二信号功率和信噪比；

根据所述第二信号功率和所述信噪比计算出判决门限；

根据所述判决门限对所述第一信号功率进行判决后恢复出所述数字信息。

28.如权利要求27所述的通信设备，其特征在于，所述处理器还用于执行所述根据所述第二信号功率和所述信噪比计算出判决门限；根据所述判决门限对所述第一信号功率进行判决后恢复出所述数字信息的步骤包括：

根据公式计算所述判决门限，其中，k为所述载波信号的最大幅度与所述第二导频信号的最大幅度的比值，P_th为判决门限，P₂为所述第二信号功率，N₂为所述第二导频信号的噪声功率，M为常数，0＜M＜1；

若所述第一信号功率P₁＞P_th，则所述第一信号功率对应的比特位判决为1，若P₁≤P_th，判决为0。

29.一种通信系统，其特征在于，包括如权利要求1至3、4至10任意一项所述的通信设备和20至22、23至28任意一项所述的通信设备。