CN117081677B - 一种对sefdm系统中载波间损伤的处理方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对SEFDM系统中载波间损伤的处理方法及设备，属于光通信技术领域。该方法包括：SEFDM系统的接收端对接收到的信号进行预处理，得到预处理的信号；基于预处理的信号，通过迭代算法得到预估值，利用预估值得到初始半径；设置树宽和载波数，根据得到的初始半径，对预处理的信号的矩阵进行逐层最佳候选值的选择计算，输出最佳候选值的矩阵；将最佳候选值的矩阵作为检测算法补偿后的信号对载波间的损伤进行补偿恢复处理。本发明针对SEFDM系统中载波间损伤处理的检测算法，提出了一种新解调方案，通过减小搜索范围，消除了载波间损伤的同时，还减小了其计算复杂度，实现了对信号更好的补偿方式。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，更具体的说是涉及一种对SEFDM系统中载波间损伤的处理方法及设备。
背景技术
光通信高频谱效率频分复用（Spectrally Efficient Frequency DivisionMultiplexing）系统中在接收端的传统解调算法固定球面算法其计算度过于复杂，如果接收信号过繁琐，会导致计算时间过长，且还可能会导致其性能降低。SEFDM技术通过压缩子载波之间的间距，使得相邻子载波靠的更近，从而进一步提升系统的谱效率。虽然SEFDM系统具有很好的提升谱效率的能力，但是由于失去子载波间的正交性，产生的信号具有非常强的子载波间干扰，导致系统接收端解调面临很大的考验。因此解决SEFDM系统接收端的解调性能问题就成为了一个关键。
现有的联合迭代软判决和固定球面算法的联合补偿方案中，固定球面算法的算法复杂度极高。
因此，如何在性能损失可控的情况下降低复杂度是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种对SEFDM系统中载波间损伤的处理方法及设备，用以解决上述现有技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种对SEFDM系统中载波间损伤的处理方法，包括以下步骤：
S100：SEFDM系统的接收端对接收到的信号进行预处理，得到预处理的信号；
S200：基于预处理的信号，通过迭代算法得到预估值，利用预估值得到初始半径；
S300：设置树宽和载波数，根据得到的初始半径，对预处理的信号的矩阵进行逐层最佳候选值的选择计算，输出最佳候选值的矩阵；
S400：将最佳候选值的矩阵作为检测算法补偿后的信号对载波间的损伤进行补偿恢复处理。
优选的，所述S100包括：
S110：SEFDM系统的接收端对接收到的信号进行检测，得到时域信号；
S120：对时域信号进行均衡以减小多径效应和时域干扰；
S130：通过分数阶傅里叶变换将时域信号转换为频域；
S140：使用QR分解对接收端收到的信号进行预处理，提高对原始数据的恢复性能，得到预处理的信号。
优选的，所述S200包括：
通过迭代算法，利用预估值计算所需要的初始半径，公式如下：
其中，表示欧几里得范数，R表示预处理的信号，C表示SEFDM系统中的信道矩阵，/>表示一个估计值，/>就是需要的初始半径。
优选的，所述S300包括：
S310：对预处理的信号进行检测处理，检测公式如下：
式中，表示欧几里得范数，R表示预处理的信号，C表示SEFDM系统中的信道矩阵，/>是待检测的信号向量，/>表示当前需要计算的符号合集；
S320：利用Cholesky分解检测公式；
S330：进行逐层候选值点的选取计算，选取最佳的候选值；
S340：根据最佳的候选值得到最佳候选值的矩阵。
优选的，所述S320包括：
利用Cholesky分解，将检测公式改写为：
式中，L是一个上三角矩阵，是待检测的信号向量，其中，/>是根据Cholesky分解得到的最大似然估计值，/>表示当前需要计算的符号合集。
优选的，所述S330包括：
S331：在逐层候选值点的选取计算中，将当前需要计算的符号点设置一个范围，公式为：
式中，K表示一个长方形的范围；当前需要计算的点为（x，y），其中
S332：根据范围K在对应的星座图中选取包含在这个范围内的点，公式为：
其中，(i,j)为包含在范围R中的星座图的所有点；
S333：计算范围内的点与当前需要计算的符号点的距离，选取最佳的候选值。
另一方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现对SEFDM系统中载波间损伤的处理方法的步骤。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种对SEFDM系统中载波间损伤的处理方法及设备，通过减小搜索范围的方式，在接收端，经过SEFDM系统调制后传输的信号需要先进行时域均衡，分数阶傅里叶变换，QR分解，范围检索等一系列的预处理后再进行检测算法的信号恢复，通过误码率的检测，最后输出信号。本发明针对SEFDM系统中载波间损伤处理的检测算法，提出了一种新解调方案，通过减小搜索范围，消除了载波间损伤的同时，还减小了其计算复杂度，实现了对信号更好的补偿方式，克服了传统的检测算法步骤繁琐，不仅会降低性能，而且计算复杂度过高的问题。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的载波间损伤的补偿机制算法具体处理流程示意图；
图2为本发明提供的一种宽为4，高为4的范围在星座图中选取范围的事例图；
图3为本发明实施例提供的SEFDM通信系统框架结构图。
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做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。
本发明的目的是提供一种对SEFDM系统中载波间损伤的处理方法及设备，其中，该方法包括：SEFDM系统的接收端对接收到的信号进行预处理，得到预处理的信号；基于预处理的信号，通过迭代算法得到预估值，利用预估值得到初始半径；设置树宽和载波数，根据得到的初始半径，对预处理的信号的矩阵进行逐层最佳候选值的选择计算，输出最佳候选值的矩阵；将最佳候选值的矩阵作为检测算法补偿后的信号对载波间的损伤进行补偿恢复处理。本发明针对SEFDM系统中载波间损伤处理的检测算法，提出了一种新解调方案，通过减小搜索范围，消除了载波间损伤的同时，还减小了其计算复杂度，实现了对信号更好的补偿方式。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明实施例公开了一种对SEFDM系统中载波间损伤的处理方法，包括：
S100：SEFDM系统的接收端对接收到的信号进行预处理，得到预处理的信号；
S200：基于预处理的信号，通过迭代算法得到预估值，利用预估值得到初始半径；
S300：设置树宽和载波数，根据得到的初始半径，对预处理的信号的矩阵进行逐层最佳候选值的选择计算，输出最佳候选值的矩阵；
S400：将最佳候选值的矩阵作为检测算法补偿后的信号对载波间的损伤进行补偿恢复处理。
在一个具体实施例中，接收端信号处理：经信号产生与传输后，接收到的信号进行预处理，包括：
(1)时域均衡：在信号检测之后，对时域信号进行均衡以减小多径效应和其他时域干扰；
(2)分数阶傅里叶变换：接收到的时域信号需要转换为频域，以便对子载波进行更有效的处理；
(3)QR分解：为了解调多输入多输出（MIMO）信道，可以使用QR分解对信道矩阵进行处理；
(4)检测算法：消除信道误码，对载波间的损伤进行补偿恢复，最终达到恢复发送数据和改善系统性能；
误码率计算：对于当前检测算法进行误码率计算；
最后输出信号。
在一个具体实施例中，根据上述的对SEFDM系统中载波间损伤的补偿机制的处理，针对信号处理中的检测算法，提出了一种新解调方案，下面以16qam调制格式的SEFDM系统为例，具体参见图1所示，整体实施方式通过如下步骤得到：
S100，接收信号，并进行预处理，如上述(1)—(3)的处理；
S200，基于预处理的信号，通过迭代算法得到预估值，利用预估值得到初始半径；
S300：设置树宽和载波数，根据得到的初始半径，进行算法检测，具体的，对预处理的信号的矩阵进行逐层最佳候选值的选择计算；
S400：输出最佳候选值的矩阵S，完成解调。
在一个具体实施例中，S200如下：
通过迭代算法，利用估计值计算所需要的初始半径方法如下式：
其中，表示欧几里得范数，R表示预处理的信号，也就是通过S1进行预处理后的信号，C表示SEFDM中的信道矩阵，/>表示一个估计值，/>就是计算得到的所需要的初始半径。
在一个具体实施例中，S300具体描述如下：
在算法模块中按照下式来进行信号的检测处理：
式中，表示欧几里得范数，R表示预处理的信号，C表示SEFDM系统中的信道矩阵，/>是待检测的信号向量，/>表示当前需要计算的符号合集；
再利用Cholesky分解，上式可以改写成：
其中，L是一个上三角矩阵，是待检测的信号向量，其中，/>是根据Cholesky分解得到的最大似然估计值，/>表示当前需要计算的符号合集。
再进行逐层候选值点的选取计算，从序数为2N初始搜索层级到序数为2N-tw层级（tw为树宽，N为载波数），并将当前需要计算的符号点定义一个长方形的范围即：
式中，K表示一个长方形的范围；当前需要计算的点为（x，y），其中
再根据范围K在其对应的星座图中选取包含在这个范围内的点，即：
其中，(i,j)为包含在范围R中的星座图的所有点；
计算范围内的点与当前需要计算的符号点的距离，选取最佳的候选值。
这里给出了一个例子如图2所示，其中是在16qam格式调制下，且当前选取的范围其长度为4，宽度也为4。
计算这个范围内的点与当前需要计算的符号点的距离后，选取最佳的候选值。为了描述方便，这里假设SEFDM系统中具有2个子载波，将上述的Cholesky分解式子展开得：
范围C是在计算候选值所需要的范围。因为每层最佳候选值的计算都需要与星座图中标准的点进行计算最小值(这里选取了一个C的范围来计算，用来减小计算复杂度），最后每层选取tw个最小值。
因为这里举例子载波数量为2所以选取tw也为2（子载波数量N>=tw），所以最后选取的候选值点为，若子载波数量为N，tw为2，则在第一层选取的最佳候选值点为，第二层选取/>，直到遍布所有层，且满足最佳。则最后输出的最佳候选值矩阵为/>，在计算逐层的候选值后，输出候选值矩阵，为该算法补偿后的信号。
如图3所示，为本发明实施例提供的SEFDM通信系统框架结构图，传输的比特数据需先进行串并转换以及符号映射，添加训练序列后进行傅里叶逆变换将信号从频域转换成时域，再添加同步序列和串并转换。通过光源将信号发送到接收端，在接收端先进行定时同步和串并转换，以及信道估计和RLS时域均衡，再进行分数阶傅里叶变换将信号从频域转换成时域，后进行QR分解的预处理，通过迭代算法得到损伤补偿算法所需要的预条件，之后进行本发明所讲述的载波间损伤的补偿算法，最后进行符号解映射和串并转换输出信号。
另一方面，本发明实施例还公开了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现对SEFDM系统中载波间损伤的处理方法的步骤。
对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (3)
1.一种对SEFDM系统中载波间损伤的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：SEFDM系统的接收端对接收到的信号进行预处理，得到预处理的信号，包括：
S110：SEFDM系统的接收端对接收到的信号进行检测，得到时域信号；
S120：对时域信号进行均衡以减小多径效应和时域干扰；
S130：通过分数阶傅里叶变换将时域信号转换为频域；
S140：使用QR分解对接收端收到的信号进行预处理，得到预处理的信号；
S200：基于预处理的信号，通过迭代算法得到预估值，利用预估值得到初始半径；
S300：设置树宽和载波数，根据得到的初始半径，对预处理的信号的矩阵进行逐层最佳候选值的选择计算，输出最佳候选值的矩阵，包括：
S310：对预处理的信号进行检测处理，检测公式如下：
式中，||·||表示欧几里得范数，R表示预处理的信号，C表示SEFDM系统中的信道矩阵，是待检测的信号向量，ON表示当前需要计算的符号合集；
S320：利用Cholesky分解，将检测公式改写为：
式中，L是一个上三角矩阵，是待检测的信号向量，其中，/>是根据Cholesky分解得到的最大似然估计值，ON表示当前需要计算的符号合集；
S330：进行逐层候选值点的选取计算，选取最佳的候选值，包括：
S331：在逐层候选值点的选取计算中，将当前需要计算的符号点设置一个范围，公式为：
R＝{(x1，y1)，(x2，y2)}；
式中，R表示一个长方形的范围；当前需要计算的点为(x，y)，其中x1≤x≤x2，y1≤y≤y2；
S332：根据范围R在对应的星座图中选取包含在这个范围内的点，公式为：
C＝{(i，j)|(x1≤i≤x2)∩(y1≤j≤y2)∩(i，j)属于星座图}；
S333：计算范围内的点与当前需要计算的符号点的距离，选取最佳的候选值；
S340：根据最佳的候选值得到最佳候选值的矩阵；
S400：将最佳候选值的矩阵作为检测算法补偿后的信号对载波间的损伤进行补偿恢复处理。
2.根据权利要求1所述的一种对SEFDM系统中载波间损伤的处理方法，其特征在于，所述S200包括：
通过迭代算法，利用预估值计算所需要的初始半径，公式如下：
其中，||·||表示欧几里得范数，R表示预处理的信号，C表示SEFDM系统中的信道矩阵，表示一个估计值，gID就是需要的初始半径。
3.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至2任一所述的对SEFDM系统中载波间损伤的处理方法的步骤。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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