CN106972891A - 一种数字调制方法、数字传输装置及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字调制方法、数字传输装置及设备。该数字调制方法包括：对各子信道中的信源数据进行符号映射获取四相相移键控QPSK符号；将所述QPSK符号分组进行傅里叶变换DFT处理，获取频域信号；对各子信道的频域信号进行低通滤波、频率复用处理；将频率复用后的频域信号进行逆傅里叶变换获取OFDM符号，并将所述OFDM符号添加循环前缀CP后发送。本发明通过对各子信道DFT变换之后的频域信号分别进行低通滤波处理，以使频域复用之后的调制信号带宽变得更窄，并降低多个子带复用之后带来的串扰损伤，提高频谱效率。

Description

一种数字调制方法、数字传输装置及设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种数字调制方法、数字传输装置及设备。
背景技术
互联网的爆炸式发展激发了对网络带宽需求的持续性急剧增长，光通信骨干网面临巨大的扩容需求。传统认为光纤带宽是足够宽的，但实际由于光纤通信只存在三个低噪声的通信窗口，850nm、1310nm和1550nm。通信窗口的带宽是相对固定不变的，而且光放大器也面临着自身带宽的约束。所以，光纤通信带宽不足的问题也逐步暴露出来。
由于过去对于光纤带宽的利用相对粗放，光纤扩容的解决方案就相对集中在如何在现有带宽下提升频谱效率。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种数字调制方法、数字传输装置及设备，具有提高频谱效率的优点。
本发明提出了一种数字调制方法，包括：
对各子信道中的信源数据进行符号映射获取四相相移键控QPSK符号；
将所述QPSK符号分组进行傅里叶变换DFT处理，获取频域信号；
对各子信道的频域信号进行低通滤波、频率复用处理；
将频率复用后的频域信号进行逆傅里叶变换获取OFDM符号，并将所述OFDM符号添加循环前缀CP后发送。
可选的，所述将所述QPSK符号分组进行傅里叶变换处理，具体包括：
以M为长度，对所述QPSK符号进行分组；
分别对每一组进行M点的DFT变换。
可选的，所述对各子信道的频域信号进行频率复用处理，包括：
分别对每个子信道的所述频域信号进行分组，每组N个频域信号，对各组频率信号进行排列。
可选的，所述将频率复用后的频域信号进行逆傅里叶变换，具体包括：
将各组频率信号整合后进行L点的IDFT变换；
其中，L大于N。
可选的，还包括：
将所述OFDM符号串并转换后去除循环前缀CP，获取OFDM符号；
对所述OFDM符号进行L点傅里叶变换，获取频域信号；
将所述频域信号解复用后，分别对每个子信道进行M点的IDFT变换，获取QPSK符号；
将所述QPSK符号转换为QDB符号后进行均衡、符号解映射，获取信宿比特数据。
可选的，所述将所述QPSK符号转换为QDB符号，具体包括：
对所述QPSK符号进行QDB成形滤波处理，获取QDB符号。
可选的，在所述将所述频域信号解复用之前，还包括：
对信号进行频偏恢复和色散补偿。
可选的，在将所述QPSK符号转换为QDB符号之前，还包括：
采用多模盲均衡算法和相位恢复算法，对信道进行码间干扰、模式色散和相位噪声补偿。
本发明还提出了一种数字传输装置，其特征在于，包括：数字调制模块和数字接收处理模块；
所述数字调制模块，用于分别对每个子信道中的信源数据进行符号映射获取四相相移键控QPSK符号；将所述QPSK符号分组进行傅里叶变换DFT处理，获取频域信号；分别对每个子信道的频域信号进行低通滤波、频率复用处理；将频率复用后的频域信号分组进行逆傅里叶变换获取OFDM符号，并将所述OFDM符号添加循环前缀CP后发送；
所述数字接收处理模块，用于将所述OFDM符号串并转换后去除循环前缀CP，获取OFDM符号；对所述OFDM符号进行L点傅里叶变换，获取频域信号；将所述频域信号解复用后，分别对每个子信道进行M点的IDFT变换，获取QPSK符号；将所述QPSK符号转换为QDB符号后采用MLSE进行均衡处理，对频域均衡处理后的符号进行解映射，获取信宿比特数据。
本发明还提出了一种数据传输设备，其特征在于，包括：发射机、相干接收机和权利要求9所述的数字传输装置；
所述发射机和所述相干接收机均与所述数字传输装置连接；
所述发射机，用于发射所述数字传输装置发送的OFDM符号，并将所述OFDM符号调制到光信号后发送至所述相干接收机；
所述相干接收机，用于接收所述光信号，并将所述光信号转换为电信号后发送至所述数字传输装置。
由上述技术方案可知，本发明提出的数字调制方法，通过对DFT之后的数字信号进行低通滤波处理，以使调制信号带宽变得更窄，降低多个子带复用之后带来的子信道间串扰损伤，提高频谱效率。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明一实施例提出的数字调制方法的流程示意图；
图2示出了本发明另一实施例提出的数字调制方法的流程示意图；
图3示出了本发明另一实施例提出的数字调制方法的数字调节的流程示意图；
图4示出了本发明另一实施例提出的数字调制方法的数字接收处理的流程示意图；
图5示出了本发明一实施例提出的数字传输装置的流程示意图；
图6示出了本发明一实施例提出的数据传输设备的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
图1为本发明一实施例提出的数字调制方法的流程示意图，参照图1，该数字调制方法，包括：
101、对各子信道中的信源数据进行符号映射获取四相相移键控QPSK符号；
需要说明的是，每个子信道中的串行二进制数据首先进入信号映射单元，由信号映射单元将每个子信道的二进制比特数据并行化，并映射为QPSK信号；
102、将所述QPSK符号分组进行傅里叶变换DFT处理，获取频域信号；
可理解的是，步骤102的作用即是把信号转换到频域。
103、对各子信道的频域信号进行低通滤波、频率复用处理；
需要说明的是，每个子信道的信号经过低通滤波器，将信号的带宽降低到符号速率以下，形成频域的超奈奎斯特。
104、将频率复用后的频域信号进行逆傅里叶变换获取OFDM符号，并将所述OFDM符号添加循环前缀CP后进行信号调制；
需要说明的是，上述各步骤的处理过程中，各处理单元可以采用数字信号处理方式，通过FPGA或DSP等各种逻辑处理器件实现，也可以采用系统集成化IC设计的方式，通过设计硬件电路芯片实现。
由上述技术方案可知，本发明提出的数字调制方法，通过对DFT之后的数字信号进行低通滤波处理，以使调制信号带宽变得更窄，降低多个子带复用之后带来的串扰损伤，提高了频谱效率。
下面对步骤102进行详细说明，步骤102具体包括：
以M为长度，对所述QPSK符号进行分组；
分别对每一组进行M点的DFT变换。
可理解的是，将每个子信道中映射为QPSK符号的数据流，进行分组，每M个符号分为一组，然后每个分组进行M点的傅里叶变换操作，将信号转换到频域。
下面对步骤103进行详细说明，步骤103中的频率复用具体包括：
分别对每个子信道的所述频域信号进行分组，每组N个频域信号，对各组频率信号进行排列。
可理解的是，对各组频率信号进行排列的过程包括：将N个在频域的信号紧密排列在一起，形成频率复用；
需要说明的是，频率复用过程是将多路子带信号以滤波之后的带宽为间隔进行复用，中间没有保护间隔，以现有技术相比，能进一步地提高频谱效率。
下面对步骤104进行详细说明，步骤104中的OFDM符号成型具体包括：
将各组频率信号整合后进行L点的IDFT变换；
其中，L大于N。
可理解的是，IDFT变换的过程基于步骤103，其是对步骤103各组的信号整合之后，并以L为IDFT变换长度对频域信号进行逆傅里叶IDFT变换。
图2为本发明另一实施例提出的数字调制方法的流程示意图，参照图2，步骤201-204与上述101-104相对应，此处不再进行详细说明：
其不同之处在于，在完成数字调制后，本实施例还包括：
205、将所述OFDM符号串并转换后去除循环前缀CP，获取OFDM符号；
需要说明的是，对OFDM符号进行串并转换处理，以使串行数据流分为一个个OFDM符号，并去除CP。
206、对所述OFDM符号进行L点傅里叶变换，获取频域信号；
可理解的是，此处的L点傅里叶变换与上述步骤104中的L点的逆傅里叶IDFT变换相对应。
207、将所述频域信号解复用后，分别对每个子信道进行M点的IDFT变换，获取QPSK时域符号；
可理解的是，解复用即是把各信道的信息滤出、分开；此处的IDFT变换是将信号转换到时域。
208、将所述QPSK时域符号转换为QDB符号后进行频域均衡、符号解映射，获取信宿比特数据。
需要说明的是，将QPSK时域符号转换为QDB符号，以实现减小码间干扰长度，帮助恢复原始信息；另外，增加QPSK-QDB格式变换，并结合MLSE/MAP均衡，可以在OFDM和超Nyquist调制的基础上进一步提升系统性能，抵抗由于提升频谱效率引起的信道损伤，以提升传输性能。
下面对步骤208进行详细说明，具体包括：
对所述QPSK符号进行QDB成形滤波处理，获取QDB符号。
为了进一步提高频谱效率，在所述将所述频域信号解复用之前，还包括：对信号进行频偏恢复和色散补偿。
需要说明的是，色散问题在数字传输中会产生误码，从而限制了传输比特率，在模拟式传输中限制信号传输频带宽度。
为了进一步提高频谱效率，在将所述QPSK符号转换为QDB符号之前，还包括：采用多模算法和相位恢复算法，对信道进行码间干扰、模式色散和相位噪声补偿。
图3为本发明另一实施例提出的数字调制方法的流程示意图，下面参照图3对本发明进行详细说明：
以三个信道为例，符号速率设为32G。
301、将三个信道中的二进制值数据流映射为QPSK信号。
302、在发射端数字处理中，将三个子信道的QPSK信号先进行64点的DFT变化，将信号转换到频域。
303、每个子信道经过相同的低通滤波器，将每个子信道信号的带宽由32/3Ghz降低至9GHz。
304、将三路子信道在频域紧密排列在一起，实现复用。这样，三个信道的总带宽为27GHz。
305、将复用后的信号进行1024点的IDFT操作，形成OFDM符号，过采样率为3.6。
306、添加1/8比率的CP，然后由发射机将电信号调制到光域。
图4为本发明另一实施例提出的数字调制方法的数字接收处理的流程示意图，由于接收端的处理方式与之相反，故，此处不再进行赘述。
图5为本发明一实施例提出的数字传输装置的流程示意图，参照图5，该数字传输装置，包括：数字调制模块501和数字接收处理模块502；
所述数字调制模块501，用于分别对每个子信道中的信源数据进行符号映射获取四相相移键控QPSK符号；将所述QPSK符号分组进行傅里叶变换DFT处理，获取频域信号；分别对每个子信道的频域信号进行低通滤波、频率复用处理；将频率复用后的频域信号进行逆傅里叶变换获取OFDM符号，并将所述OFDM符号添加循环前缀CP后发送；
所述数字接收处理模块502，用于将所述OFDM符号串并转换后去除循环前缀CP，获取OFDM符号；对所述OFDM符号进行L点傅里叶变换，获取频域信号；将所述频域信号解复用后，分别对每个子信道进行M点的IDFT变换，获取QPSK符号；将所述QPSK符号转换为QDB符号后，采用MLSE进行均衡处理，对均衡处理后的符号进行解映射，获取信宿比特数据。
综上所述，该数字传输装置的将FTN和DFT-Spread OFDM相结合的高效传输方案，包括在发送端对经过DFT变换之后的子带信号进行低通滤波，再将多路子带信号以滤波之后的带宽为间隔进行复用，并经过IDFT变换到时域形成OFDM信号进行发送，从而提升发送信号的频谱效率；通过在FTN-DFTS-OFDM的接收过程中增加QPSK-QDB格式变换，并结合MLSE/MAP均衡，可以在OFDM和超Nyquist调制的基础上进一步提升系统性能，抵抗由于提升频谱效率引起的信道损伤。
图6为本发明一实施例提出的数据传输设备的流程示意图，参照图6，该数据传输设备包括：发射机601、相干接收机602和上述数字传输装置603；
所述发射机601和所述相干接收机602均与所述数字传输装置603连接；
所述发射机601，用于发射所述数字传输装置603的发送端发送的OFDM符号，并将所述OFDM符号调制到光信号后发送至所述相干接收机602；
所述相干接收机602，用于接收所述光信号，并将所述光信号转换为电信号后发送至所数字传输述装置603的接收端。
该数据传输设备的FTN-DFTS-OFDM系统，通过对数字传输装置的发送端DFT之后的数字信号采用低通滤波，可以将调制信号带宽变得更窄，降低多个子带复用之后带来的串扰损伤，提升系统的频谱效率；在数字传输装置的接收端对经过相位恢复的信号进行QPSK-QDB格式变换，并进行基于MLSE/MAP的均衡，来提升FTN-DFTS-OFDM信号的传输性能。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种数字调制方法，其特征在于，包括：
对各子信道中的信源数据进行符号映射获取四相相移键控QPSK符号；
将所述QPSK符号分组进行傅里叶变换DFT处理，获取频域信号；
对各子信道的频域信号进行低通滤波、频率复用处理；
将频率复用后的频域信号进行逆傅里叶变换获取OFDM符号，并将所述OFDM符号添加循环前缀CP后发送。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述QPSK符号分组进行傅里叶变换处理，具体包括：
以M为长度，对所述QPSK符号进行分组；
分别对每一组进行M点的DFT变换。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对各子信道的频域信号进行频率复用处理，包括：
分别对每个子信道的所述频域信号进行分组，每组N个频域信号，对各组频率信号进行排列。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将频率复用后的频域信号进行逆傅里叶变换，具体包括：
将各组频率信号整合后进行L点的IDFT变换；
其中，L大于N。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述OFDM符号串并转换后去除循环前缀CP，获取OFDM符号；
对所述OFDM符号进行L点傅里叶变换，获取频域信号；
将所述频域信号解复用后，分别对每个子信道进行M点的IDFT变换，获取QPSK时域符号；
将所述QPSK符号转换为QDB符号后进行频域均衡、符号解映射，获取信宿比特数据。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述QPSK符号转换为QDB符号，具体包括：
对所述QPSK符号进行QDB成形滤波处理，获取QDB符号。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述将所述频域信号解复用之前，还包括：
对信号进行频偏恢复和色散补偿。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在将所述QPSK符号转换为QDB符号之前，还包括：
采用多模盲均衡算法和相位恢复算法，对信道进行码间干扰、模式色散和相位噪声补偿。
9.一种数字传输装置，其特征在于，包括：数字调制模块和数字接收处理模块；
所述数字调制模块，用于分别对每个子信道中的信源数据进行符号映射获取四相相移键控QPSK符号；将所述QPSK符号分组进行傅里叶变换DFT处理，获取频域信号；分别对每个子信道的频域信号进行低通滤波、频率复用处理；将频率复用后的频域信号进行逆傅里叶变换获取OFDM符号，并将所述OFDM符号添加循环前缀CP后发送；
所述数字接收处理模块，用于将所述OFDM符号串并转换后去除循环前缀CP，获取OFDM符号；进行频偏恢复；对所述OFDM符号进行L点傅里叶变换，获取频域信号；将所述频域信号解复用后，分别对每个子信道进行M点的IDFT变换，获取QPSK符号；将所述QPSK符号转换为QDB符号后采用MLSE进行均衡处理，对均衡处理后的符号进行解映射，获取信宿比特数据。
10.一种数据传输设备，其特征在于，包括：发射机、相干接收机和权利要求9所述的数字传输装置；
所述发射机和所述相干接收机均与所述数字传输装置连接；
所述发射机，用于发射所述数字传输装置发送的OFDM符号，并将所述OFDM符号调制到光信号后发送至所述相干接收机；
所述相干接收机，用于接收所述光信号，并将所述光信号转换为电信号后发送至所述数字传输装置。
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