专利名称：一种ofdm信号色散补偿的系统及方法
技术领域：
本发明涉及光通信领域，尤其涉及光0FDM(正交频分复用技术)信号色散补偿的系统及方法。
背景技术：
在光通信系统中，因为光纤色散效应的存在，各个不同频率成分在光纤中的传输速度不同，因此在传输的过程中，相邻的符号之间会产生串扰。对于数字信号，这会导致判决区域变窄等问题，而对于光QPSK (四相相移键控信号)-OFDM系统这样的模拟信号将直接导致解调信号的错误。在QPSK-0FDM系统中，利用离散傅里叶变换的性质，在发送信号中添加循环前缀，并向数据流中加入训练码，通过这种方法来补偿传输过程中因为色散带来的影响。此外，实际系统中，尤其是在光网络中，路由的变化将使得传输链路长度发生变化，而且，OFDM系统带宽灵活分配的特性也使得信号带宽时常发生变化，因此系统的色散值并不是一个恒定值。再加上训练码受噪声的影响，经过校正后仍然会有残余色散，因此通常需要周期性的添加训练码以实时的跟踪系统的色散变化。经典的OFDM帧结构如图1所示。实际的光QPSK-0FDM系统中，需要周期性的添加训练码以实时地跟踪系统的色散变化，这在一定程度上增加了系统的冗余，降低了传输效率。在实际的系统传输过程中，减少了训练序列后，由于色散的时变特征，使得接收信号的星座团会发生旋转，使得星座团发生变形，如图2所示。QPSK-0FDM信号没有变形时，每个象限的星座团应当是趋于圆形的，如图加，星座团发生旋转时，在每个象限均变形为了椭圆形，如图2b，这种旋转可能导致误码。但是由于系统中子载波数非常多，每个子载波所占据的频率范围非常小，那么对于某一个确定的子载波而言，色散的影响就可以忽略。因此即使在有色散影响或者色散量波动的情况下，每个子载波上数据的星座团的质量都是相对较好的，色散只是使得子载波的星座团相对正确位置有一个角度的偏差，如图3a所示，每个子载波在每个象限的星座团应该是位于各象限中心位置的，即对于第一象限，星座团应在 Ji /4附近，对于第二象限，星座团应在3 π /4附近，对于第三象限，星座团应在5 π /4附近， 对于第四象限，星座团应在7 π/4附近；当有色散导致的角度偏差时，每个象限的星座团相对中心位置均旋转了一定角度，如图北中是顺时针旋转了一定角度，图3c中是逆时针旋转了一定角度。
发明内容
本发明提供一种OFDM信号色散补偿的系统及方法，将直接利用传输信号本身的特点，对系统色散校正进行补偿，从而达到减少训练码添加，提高传输效率的目的。本发明提供一种正交频分复用技术OFDM信号色散补偿的方法，包括对每个OFDM子载波上数据的星座团分别进行角度校正，对于每个子载波，该子载波上所有数据的校正角度相同。进一步地，计算各子载波上所有数据的幅角，将所有数据划分为M个星座团，之后计算出各星座团数据中心点的幅角与标准信号幅角间的角度差，并找到一个偏转角使得各个星座团中心点幅角与标准信号幅角之间的平均偏差最小，并将该星座团中所有数据的幅角按照所述偏转角进行校正。进一步地，所述星座团中心点数据的幅角为所述星座团中所有数据幅角的平均值。进一步地，所述方法适用于相移键控PSK的调制方式。进一步地，所述M = 2n。进一步地，当调制方式为QPSK时，M为4，当调制方式为BPSK时，M为2，调制方式为8PSK时，M为8。进一步地，所述将所有数据划分为M个星座团的方法为将子载波上所有数据的幅角按照从小到大的顺序排列，然后计算顺序排列的每相邻两个幅角的差值，然后在这些幅角差值中找到最大的M个，以此为界将所有的星座点分成M个星座团。本发明还提供一种正交频分复用技术OFDM信号色散补偿的系统，所述系统包括校正模块；所述校正模块，用于对每个OFDM子载波上数据的星座团分别进行角度校正，对于每个子载波，该子载波上所有数据的校正角度相同。进一步地，所述系统还包括计算模块；所述计算模块，用于计算各子载波上所有数据的幅角，以及将所有数据划分为M 个星座团，之后计算出各星座团数据中心点的幅角与标准信号幅角间的角度差，并找到一个偏转角使得各个星座团中心点幅角与标准信号幅角之间的平均偏差最小；所述校正模块是将该星座团中所有数据的幅角按照所述偏转角进行校正。进一步地，所述星座团中心点数据的幅角为所述星座团中所有数据幅角的平均值。进一步地，所述系统适用于相移键控PSK的调制方式。进一步地，所述M = 2n。进一步地，当调制方式为QPSK时，M为4，当调制方式为BPSK时，M为2，调制方式为8PSK时，M为8。进一步地，所述计算模块将所有数据划分为M个星座团的方式为计算模块将子载波上所有数据的幅角按照从小到大的顺序排列，然后计算顺序排列的每相邻两个幅角的差值，然后在这些幅角差值中找到最大的M个，以此为界将所有的星座点分成M个星座团。采用本发明的技术方案，在添加了训练码进行了校正的情况下，每个子载波上的星座团相对于正确位置的偏差都相对较小，因此，如果能够直接校正子载波星座的这种偏差，就能够在不额外添加训练码的情况下对系统的残余色散进行补偿。
图1是现有技术中经典的OFDM帧结构；图2a是0FDM-QPSK无变形的星座团；图2b是因色散导致星座点变形；
图3a是子载波的星座团未发生旋转的示意图；图北中是子载波的星座团顺时针旋转了一定角度的示意图；图3c中是子载波的星座团逆时针旋转了一定角度的示意图；图4本发明系统实施例结构示意图；图5是本发明方法实施例基于星座团旋转的色散校正算法的实施步骤；图6是本发明应用实例一中基于0FDM-QPSK星座团旋转的色散补偿算法效果。图7是本发明应用实例二中基于0FDM-BPSK星座团旋转的色散补偿算法效果。
具体实施例方式本发明提供一种OFDM信号色散补偿的系统及方法，对每个OFDM子载波上数据的星座团分别进行角度校正，对于每个子载波，该子载波上所有数据的校正角度相同。系统实施例本实施例提供一种正交频分复用技术OFDM信号色散补偿的系统，如图4所示，包括校正模块，还可以进一步包括计算模块；校正模块，用于对每个OFDM子载波上数据的星座团分别进行角度校正，对于每个子载波，该子载波上所有数据的校正角度相同。进一步地，计算模块用于计算各子载波上所有数据的幅角，以及将所有数据划分为M个星座团，之后计算出各星座团数据中心点的幅角与标准信号幅角间的差值；校正模块是将该星座团中所有数据的幅角按照所述差值进行校正。进一步地，星座团中心点数据的幅角为所述星座团中所有数据幅角的平均值。进一步地，M = 2\具体地，当调制方式为QPSK时，M为4，当调制方式为BPSK时， M为2，调制方式为8PSK时，M为8。进一步地，计算模块将所有数据划分为M个星座团的方式为计算模块将子载波上所有数据的幅角按照从小到大的顺序排列，然后计算顺序排列的每相邻两个幅角的差值，然后在这些幅角差值中找到最大的M个，以此为界将所有的星座点分成M个星座团。方法实施例本实施例提供一种正交频分复用技术OFDM信号色散补偿的方法，对每个OFDM子载波上数据的星座团分别进行角度校正，对于每个子载波，该子载波上所有数据的校正角度相同。该方法适用于PSK的调制方式，包括QPSK-0FDM，BPSK-0FDM，8PSK-0FDM，如图5所示，校正针对一个单独的子载波上的数据进行如下校正，对于每个子载波，包括以下步骤S401 提取出该子载波上的数据；S402 计算子载波上所有数据的幅角；S403 然后将这些角度值按照从小到大的顺序排列；S404 将该子载波的所有数据按照其幅角大小分布在M个星座团。该步骤中，将数据划分为M个星座团的方法为将子载波上所有数据的幅角按照从小到大的顺序排列，然后计算顺序排列的每相邻两个幅角的差值，然后在这些幅角差值中找到最大的M个，以此为界将所有的星座点分成M个星座团。S405:对于每个星座团，分别计算星座团内各数据幅角的平均值，该平均值即为该星座团中心点的幅角值。S406 比较两个星座团中心点幅角值和标准的PSK信号幅角之间的角度差；然后找到一个偏转角使得各个星座团中心点幅角与标准PSK幅角之间的平均偏差最小；S407:采用上面计算出的幅角差别对子载波上所有的星座团进行旋转操作。以下通过应用实例进一步描述本发明方法应用实例一本应用实例对应于0FDM-QPSK，本方案实施的前提是，在应用了循环前缀和训练码之后，系统的残余色散导致的每个象限星座团的旋转角度小于45度。在训练序列较少时， 在色散时变特性的影响下，接收信号中有较多的残余色散，使得接收信号的星座团变形，如图2所示。S501 提取出该子载波上的数据；S502 计算子载波上所有数据的幅角；S503 然后将这些角度值按照从小到大的顺序排列。S504 将该子载波的所有数据按照其幅角大小分布在M个星座团，此时M为4，即此时将数据划分为4个星座团，对应四个象限。划分方法具体可以是先计算顺序排列的每相邻两个幅角的差值，然后在这些幅角差值中找到最大的四个，以此为界将所有的星座点分成四个大部分，也就是QPSK信号的四个星座团。S505:分别计算每个星座团内各数据幅角的平均值，该平均值即为该星座团中心点的幅角值。S506 对于划分的每个星座团，比较星座团中心点幅角值和标准的QPSK信号幅角之间的角度差；然后找到一个偏转角使得各个星座团中心点幅角与标准BPSK幅角之间的平均偏差最小；具体地比较第一象限的中心点与标准的QPSK信号幅角π/4间的差值，比较第二象限的中心点与标准的QPSK信号幅角3 π /4间的差值，比较第三象限的中心点与标准的 QPSK信号幅角5 π /4间的差值，以及比较第四象限的中心点与标准的QPSK信号幅角7 π /4 间的差值。S507:采用上面计算出的幅角差别对子载波上所有的星座团进行旋转操作。完成上述操作之后，色散补偿的效果如图6所示，每个子载波数据的星座团的角度偏差将被降到最低，使得系统总的星座团质量得到改善，从而实现补偿残余色散的目的。应用实例二本实施例对应于BPSK-0FDM，本方案实施的前提是，在应用了循环前缀和训练码之后，系统的残余色散导致的星座团的旋转角度小于90度。对于每个子载波的数据按照以下步骤进行校正校正针对一个单独的子载波上的数据进行，对于每个子载波S601 提取出该子载波上的数据；S602 计算子载波上所有数据的幅角；S603 然后将这些角度值按照从小到大的顺序排列。S604 将该子载波的所有数据按照其幅角大小分布在M个星座团，此时M为2。
具体方法可以是计算顺序排列的每相邻两个幅角的差值，然后在这些幅角差值中找到最大的两个，以此为界将所有的星座点分成两大部分，也就是BPSK信号的两个星座团。S605:分别计算两个星座团内各数据幅角的平均值，该平均值即为该星座团中心点的幅角值。S606 对于每个星座团，比较星座团中心点幅角值和标准的BPSK信号幅角之间的角度差；并找到一个偏转角使得各个星座团中心点幅角与标准BPSK幅角之间的平均偏差最小。具体地比较第一个星座团的中心点与标准的BPSK信号幅角0之间的差值，比较第二个星座团的中心点与标准的BPSK信号幅角π之间的差值。S607:采用上面计算出的幅角差别对子载波上所有的星座团进行旋转操作。完成上述操作之后，色散补偿的效果如图7所示，每个子载波数据的星座团的角度偏差将被降到最低，使得系统总的星座团质量得到改善，从而实现补偿残余色散的目的。以上所述仅为本发明的实施例，并不用于限制本发明。本发明可适用于所有的 PSK-OFDM 信号的色散补偿，如 BPSK-0FDM、QPSK-0FDM、8PSK-0FDM 等。对于 8PSK-0FDM，其实施步骤同上述实施例一及实施例二中所述的步骤，只是此时M = 8。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种正交频分复用技术OFDM信号色散补偿的方法，包括对每个OFDM子载波上数据的星座团分别进行角度校正，对于每个子载波，该子载波上所有数据的校正角度相同。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括计算各子载波上所有数据的幅角，将所有数据划分为M个星座团，之后计算出各星座团数据中心点的幅角与标准信号幅角间的角度差，并找到一个偏转角使得各个星座团中心点幅角与标准信号幅角之间的平均偏差最小，并将该星座团中所有数据的幅角按照所述偏转角进行校正。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述星座团中心点数据的幅角为所述星座团中所有数据幅角的平均值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于 所述方法适用于相移键控PSK的调制方式。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于 所述M = 2\
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于当调制方式为QPSK时，M为4，当调制方式为BPSK时，M为2，调制方式为8PSK时，M为8。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于 所述将所有数据划分为M个星座团的方法为将子载波上所有数据的幅角按照从小到大的顺序排列，然后计算顺序排列的每相邻两个幅角的差值，然后在这些幅角差值中找到最大的M个，以此为界将所有的星座点分成M个星座团。
8.一种正交频分复用技术OFDM信号色散补偿的系统，其特征在于所述系统包括校正模块；所述校正模块，用于对每个OFDM子载波上数据的星座团分别进行角度校正，对于每个子载波，该子载波上所有数据的校正角度相同。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于 所述系统还包括计算模块；所述计算模块，用于计算各子载波上所有数据的幅角，以及将所有数据划分为M个星座团，之后计算出各星座团数据中心点的幅角与标准信号幅角间的角度差，并找到一个偏转角使得各个星座团中心点幅角与标准信号幅角之间的平均偏差最小；所述校正模块是将该星座团中所有数据的幅角按照所述偏转角进行校正。
10.如权利要求8或9所述的系统，其特征在于所述星座团中心点数据的幅角为所述星座团中所有数据幅角的平均值。
11.如权利要求8所述的系统，其特征在于 所述系统适用于相移键控PSK的调制方式。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于 所述M = 2n。
13.如权利要求11或12所述的系统，其特征在于当调制方式为QPSK时，M为4，当调制方式为BPSK时，M为2，调制方式为8PSK时，M为8。
14.如权利要求9所述的系统，其特征在于所述计算模块将所有数据划分为M个星座团的方式为计算模块将子载波上所有数据的幅角按照从小到大的顺序排列，然后计算顺序排列的每相邻两个幅角的差值，然后在这些幅角差值中找到最大的M个，以此为界将所有的星座点分成M个星座团。
全文摘要
本发明提供一种OFDM信号色散补偿的系统及方法，该方法包括，对每个OFDM子载波上数据的星座团分别进行角度校正，对于每个子载波，该子载波上所有数据的校正角度相同。采用本发明的技术方案，在添加了训练码进行了校正的情况下，每个子载波上的星座团相对于正确位置的偏差都相对较小，因此，如果能够直接校正子载波星座的这种偏差，就能够在不额外添加训练码的情况下对系统的残余色散进行补偿。
文档编号H04B10/18GK102307069SQ20111027317
公开日2012年1月4日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者周伟勤, 谢世钟, 陈宏伟, 陈明华, 雷诚 申请人:中兴通讯股份有限公司, 清华大学