CN111464475A - 基于ofdm相位共轭副载波的信号收发装置、方法及通信设备 - Google Patents

基于ofdm相位共轭副载波的信号收发装置、方法及通信设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于OFDM相位共轭副载波的信号收发装置、方法及通信设备，所述信号发送装置包括：基带信号产生模块，用于根据待传输的二进制信息序列获得两路第一基带信息序列；基带信号调制模块，用于根据两路第一基带信息序列获得两路光信号；光信号发射模块，用于对两路光信号进行发射。所述信号接收装置包括:光信号接收模块，用于接收发射端所发射的两路并行的光信号；信号处理模块，用于根据两路光信号获得两路第二基带信息序列；信号恢复模块，用于根据两路第二基带信息序列获取最终二进制信息序列。所述发射装置和接收装置通过在并行传输链路中引入相位共轭副载波，可有效消除传输过程中的各种相位噪声影响。

Description

基于OFDM相位共轭副载波的信号收发装置、方法及通信设备
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于OFDM相位共轭副载波的信号收发装置、方法及通信设备。
背景技术
光无线通信作为一种新型的通信技术，同时具有光纤通信和移动通信的优势，可实现宽带传输，组网机动灵活，无需频率申请，并且抗电磁干扰，保密性好。随着现代网络传输数据量的爆炸式增长，具有高带宽、高频谱效率和快速部署特点的光无线通信系统在军事、商业、工业和科学研究等领域都得到了广泛的关注和研究。
目前，传统的光无线通信系统大都基于OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)调制格式，基于OFDM调制格式的光无线通信系统中频率偏移和相位偏移的估计通常利用插入重复的导频序列来获得相位噪声。西安电子科技大学在2018年5月10日申请的专利“基于干扰自抵消技术的突发OFDM频偏估计方法”(申请号为201810442278.2)中提出了一种基于干扰自抵消技术的突发正交频分复用频偏估计方法，该方法在正交频分复用突发传输系统的发送端插入导频序列，导频序列内的相邻数据互为相反数，在接收端，对两个导频序列信号进行子载波间干扰自抵消，减少子载波间的干扰。该方法的不足之处在于消除了子载波间干扰的导频序列所估计的频率偏移和每个数据子载波所经历的频率偏移之间存在误差，使最后的频偏补偿后仍然存在相位噪声影响，系统性能提高比较小。
现有的基于OFDM调制格式的光无线通信系统所使用的基于导频序列的频偏和相偏估计方法不能对载波频率同步误差、移动环境引起的多普勒频率移动以及瞬间采样误差等因素造成的频率偏移或相位偏移进行准确的估计，使得估计值和真实值之间存在较大误差，因此其提高的性能非常有限。另外，基于导频序列的方法对于无线光信道(如大气湍流信道等)可能存在的相位噪声不能很好的估计，所以其应用范围受到限制。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于OFDM相位共轭副载波的信号收发装置、方法及通信设备。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明的一个方面提供了一种基于OFDM相位共轭副载波的信号发射装置，包括：
基带信号产生模块，用于根据待传输的二进制信息序列获得两路第一基带信息序列；
基带信号调制模块，用于根据所述两路第一基带信息序列获得两路光信号；
光信号发射模块，用于对所述两路光信号进行发射。
在本发明的一个实施例中，所述基带信号产生模块包括：
符号映射单元，用于将所述二进制信息序列映射为符号序列；
第一复共轭运算单元，用于对所述符号序列进行复共轭运算，生成一组第一复共轭序列；
第一信号处理单元，用于对所述符号序列和所述第一复共轭序列分别进行训练序列和循环前缀的插入，产生两路并行的第一基带信息序列。
在本发明的一个实施例中，所述基带信号调制发射模块包括：
数模转换单元，用于对所述两路第一基带信息序列分别进行数模转换，获得两路第一模拟电信号；
第一信号放大单元，用于对所述两路第一模拟电信号分别进行信号放大处理；
发光单元，用于在放大后的所述两路模拟电信号的驱动下产生两路光信号。
本发明的另一方面提供了一种基于OFDM相位共轭副载波的信号接收装置，包括：
光信号接收模块，用于接收发射端所发射的两路并行的光信号；
信号处理模块，用于根据所述两路光信号获得两路第二基带信息序列；
信号恢复模块，用于根据所述两路第二基带信息序列获取二进制信息序列。
在本发明的一个实施例中，所述信号处理模块(105)包括：
光电转换单元，用于将所述两路光信号转换为两路第二模拟电信号；
第二信号放大单元，用于对所述两路第二模拟电信号分别进行信号放大处理；
模数转换单元，用于将放大后的所述两路第二模拟电信号转换成两路并行的第二数字基带序列。
在本发明的一个实施例中，所述信号恢复模块包括：
第二信号处理单元，用于对所述两路第二基带信息序列进行训练序列和循环前缀的移除，产生两路第三基带信息序列；
第二复共轭运算单元，用于对所述第三基带信息序列进行复共轭运算，获得一组第二复共轭序列；
信号恢复单元，用于对所述第三基带信息序列和所述第二复共轭序列进行相干叠加运算获得第四基带信息序列，对所述第四基带信息序列进行符号解调，以获得所述二进制信息序列。
本发明的另一方面提供了一种基于OFDM相位共轭副载波的信号发射方法，包括：
将所述二进制信息序列映射为符号序列；
对所述符号序列进行复共轭运算，生成一组第一复共轭序列；
对所述符号序列和所述第一复共轭序列分别进行训练序列和循环前缀的插入，产生两路并行的第一基带信息序列；
根据所述两路第一基带信息序列获得两路光信号；
对所述两路光信号进行发射。
本发明的另一方面提供了一种基于OFDM相位共轭副载波的信号接收方法，包括：
对接收端产生的两路并行的光信号进行接收；
根据所述两路光信号获得两路第二基带信息序列；
根据所述两路第二基带信息序列获取最终二进制信息序列。
在本发明的一个实施例中，所述根据所述两路第二基带信息序列获取最终二进制信息序列，包括：
对所述两路第二基带信息序列进行训练序列和循环前缀的移除，产生两路第三基带信息序列；
根据所述第三基带信息序列进行复共轭运算，获得一组第二复共轭序列；
对所述第三基带信息序列和所述第二复共轭序列进行相干叠加运算，获得第四基带信息序列；
对所述第四基带信息序列进行符号解调，获得最终二进制信息序列。
本发明的另一方面提供了一种通信设备，包括上述实施例中任一项所述的发射装置和上述实施例中任一项所述的接收装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明基于OFDM相位共轭副载波的信号收发装置、方法及通信设备通过在并行传输链路中引入相位共轭副载波，在接收端只需要简单的算术平均运算即可有效消除传输过程中的各种相位噪声影响，相比于传统的OFDM调制格式，大大提高了误码性能，有效扩展了光无线通信系统的通信距离，让光无线通信技术的应用范围更加广泛。
2、本发明基于OFDM相位共轭副载波的信号收发装置、方法及通信设备通过在并行传输链路中引入相位共轭副载波，可有效消除载波频率同步误差、移动环境引起的多普勒频率移动以及瞬间采样误差等因素造成的频率偏移或相位偏移的影响。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于OFDM相位共轭副载波的信号发射装置的模块图；
图2是本发明实施例提供的一种基带信号产生模块的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基带信号调制发射模块的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种基于OFDM相位共轭副载波的信号接收装置的模块图；
图5是本发明实施例提供的一种信号处理模块的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种信号恢复模块的结构示意图。
图7是本发明实施例提供的一种基于OFDM相位共轭副载波的信号发射方法的流程图；
图8是本发明实施例提供的一种基带信号产生步骤的处理过程示意图；
图9是本发明实施例提供的一种基带信号调制发射步骤的处理过程示意图；
图10是本发明实施例提供的一种基于OFDM相位共轭副载波的信号接收方法的流程图；
图11是本发明实施例提供的一种信号处理步骤的处理过程示意图；
图12是本发明实施例提供的一种信号恢复步骤的处理过程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明内容做进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例一
本实施例提供了一种基于OFDM相位共轭副载波的信号发射装置。请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于OFDM相位共轭副载波的信号发射装置的模块图。该信号发射装置包括依次连接的基带信号产生模块101、基带信号调制模块102和光信号发射模块103。基带信号产生模块101用于根据待传输的二进制信息序列获得两路第一基带信息序列；基带信号调制模块102用于根据所述两路第一基带信息序列获得两路光信号；光信号发射模块103用于对所述两路光信号进行发射。
具体地，请参见图2和图8，图2是本发明实施例提供的一种基带信号产生模块的结构示意图，图8是本发明实施例提供的一种基带信号产生步骤的处理过程示意图。基带信号产生模块101包括依次连接的符号映射单元1011、第一复共轭运算单元1012和第一信号处理单元1013，其中，符号映射单元1011用于将所述二进制信息序列映射为符号序列；第一复共轭运算单元1012用于对所述符号序列进行复共轭运算，生成一组第一复共轭序列；第一信号处理单元1013用于对所述符号序列和所述第一复共轭序列分别进行训练序列和循环前缀的插入，产生两路并行的第一基带信息序列。
优选地，在本实施例中，在基带信号产生模块101之前还包括串并转换单元1010，用于将二进制信息序列从串行传输转换至并行传输，以减小传输时钟；在第一信号处理单元1013之后还包括并串转换单元1014，以将经第一信号处理单元1013处理后的并行信息序列转换为串行传输信号。
具体地，所述二进制信息序列首先经过串并转换单元1010，从串行传输转换至并行传输；随后经过符号映射单元1011得到符号序列dn。优选地，所述二进制信息序列在符号映射单元1011经过m-QAM(M元正交调幅)或m-PSK(M进制数字相位调制)映射；接着对符号序列dn在第一复共轭运算单元1012进行复共轭运算，生成一组第一复共轭序列
Figure BDA0001952267890000081
在第一信号处理单元1013对两路并行的符号序列dn和第一复共轭序列
Figure BDA0001952267890000082
分别经过快速傅里叶逆变换、训练序列的插入、循环前缀的插入，随后在并串转换单元中进行信号并串转换后产生两路并行的第一基带信息序列xk和x′k。
进一步地，请参见图3和图9，图3是本发明实施例提供的一种基带信号调制发射模块的结构示意图，图9是本发明实施例提供的一种基带信号调制发射步骤的处理过程示意图。所述基带信号调制发射模块102包括依次连接的数模转换单元1021、第一信号放大单元1022和发光单元1023，其中，数模转换单元1021用于对所述两路第一基带信息序列分别进行数模转换，获得两路第一模拟电信号；第一信号放大单元1022用于对所述两路第一模拟电信号分别进行信号放大处理；发光单元1023用于在放大后的所述两路模拟电信号的驱动下产生两路光信号。
优选地，在本实施例中，在第一信号放大单元1022与发光单元1023之间还包括T型偏置器1024，T型偏置器1024分别连接第一信号放大单元1022和发光单元1023，T型偏置器1024用于能够使信号放大区偏置到有效保真的放大范围内，避免信号失真。
具体地，两路并行的第一基带信息序列xk和x′k分别经过数模转换单元1021后转换为模拟电信号，随后，两路模拟电信号分别经过第一信号放大单元1022进行信号放大后输入到T型偏置器1024中与直流偏置电流叠加，后驱动发光单元1023发光以产生两路并行的光信号。优选地，所述发光单元为LD(激光二极管)或LED(发光二极管)。两个并行的光信号的波长可以相同，也可以不相同。
进一步地，所述两路并行的光信号同时进入无线信道中进行传输，其中，所述无线信道可以包括水下信道、大气信道或真空信道等。
实施例二
在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种基于OFDM相位共轭副载波的信号接收装置的模块图。请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种基于OFDM相位共轭副载波的信号接收装置的模块图。本实施例的信号接收装置包括依次连接的光信号接收模块104、信号处理模块105和信号恢复模块106，其中，光信号接收模块104用于接收发射端所发射的两路并行的光信号；信号处理模块105用于根据所述两路光信号获得两路第二基带信息序列；信号恢复模块106用于根据所述两路第二基带信息序列获取最终二进制信息序列。
具体地，请参见图5和图11，图5是本发明实施例提供的一种信号处理模块的结构示意图，图11是本发明实施例提供的一种信号处理步骤的处理过程示意图。所述信号处理模块105包括依次连接的光电转换单元1051、第二信号放大单元1052和模数转换单元1053，其中，光电转换单元1051用于将所述两路光信号转换为两路第二模拟电信号；第二信号放大单元1052用于对所述两路第二模拟电信号分别进行信号放大处理；模数转换单元1053用于将放大后的所述两路第二模拟电信号转换成两路并行的第二数字基带序列。
优选地，在本实施例中，所述信号处理模块105在还包括光电转换单元1051与第二信号放大单元1052之间还包括增益控制单元1054，增益控制单元1054分别连接光电转换单元1051和第二信号放大单元1052，用于使第二信号放大单元1052的增益自动地随信号强度而进行调整。
具体地，经过无线信道传输的两路并行光信号通过光电转换单元1051例如光电探测器转换后变为两路并行的模拟电信号，随后经过增益控制单元1054和第二信号放大单元1052进行电信号放大，随后在模数转换单元1053中进行模数转换后，得到两路并行的第二数字基带序列rk和r′k。
进一步地，请参见图6和图12，图6是本发明实施例提供的一种信号恢复模块的结构示意图，图12是本发明实施例提供的一种信号恢复步骤的处理过程示意图。所述信号恢复模块106包括依次连接的第二信号处理单元1061、第二复共轭运算单元1062和信号恢复单元1063，其中，第二信号处理单元1061用于对所述两路第二基带信息序列进行训练序列和循环前缀的移除，产生两路第三基带信息序列；第二复共轭运算单元1062用于根据所述第三基带信息序列进行复共轭运算，获得一组第二复共轭序列；信号恢复单元1063用于根据所述第三基带信息序列和所述第二复共轭序列获得最终二进制信息序列。
具体地，在所述无线信道接收端接收的两路并行的第二数字基带序列rk和r′k在第二信号处理单元1061中分别经过信号同步、串并转换、循环前缀的移除、快速傅里叶变换以及信道均衡后，产生两路第三基带信息序列
Figure BDA0001952267890000101
和
Figure BDA0001952267890000102
具体地，第一路的第三基带信息序列
Figure BDA0001952267890000103
可以表示为：
Figure BDA0001952267890000104
其中，N为傅里叶变换的点数，k为副载波的序号，k＝0,1,2,...,N-1。假设忽略加性白高斯噪声，则得到
Figure BDA0001952267890000111
其中，
Figure BDA0001952267890000112
称为相位旋转项；
Figure BDA0001952267890000113
称为载波间干扰项。
由于相位噪声φk的存在，引入了相位旋转项和载波间干扰项，而相位旋转项和载波间干扰项的存在会破坏OFDM副载波之间的正交性。
第二路的第三基带信息序列
Figure BDA0001952267890000114
可以表示为：
Figure BDA0001952267890000115
假设忽略加性白高斯噪声，则得到
Figure BDA0001952267890000121
随后，在第二复共轭运算单元中对第二路的第三基带信息序列
Figure BDA0001952267890000122
进行复共轭运算，得到
Figure BDA0001952267890000123
的共轭复数
Figure BDA0001952267890000124
Figure BDA0001952267890000125
接着，在信号恢复单元1063中进行信号叠加和符号解调处理，以得到最终恢复的二进制信息序列。具体地。两路序列
Figure BDA0001952267890000126
和
Figure BDA0001952267890000127
经过简单相干叠加后，得到
Figure BDA0001952267890000128
其中，
Figure BDA0001952267890000131
接着，对
Figure BDA0001952267890000132
进行符号解调后即可得到最终的二进制信息序列。在本实施例中，经过m-QAM(M元正交调幅)或m-PSK(M进制数字相位调制)映射对
Figure BDA0001952267890000133
序列进行符号解调。
对比ψ′(0)和ψ(0)可知，经过上述计算和处理过程，ψ(0)的指数项exp(j·φk)在ψ′(0)中变为了cos(φk)，因此相位旋转项φk被消除，而且cos(φk)≤1，因此它对dn的加权也减小了。而对比ψ′(m-n)和ψ(m-n)可知，指数项
Figure BDA0001952267890000134
变为了
Figure BDA0001952267890000135
因此相位旋转项也被消除，而且
Figure BDA0001952267890000136
使得载波间的串扰得到大幅度减小。因此利用本实施例的方法可消除由载波频率同步误差、移动环境引起的多普勒频率移动以及瞬间采样误差等因素造成的频率偏移或相位偏移的影响，大幅提高系统误码性能，扩大了通信距离。
本实施例的信号发送装置和信号接收装置通过在并行传输链路中引入相位共轭副载波，在接收端只需要简单的算术平均运算即可有效消除传输过程中的各种相位噪声影响，相比于传统的OFDM调制格式，大大提高了误码性能，有效扩展了光无线通信系统的通信距离，让光无线通信技术的应用范围更加广泛。
实施例三
在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种基于OFDM相位共轭副载波的信号发射方法，请参见图7，图7是本发明实施例提供的一种基于OFDM相位共轭副载波的信号发射方法的流程图。如图所示，该方法包括：
S1：根据待传输的二进制信息序列获得两路第一基带信息序列；
S2：根据所述两路第一基带信息序列获得两路光信号；
S3：对所述两路光信号进行发射。
进一步地，所述S1包括：
S11：将所述二进制信息序列映射为符号序列；
具体地，请参见图8，在本实施例中，所述二进制信息序列首先经过串并转换，从串行传输转换至并行传输，以减小传输时钟；随后，经过符号映射，所述二进制信息序列转换为符号序列dn。优选地，所述二进制信息序列经过m-QAM(M元正交调幅)或m-PSK(M进制数字相位调制)映射得到符号序列dn。
S12：对所述符号序列进行复共轭运算，生成一组第一复共轭序列；
具体地，对符号序列dn进行复共轭运算，生成一组第一复共轭序列
Figure BDA0001952267890000141
也就是说，第一复共轭序列
Figure BDA0001952267890000142
是符号序列dn的共轭复数，其实部相等，虚部互为相反数。
S13：对所述符号序列和所述第一复共轭序列分别进行训练序列和循环前缀的插入，产生两路并行的第一基带信息序列。
对符号序列dn和第一复共轭序列
Figure BDA0001952267890000143
分别经过快速傅里叶逆变换、训练序列的插入、循环前缀的插入以及并串转换后产生两路并行的第一基带信息序列xk和x′k。其中，并串转换为将符号序列dn和第一复共轭序列
Figure BDA0001952267890000144
从并行传输再次转换至串行传输。
具体地，所述两路并行的第一基带信息序列xk和x′k均为OFDM信号，其表达式分别为：
Figure BDA0001952267890000151
其中，dn是二进制信息序列经过m-QAM或m-PSK映射后的数据符号，N为傅里叶变换的点数，k为副载波的序号，k＝0,1,2,...,N-1；
Figure BDA0001952267890000152
其中，
Figure BDA0001952267890000153
是符号序列dn的共轭复数。
进一步地，S2包括：对所述两路第一基带信息序列分别进行数模转换，获得两路第一模拟电信号；对所述两路第一模拟电信号分别进行信号放大处理；在放大后的所述两路模拟电信号的驱动下产生两路光信号。
请参见图9，具体地，两路并行的第一基带信息序列xk和x′k分别经过数模转换单元后转换为模拟电信号，随后，两路并行的所述模拟电信号分别经过信号放大后输入到偏置单元中与直流偏置电流叠加，随后驱动发光电源发光以产生两路并行的光信号。优选地，所述发光单元为LD(激光二极管)或LED(发光二极管)。所述偏置单元为T型偏置器。
需要说明的是，如果第一路基带信息序列xk驱动发光单元产生的光信号的波长为λ1，那么第二路基带信息序列x′k信号驱动发光单元产生的光信号的波长可以为λ1，也可以为λ2，即两个并行的光信号的波长可以相同，也可以不相同。
随后，所述两路并行的光信号同时进入无线信道进行传输，其中，所述无线信道可以包括水下信道、大气信道或真空信道等。
实施例四
在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种基于OFDM相位共轭副载波的信号接收方法。请参见图10，图10是本发明实施例提供的一种基于OFDM相位共轭副载波的信号接收方法的流程图。该信号接收方法包括：
步骤1：对接收端产生的两路并行的光信号进行接收；
步骤2：根据所述两路光信号获得两路第二基带信息序列；
步骤3：根据所述两路第二基带信息序列获取最终二进制信息序列。
所述步骤2包括：将所述两路光信号转换为两路第二模拟电信号；对所述两路第二模拟电信号分别进行信号放大处理；将放大后的所述两路第二模拟电信号转换成两路并行的第二数字基带序列。
具体地，请参见图11，图11是本发明实施例提供的一种光信号处理收步骤的处理过程示意图。经过无线信道传输的两路并行的光信号分别通过光电转换装置例如光电探测器转换后重新变为两路并行的模拟电信号，随后经过自动增益控制、电信号放大和模数转换后，得到两路并行的第二数字基带序列rk和rk′。
在本实施例中，第一路第二数字基带序列rk可以表示为：
Figure BDA0001952267890000161
其中，φk是第一数字基带序列xk在传输过程中所经受的相位噪声，wk是加性白高斯噪声。所述相位噪声包括载波频率同步误差、移动环境引起的多普勒频率移动和瞬间采样误差等因素造成的频率偏移或相位偏移，以及无线信道可能引入的相位噪声。
第二路第二数字基带序列r′k可以表示为：
Figure BDA0001952267890000162
其中，φk是第一数字基带序列x′k在传输过程中所经受的相位噪声，w′k是加性白高斯噪声。
接着，所述S5包括：对所述两路第二基带信息序列进行训练序列和循环前缀的移除，产生两路第三基带信息序列；根据所述第三基带信息序列进行复共轭运算，获得一组第二复共轭序列；根据所述第三基带信息序列和所述第二复共轭序列获得最终二进制信息序列。
请参见图12，图12是本发明实施例提供的一种信号恢复步骤的处理过程示意图。在所述无线信道接收端接收的两路并行的第二数字基带序列rk和r′k分别经过信号同步、串并转换、循环前缀的移除、快速傅里叶变换以及信道均衡后，产生两路第三基带信息序列
Figure BDA0001952267890000171
和
Figure BDA0001952267890000172
具体地，第一路的第三基带信息序列
Figure BDA0001952267890000173
可以表示为：
Figure BDA0001952267890000174
假设忽略加性白高斯噪声，则得到
Figure BDA0001952267890000175
其中，N为傅里叶变换的点数，k为副载波的序号，k＝0,1,2,...,N-1；
Figure BDA0001952267890000181
称为相位旋转项；
Figure BDA0001952267890000182
称为载波间干扰项。
由于相位噪声φk的存在，引入了相位旋转项和载波间干扰项，而相位旋转项和载波间干扰项的存在会破坏OFDM副载波之间的正交性。
进一步地，第二路的第三基带信息序列
Figure BDA0001952267890000183
可以表示为：
Figure BDA0001952267890000184
假设忽略加性白高斯噪声，则得到
Figure BDA0001952267890000185
随后，对第二路的第三基带信息序列
Figure BDA0001952267890000186
进行复共轭运算，得到
Figure BDA0001952267890000187
的共轭复数
Figure BDA0001952267890000188
Figure BDA0001952267890000189
接着，两路序列
Figure BDA0001952267890000191
和
Figure BDA0001952267890000192
经过简单相干叠加后，得到
Figure BDA0001952267890000193
其中，
Figure BDA0001952267890000194
对
Figure BDA0001952267890000195
进行符号解调后即可得到最终的二进制信息序列。对比ψ′(0)和ψ(0)可知，经过上述计算和处理过程，ψ(0)的指数项exp(j·φk)在ψ′(0)中变为了cos(φk)，因此相位旋转项φk被消除，而且cos(φk)≤1，因此它对dn的加权也减小了。而对比ψ′(m-n)和ψ(m-n)可知，指数项
Figure BDA0001952267890000196
变为了
Figure BDA0001952267890000197
因此相位旋转项也被消除，而且
Figure BDA0001952267890000198
使得载波间的串扰得到大幅度减小。因此利用本实施例的方法可消除了由载波频率同步误差、移动环境引起的多普勒频率移动以及瞬间采样误差等因素造成的频率偏移或相位偏移的影响大幅提高系统误码性能，扩大了通信距离。
此外，本发明的另一实施例提供了一种无线通信设备，包括上述实施例中任一项所述的发射装置和上述实施例中任一项所述的接收装置。本实施例的无线通信设备可以是临近空间平台上的无线光通信中继设备、应急无线光通信端机、水下潜航器的高速数据无线传输设备、物联网的高速无线互联设备等。
本实施例的信号发射方法和信号接收方法通过在并行传输链路中引入相位共轭副载波，在接收端只需要简单的算术平均运算即可有效消除传输过程中的各种相位噪声影响，相比于传统的OFDM调制格式，大大提高了误码性能，有效扩展了光无线通信系统的通信距离，让光无线通信技术的应用范围更加广泛。此外，本实施例的方法可有效消除载波频率同步误差、移动环境引起的多普勒频率移动以及瞬间采样误差等因素造成的频率偏移或相位偏移的影响。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于OFDM相位共轭副载波的信号发射装置，其特征在于，包括：
基带信号产生模块(101)，用于根据待传输的二进制信息序列获得两路第一基带信息序列；
基带信号调制模块(102)，用于根据所述两路第一基带信息序列获得两路光信号；
光信号发射模块(103)，用于对所述两路光信号进行发射。
2.根据权利要求1所述的信号发射装置，其特征在于，所述基带信号产生模块(101)包括：
符号映射单元(1011)，用于将所述二进制信息序列映射为符号序列；
第一复共轭运算单元(1012)，用于对所述符号序列进行复共轭运算，生成一组第一复共轭序列；
第一信号处理单元(1013)，用于对所述符号序列和所述第一复共轭序列分别进行训练序列和循环前缀的插入，产生两路并行的第一基带信息序列。
3.根据权利要求1或2所述的信号发射装置，其特征在于，所述基带信号调制发射模块(102)包括：
数模转换单元(1021)，用于对所述两路第一基带信息序列分别进行数模转换，获得两路第一模拟电信号；
第一信号放大单元(1022)，用于对所述两路第一模拟电信号分别进行信号放大处理；
发光单元(1023)，用于在放大后的所述两路模拟电信号的驱动下产生两路光信号。
4.一种基于OFDM相位共轭副载波的信号接收装置，其特征在于，包括：
光信号接收模块(104)，用于接收发射端所发射的两路并行的光信号；
信号处理模块(105)，用于根据所述两路光信号获得两路第二基带信息序列；
信号恢复模块(106)，用于根据所述两路第二基带信息序列获取二进制信息序列。
5.根据权利要求4所述的信号接收装置，其特征在于，所述信号处理模块(105)包括：
光电转换单元(1051)，用于将所述两路光信号转换为两路第二模拟电信号；
第二信号放大单元(1052)，用于对所述两路第二模拟电信号分别进行信号放大处理；
模数转换单元(1053)，用于将放大后的所述两路第二模拟电信号转换成两路并行的第二数字基带序列。
6.根据权利要求4或5所述的信号接收装置，其特征在于，所述信号恢复模块(106)包括：
第二信号处理单元(1061)，用于对所述两路第二基带信息序列进行训练序列和循环前缀的移除，产生两路第三基带信息序列；
第二复共轭运算单元(1062)，用于对所述第三基带信息序列进行复共轭运算，获得一组第二复共轭序列；
信号恢复单元(1063)，用于对所述第三基带信息序列和所述第二复共轭序列进行相干叠加运算获得第四基带信息序列，对所述第四基带信息序列进行符号解调，以获得所述二进制信息序列。
7.一种基于OFDM相位共轭副载波的信号发射方法，其特征在于，包括：
将所述二进制信息序列映射为符号序列；
对所述符号序列进行复共轭运算，生成一组第一复共轭序列；
对所述符号序列和所述第一复共轭序列分别进行训练序列和循环前缀的插入，产生两路并行的第一基带信息序列；
根据所述两路第一基带信息序列获得两路光信号；
对所述两路光信号进行发射。
8.一种基于OFDM相位共轭副载波的信号接收方法，其特征在于，包括：
对接收端产生的两路并行的光信号进行接收；
根据所述两路光信号获得两路第二基带信息序列；
根据所述两路第二基带信息序列获取最终二进制信息序列。
9.根据权利要求8所述的信号接收方法，其特征在于，根据所述两路第二基带信息序列获取最终二进制信息序列，包括：
对所述两路第二基带信息序列进行训练序列和循环前缀的移除，产生两路第三基带信息序列；
根据所述第三基带信息序列进行复共轭运算，获得一组第二复共轭序列；
对所述第三基带信息序列和所述第二复共轭序列进行相干叠加运算，获得第四基带信息序列；
对所述第四基带信息序列进行符号解调，获得最终二进制信息序列。
10.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1-3中任一项所述的发射装置和如权利要求4-6中任一项所述的接收装置。
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