CN112636840A - 一种适用于多载波频域调制信号的擦除方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种适用于多载波频域调制信号的擦除方法及装置，涉及光通信系统中的多载波频域调制领域，包括步骤：从多载波频域信号的传输链路分离出部分信号进行数据采样，采样后的数字信号进行FFT，按照频谱位置对应关系解映射恢复出加载的信号；选择需要做时钟恢复的频点，通过相邻两次FFT后该频点的相位差评估相位漂移，取相邻多次相位漂移结果的平均值来调整本地参考时钟的频率；当调整后的参考时钟与发端时钟同步时，在需要擦除子载波的频点产生一个强度相同、且相位相反的子载波信号，进行IFFT，得到的结果与传输链路的多载波频域信号叠加。本发明实现光标签数据从1到0的修改，使得多载波频域调制信号可以根据需要灵活修改。

Description

一种适用于多载波频域调制信号的擦除方法及装置
技术领域
本发明涉及光通信系统中的多载波频域调制领域，具体来讲涉及一种适用于多载波频域调制信号的擦除方法及装置。
背景技术
目前，光通信网络正朝着更高速率，更大容量，更远距离的方向不断发展。多种调制格式在不同场景下发挥了自身优势，其中多载波频域调制信号由于频谱效率高，能够实现更高的速率和带宽，正受到越来越广泛的重视。同时，随着在网络容量和速率大幅提升，对不同信道的管理和维护显得尤为重要。
在光网络系统中，为了便于管理，基于多载波频域调制信号的光标签是一种有效的方法。它可以利用空闲频段，通过多载波频域调制的方式，加载管理信息，比如源地址、目的地址、调制格式等。通过这些信息，运营商可以在网络节点处，对信号进行识别并完成管理功能，如全光交换、信号质量评估等。将光标签信号与高速信号分离，在空闲频段使用多载波频域调制，无需解调高速光信号即可完成信号提取，降低了算法和器件的成本，提高了处理效率，便于统一管理和维护。
但是，现有的基于多载波频域调制方式实现的光标签系统中，所携带的光标签数据是固定的，对于需要在网络节点处对光标签数据进行修改的场景，还缺乏灵活的解决方法。虽然基于现有技术，可以使用与发端相同的加载光标签信号的方法来实现数据从0到1的修改，但是仍旧无法实现数据从1到0的修改。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于多载波频域调制信号的擦除方法及装置，实现光标签数据从1到0的修改，使得多载波频域调制信号不再是固定的，是可以根据需要灵活修改的。
为达到以上目的，一方面，采取一种适用于多载波频域调制信号的擦除方法，包括步骤：
S1、从多载波频域信号的传输链路分离出部分信号进行数据采样，采样后的数字信号进行快速傅立叶变换FFT，按照频谱位置对应关系解映射恢复出加载的信号；
S2、选择需要做时钟恢复的频点，通过相邻两次FFT后该频点的相位差评估相位漂移，取相邻多次相位漂移结果的平均值来调整本地参考时钟的频率；
S3、判断调整后的参考时钟与发端时钟是否同步，若是，进入S4；若否，转入S1；
S4、在需要擦除子载波的频点产生一个强度相同、且相位相反的子载波信号，进行快速傅里叶逆变换IFFT，得到的结果与传输链路的多载波频域信号叠加，即擦除对应频点信号。
优选的，所述S1中经过FFT后，根据FFT结果生成多载波频域调制信号中数据与频谱映射关系图，展示频点是否具有子载波，并结合恢复出加载的子载波信号，得到哪些频点需要擦除。
优选的，所述S2中，取相邻多次相位漂移结果的平均值，包括：
Figure BDA0002808121730000021
其中，l表示一次FFT输出一组结果的序列号，Δθ(n)为相邻多次相位漂移结果的平均值，m为求取平均值的相位漂移结果的次数，且m≥1，n为用于时钟恢复的频点序号；θ(n)为根据FFT输出的复数结果，计算得到的相位。
优选的，所述S2中，采用压控晶振调整本地参考时钟的频率，压控晶振的输入电压V的更新公式为：
V＝V-μΔθ(n)
其中，μ为更新系数，取值范围是0.01至0.0001。
优选的，根据FFT的结果，得到对应频点的强度和相位为：
FFToutput(x)＝Re(x)+j*IM(x)
其中，FFToutput(x)为FFT计算的结果，x为需要擦除子载波的频点序号；
步骤S4中，生成强度相同、且相位相反的子载波信号为：
IFFTinput(x)＝-Re(x)-j*IM(x)。
另一方面，还提供一种用于多载波频域调制信号的擦除装置，包括：
数据采样模块，其用于从多载波频域信号的传输链路中分离出部分信号进行数据采样；
FFT模块，其用于对采样后的数字信号进行FFT；
数据映射模块，用于根据FFT模块的输出结果，得到多载波频域调制信号中数据与频谱映射关系图；
时钟恢复模块，用于按照频谱位置对应关系解映射恢复出加载的信号，从数据与频谱映射关系图中选择需要擦除子载波的频点，通过相邻两次FFT后该频点的相位差计算相位漂移，取相邻多次相位漂移结果的平均值；
压控晶振，采用所述平均值计算输入电压，调整本地参考时钟的频率，使调整后的参考时钟与发端时钟同步；
信号发生模块，在需要擦除子载波的频点产生一个强度相同、且相位相反的子载波信号；
IFFT模块，对信号发生模块产生的子载波信号进行IFFT；
数据发送模块，将IFFT模块的输出结果发给传输链路，与多载波频域信号叠加，即擦除对应频点信号。
优选的，当所述压控晶振调整后，参考时钟与发端时钟不同步，则数据采样模块再次进行数据采样，FFT模块对采样后的数字信号进行FFT，时钟恢复模块再次计算平均值，压控晶振重新调整，直至调整后的参考时钟与发端时钟同步。
优选的，所述恢复模块获取的相邻多次相位漂移结果的平均值Δθ(n)为：
Figure BDA0002808121730000041
其中，l表示一次FFT输出结果的序列号，Δθ(n)为相邻多次相位漂移结果的平均值，m为求取平均值的相位漂移结果的次数，且m≥1，n为用于时钟恢复的频点序号；θ(n)为根据FFT输出的复数结果，计算得到的相位。
优选的，采用压控晶振调整本地参考时钟的频率，压控晶振的输入电压V的更新公式为：
V＝V-μΔθ(n)
其中，μ为更新系数，取值范围是0.01至0.0001。
优选的，所述擦除装置连接于多载波频域调制通信系统的传输链路上。
上述技术方案中的一个具有如下有益效果：
针对在传输链路的中间节点处需要修改多载波频域调制信号的场景，首先在传输链路上获取多载波信号，通过时钟恢复，使本地参考时钟与发端时钟同步。然后，确定需要擦除的目标子载波，可以是一个或多个，生成与目标子载波强度相同、相位相反的信号加载到传输链路上，来实现对目标子载波的擦除，即数据从1到0的修改。通过此方法与发端加载信号的方式相结合，实现数据的灵活修改功能。
附图说明
图1为本发明实施例中多载波频域调制信号中数据与频谱映射关系的示意图；
图2为本发明实施例适用于多载波频域调制信号的擦除系统框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在多载波频域调制通信系统中，通常有一个固定的频段，由多个子载波组成，在不同子载波上分别加载信号并传输。在发射端，首先将发送数据映射到多载波序列中，然后通过IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，快速傅里叶逆变换)转换为时域信号并发送。在信号的接收方面，对时域数据采样后，通过FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)转换为频域信号，在多个子载波频点检测调制信号，然后按载波序列解映射得到数据。
本发明擦除方法主要针对在上述通信系统中，传输链路的中间节点处需要擦除多载波频域调制信号的场景，即针对多载波频域调制信号中数据与频谱映射关系中，数据1到0的修改。
本发明实施例一种适用于多载波频域调制信号的擦除方法，包括如下步骤：
S1、从多载波频域信号的传输链路分离出部分信号进行数据采样，采样后的数字信号进行快速傅立叶变换FFT，按照频谱位置对应关系解映射恢复出加载的信号；
S2、选择需要做时钟恢复频点，通过相邻两次FFT后该频点的相位差评估相位漂移，取相邻多次相位漂移结果的平均值来调整本地参考时钟的频率；
S3、判断调整后的参考时钟与发端时钟是否同步，若是，进入S4；若否，转入S1；
S4、在需要擦除子载波的频点产生一个强度相同、且相位相反的子载波信号，进行快速傅里叶逆变换IFFT，得到的结果与传输链路的多载波频域信号叠加，即擦除对应频点信号。
具体的，上述步骤S1中，分离5％的信号进行数据采样后，对得到的数字信号进行一次FFT，完成一组时域数据到频域数据的变换，得到信道内传输的多载波频域调制信号的频谱。进一步的，FFT的输出结果可以表示为：
FFToutput(i)＝Re(i)+j*IM(i)
其中，Re代表FFT输出结果的实部，IM代表FFT输出结果的虚部，i为一次FFT输出一组结果中所有频点的序号。从FFT的输出结果可以得到多载波频域调制信号中数据与频谱映射关系，如图1所示。图1中，数据频段由多个子载波组成，通常用1或0指代子载波信号的有无，有子载波信号用1表示，无子载波信号用0表示。根据图1可以判断出哪些频点有子载波信号，哪些频点没有子载波信号，结合频谱位置对应关系，解映射恢复出加载的信号。
上述步骤S2中，在FFT输出结果的所有频点中，选取任一子载波为1的频点，从FFT输出的复数结果，可以计算相位得到θ。
例如，第n个频点的子载波为1，n∈i，用该频点做时钟恢复，其相位是：
θ(n)＝phase[FFToutput(n)]
选取该频点上的子载波，通过比较相邻两组FFT后该频点的相位差评估相位漂移，计算相邻多次相位漂移结果的平均值：
Figure BDA0002808121730000071
其中，l表示一次FFT输出结果的序列号，每次FFT输出的是一组完整的结果；m为求取平均值的相位漂移结果的次数，且m≥1；n为用于时钟恢复的频点序号；Δθ(n)为相邻多次相位漂移结果的平均值。
本实施例中，采用压控晶振调整本地参考时钟的频率，根据上述平均值来更新压控晶振的输入电压V：
V＝V-μΔθ(n)
其中，μ是一个微小的更新系数，根据系统的时钟收敛速度取值，取值范围是0.01至0.0001。将相位漂移的结果以一定的比例反馈到压控晶振的输入电压上调整本地参考时钟。
优选的，上述m选择50，μ取0.0001。
反复迭代步骤S1和S2，直至调整后的参考时钟与发端时钟完成同步。
上述步骤S4中，完成时钟同步后，针对需要擦除子载波的频点产生一个强度相同、且相位相反的子载波信号。根据FFT的输出，该频点的强度和相位是已知的：
FFToutput(x)＝Re(x)+j*IM(x)
其中，x为需要擦除子载波的频点序号，也就是需要从1改为0的频点序号。生成与FFT输出结果反向的实部和虚部信号，作为IFFT的输入：
IFFTinput(x)＝-Re(x)-j*IM(x)
IFFT的输出发送回传输链路，与传输链路上被分离部分信号的多载波频域信号叠加，就可以擦除对应频点的信号。
对于有多个需要抑制的子载波情况，与上述步骤相同。
如图2所示，提供一种用于多载波频域调制信号的擦除装置的实施例，连接于多载波频域信号的传输链路上，用于实现上述方法。该装置包括数据采样模块、FFT模块、时钟恢复模块、压控晶振、数据映射模块、IFFT模块和数据发送模块。
数据采样模块，用于从多载波频域信号的传输链路中，分离出部分信号进行数据采样。
FFT模块，用于对采样后的数字信号进行FFT。
数据映射模块，用于根据FFT模块的输出结果，生成多载波频域调制信号中数据与频谱映射关系图；
时钟恢复模块，用于按照频谱位置对应关系解映射恢复出加载的信号，从数据与频谱映射关系图中选择需要擦除子载波的频点，通过相邻两次FFT后该频点的相位差计算相位漂移，取相邻多次相位漂移结果的平均值。
压控晶振，采用平均值计算输入电压，调整本地参考时钟的频率，使调整后的参考时钟与发端时钟同步。
信号发生模块，在需要擦除子载波的频点产生一个与该次FFT结果强度相同、且相位相反的子载波信号。
IFFT模块，对信号发生模块产生的子载波信号进行IFFT。
数据发送模块，将IFFT模块的输出结果发给传输链路，与多载波频域信号叠加(叠加可以通过加法器实现)，即擦除对应频点信号。
当上述压控晶振调整后，参考时钟与发端时钟不同步，则数据采样模块再次进行数据采样，FFT模块对采样后的数字信号进行FFT，时钟恢复模块再次计算平均值，压控晶振重新调整，直至调整后的参考时钟与发端时钟同步。
上述实施例中，需要擦除的子载波可以是一个，也可以是多个，通过数据从1到0的修改，实现目标子载波的擦除，若结合发送端数据从0到1的产生，即可实现数据的灵活修改功能。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于多载波频域调制信号的擦除方法，其特征在于，包括步骤：
S1、从多载波频域信号的传输链路分离出部分信号进行数据采样，采样后的数字信号进行快速傅立叶变换FFT，按照频谱位置对应关系解映射恢复出加载的信号；
S2、选择需要做时钟恢复的频点，通过相邻两次FFT后该频点的相位差评估相位漂移，取相邻多次相位漂移结果的平均值来调整本地参考时钟的频率；
S3、判断调整后的参考时钟与发端时钟是否同步，若是，进入S4；若否，转入S1；
S4、在需要擦除子载波的频点产生一个强度相同、且相位相反的子载波信号，进行快速傅里叶逆变换IFFT，得到的结果与传输链路的多载波频域信号叠加，即擦除对应频点信号。
2.如权利要求1所述的适用于多载波频域调制信号的擦除方法，其特征在于，所述S1中经过FFT后，根据FFT结果生成多载波频域调制信号中数据与频谱映射关系图，展示频点是否具有子载波，并结合恢复出加载的子载波信号，得到哪些频点需要擦除。
3.如权利要求1所述的适用于多载波频域调制信号的擦除方法，其特征在于，所述S2中，取相邻多次相位漂移结果的平均值，包括：
Figure FDA0002808121720000011
其中，l表示一次FFT输出一组结果的序列号，Δθ(n)为相邻多次相位漂移结果的平均值，m为求取平均值的相位漂移结果的次数，且m≥1，n为用于时钟恢复的频点序号；θ(n)为根据FFT输出的复数结果，计算得到的相位。
4.如权利要求3所述的适用于多载波频域调制信号的擦除方法，其特征在于，所述S2中，采用压控晶振调整本地参考时钟的频率，压控晶振的输入电压V的更新公式为：
V＝V-μΔθ(n)
其中，μ为更新系数，取值范围是0.01至0.0001。
5.如权利要求1所述的适用于多载波频域调制信号的擦除方法，其特征在于，根据FFT的结果，得到对应频点的强度和相位为：
FFToutput(x)＝Re(x)+j*IM(x)
其中，FFToutput(x)为FFT计算的结果，x为需要擦除子载波的频点序号；
步骤S4中，生成强度相同、且相位相反的子载波信号为：
IFFTinput(x)＝-Re(x)-j*IM(x)。
6.一种用于多载波频域调制信号的擦除装置，其特征在于，包括：
数据采样模块，其用于从多载波频域信号的传输链路中分离出部分信号进行数据采样；
FFT模块，其用于对采样后的数字信号进行FFT；
数据映射模块，用于根据FFT模块的输出结果，得到多载波频域调制信号中数据与频谱映射关系图；
时钟恢复模块，用于按照频谱位置对应关系解映射恢复出加载的信号，从数据与频谱映射关系图中选择需要擦除子载波的频点，通过相邻两次FFT后该频点的相位差计算相位漂移，取相邻多次相位漂移结果的平均值；
压控晶振，采用所述平均值计算输入电压，调整本地参考时钟的频率，使调整后的参考时钟与发端时钟同步；
信号发生模块，在需要擦除子载波的频点产生一个强度相同、且相位相反的子载波信号；
IFFT模块，对信号发生模块产生的子载波信号进行IFFT；
数据发送模块，将IFFT模块的输出结果发给传输链路，与多载波频域信号叠加，即擦除对应频点信号。
7.如权利要求6所述的用于多载波频域调制信号的擦除装置，其特征在于，
当所述压控晶振调整后，参考时钟与发端时钟不同步，则数据采样模块再次进行数据采样，FFT模块对采样后的数字信号进行FFT，时钟恢复模块再次计算平均值，压控晶振重新调整，直至调整后的参考时钟与发端时钟同步。
8.如权利要求7所述的用于多载波频域调制信号的擦除装置，其特征在于，
所述恢复模块获取的相邻多次相位漂移结果的平均值Δθ(n)为：
Figure FDA0002808121720000031
其中，l表示一次FFT输出结果的序列号，Δθ(n)为相邻多次相位漂移结果的平均值，m为求取平均值的相位漂移结果的次数，且m≥1，n为用于时钟恢复的频点序号；θ(n)为根据FFT输出的复数结果，计算得到的相位。
9.如权利要求7所述的用于多载波频域调制信号的擦除装置，其特征在于，采用压控晶振调整本地参考时钟的频率，压控晶振的输入电压V的更新公式为：
V＝V-μΔθ(n)
其中，μ为更新系数，取值范围是0.01至0.0001。
10.如权利要求6所述的用于多载波频域调制信号的擦除装置，其特征在于，所述擦除装置连接于多载波频域调制通信系统的传输链路上。
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