CN113411131A - 一种数模信号混合传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数模信号混合传输方法，该方法将多个数字信号及模拟信号置于同一信道内进行传输。传输的数字信号和模拟信号在正交的条件下密集程度越高，传输复用的效率越高。为了约束数字信号与模拟信号进行叠加后的功率引入一种功率约束方法，使得叠加后的信号处于器件的线性放大区域，保证传输条件的稳定。设计一种复数组数字基带信号与模拟射频信号的联合传输方法，将不同类型的信号通过多分配模块进行发射和接收。本发明在接收端采用了数模信号解混合模块，保证了信号在发送和接收时的独立性和信号传输过程中的稳定性、正交性。

Description

一种数模信号混合传输方法

技术领域

本发明涉及短距离光通信技术，特别涉及适用于短距离光载无线网络的数模信号混合传输方法。

背景技术

光纤通信系统中，尤其是光载无线通信系统中，进行多种业务信号的同时传输时候，系统较复杂，频谱利用较低。本方案提出的方法提高了光载无线系统中传输基带信号时的频谱利用率。

为了解决短距离光通信中，尤其是物联网和车联网中光载无线传输场景下的数字信号与模拟信号混合叠加后的同时传输问题，以下简称数模信号混合传输，需要一种低成本高频谱利用的多信号传输方案。

传统的光载无线通信系统中传输的信号单一种类信号。而随着用户需求的不断提高，业务种类越来越多，对应不同的信号类型。如果分别对不同信号进行传输不仅设备利用率低，频谱利用率也会比较低。

为了很好克服上述缺陷，该发明提出光载无线系统中的数模信号混合传输技术，使用一套发送和接收设备在一个信道上实现数模信号的混合传输。该发明对光接入网和物联网、车联网等领域具有重要研究意义，是接入网高速光通信领域的研究人员的重点研究方向之一，具有重要研究价值和广阔应用前景。

发明内容

本发明提供了一种数模信号混合传输方法。为满足多种信号的同时传输需求，将多种数字信号与模拟信号进行混合叠加，之后经过同一个光波进行传输。模拟信号频域上位于数字信号频带之间的包络谷底，该发明可有效利用基带信号间的频谱特性插入模拟射频信号，实现较高的频谱利用效率。且各数字信号与模拟信号之间是相互正交的，接收端与正交载波相乘后可以分离为独立的数字信号与模拟信号。

本发明的技术方案主要包括，约束数字信号与模拟信号叠加时的信号功率方法；数模信号混合传输系统，包括发送机部分和接收机部分。

一、所述约束数字信号与模拟信号叠加时的信号功率方法，其主要包括EVM测算模块和输入信号功率调整模块。

所述数字信号采用调制方式为OOK格式，也可为PAM4格式。

(一)、所述输入信号功率调整模块对模拟信号功率进行调节，将模拟信号输入模块依次增大，直至达到调制器的非线性区。

(二)、所述EVM测算模块计算每次调整输入功率后的模拟信号EVM值并记录。所述EVM测算模块可计算模拟信号的输入动态范围，将所记录的EVM值变化曲线与通信要求的EVM最低门限进行比较，EVM曲线的U形线与通信最低门限的交点处的两个模拟信号输入功率之差为输入动态范围。

所述约束数字信号与模拟信号叠加时的信号功率方法将在调整数字信号的输入功率后重复执行上述步骤，得到数字信号输入功率与模拟信号的输入动态范围的对应关系。

最终的约束条件关系由此对应关系得到，数字信号的输入功率在调制器的线性工作范围内尽可能大以抵御噪声的影响。模拟信号的输入动态范围要也应尽可能大实现更好传输性能。两者存在制约关系，而且会因调制器的不同而不同。

二、所述数模混合传输系统的发送机部分数字信号调制模块，模拟信号调制模块，数模信号混合模块，光调制器模块，光滤波器模块和光放大器模块。

(一)、所述数字信号调制模块将数字信号源调制为OOK信号或PAM4格式。

(二)、所述模拟信号调制模块将模拟信号信号输入源提供的信号调制为射频模拟信号。

(三)、所述数模信号混合模块将数字信号经过低通滤波，保留数字信号主瓣部分，并经过正交移频得到连续频谱信号，其中模拟信号的中心频率位于数字信号主瓣之间的包络波谷处。

(四)、所述光调制器模块，将数模信号混合模块的信号输出电信号调制到光载波上。

(五)、所述光滤波器模块将光调制器模块的输出信号的中心光谱以外的光噪声过滤。

(六)、所述光放大器模块将调制后的光波放大到足够强度之后经过光纤链路进行传输。

三、所述数模混合传输系统的接收机部分包括光解调器，数模信号解混合模块，数字信号解调模块，模拟信号解调模块。

(一)、所述光解调器将经过光纤链路传输的光波信号进行解调，光解调器包括但不限于直接检调器PD。

(二)、所述数模信号解混合模块使用正交载波与数模混合信号相乘得到分离的数字信号主瓣。

(三)、所述数字信号解调模块将各数字信号解调为数字信息。

(四)、所述模拟信号解调模块将模拟信号解调为电信号。

本发明的有益效益：利用数模信号混合模块将多个数字信号与模拟信号进行混合叠加，多个信号合为一路信号后经过光纤链路传输，有效复用了光载无线系统中的光发射设备和光接收设备。采用的混合叠加方式将模拟信号置于数字信号的频域包络波谷上，有效提高了频谱效率。该系统应用范围广泛，通信质量可靠，可有效解决多种业务信号在单一光纤信道同时传输的需求。

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附图。

图1为本发明实施例提供的数模信号混合传输方法的模块化示意图，不同的模块完成不同的功能

图2为本发明实施例提供的功率约束关系获得过程图

图3为本发明实施例提供的数模信号混合与数模解混合流程示意图

图4位本发明实施例提供的数模混合信号频谱示意图

具体实施方式

为了使本发明的技术方案更加清楚，下面先结合附图和具体实施例对本发明的数模信号混合传输方法进行详细描述。

一种数模信号混合传输方法的整体方案图如图1所示。本发明的发射机部分包括数字信号调制模块，模拟信号调制模块，数模信号混合模块，光调制器模块，光滤波器以及光放大器。

接收机部分包括光解调器模块，数模信号解混合模块，数字信号解调模块以及模拟信号解调模块。

所述一种数模信号混合传输方法的工作步骤如下：

首先，如图1所示，需要发送的信息分别经过数字信号调制模块和模拟信号调制模块进行调制后得到多路电信号，图1 中只表示了两路信号，实际上可以包含多路数字信号和模拟信号的同时传输。

各路数字信号与模拟信号分别经过数模信号混合模块，数模信号混合模块可见图3，在数模信号混合模块中包含以下模块，分别是低通滤波器模块，升余弦滤波模块，正交频移模块和最终的混合信号输出模块。将数字信号进行低通滤波模块后，仅保留主瓣部分。然后在通过升滤波模块，之后数字信号经过正交移频模块，得到多路数字信号混合叠加的连续频谱信号，其频谱具有规律性的波谷。将窄带的模拟信号直接移频该波谷处，得到的数模混合信号频谱具有的特征如图4所示。

所述数模混合信号经过光调制器模块后得到经过数模混合信号的光调制信号。该光调制信号经过光滤波器模块后过滤掉不必要的光旁瓣噪声，之后经过光放大器放大到适合传输的功率，即可经过光纤链路进行传输。

接收端的光调制器接收到上述经过光纤链路的光信号后进行解调即可得到电信号，即为接收到的数模混合信号，该光调制器包括但不限制于PD。

所述接收到的数模混合信号经过数模信号解混合模块可得到分离的数字信号与模拟信号。

所述数模信号解混合模块的处理步骤如图2右侧的流程所示，数模混合信号经过正交移频后即可分离出数字信号与模拟信号，其中数字信号在经过升余弦滤波模块即可恢复出数字信号的主瓣信号，该升余弦滤波模块与发送机中所包含的升余弦滤波模块构成匹配滤波器。

最后得到的各数字信号和模拟分别经过数字信号解调模块和模拟信号解调模块即可得到传输过来的原始信息。

Claims (4)

1.一种数模信号混合传输方法，其特征在于，包括：

1)、在单一信道同时传输多个数字信号与模拟信号；

2)、约束数字信号与模拟信号进行叠加时的信号功率方法；

3)、一种复数组数字基带信号与模拟射频信号的联合传输方法；

4)、参数评价，用于评价系统模块性能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1所述建立了多载波数字模拟联合传输信道模型，数字信号利用主瓣部分进行传输，模拟信号以窄带方式在主瓣频域间隔传输。

根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2所述建立了数字信号与模拟信号进行叠加的功率约束方法，主要包括：

调整数字信号的幅度大小，确定模拟信号的输入动态范围。其中模拟信号输入动态范围由通信要求中对模拟信号的EVM的要求决定，在模拟信号幅度较大时，EVM将因为失真而增大，模拟信号较小时容易被噪声淹没导致EVM上升，模拟信号的EVM呈U字形，模拟信号EVM最小处是理想的模拟信号幅度大小。在模拟信号动态范围内灵活调整模拟信号的输入大小，即可在保证通信的情况下尽可能降低输入信号功率。在调整数字信号的幅度后重复此过程，可对比数字信号在不同幅度时，模拟信号的最佳幅度大小。数字信号幅度增加会减小模拟信号的输入动态范围，因此应在两者之间作取最优化方案。且数字信号幅度的大小上限根据调制器的类型和构成不同而不同。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述建立了传输方法的发送模块，用于发送不同频段数字信号及模拟信号。通过对基带信号进行频谱搬移方法将基带电信号转换为频带电信号，经调制器将频带电信号调制至光域进行发送。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述建立了传输方法的接收模块，用于接收不同频段数字信号及模拟信号。由于接收端同时收到多个数字信号包络及模拟信号，需要多接收模块用于将不同信号进行解调和分离。

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