一种基于滤波DSM的高频谱效率移动前传方法

本发明属于光纤通信系统，具体涉及一种基于先进数字信号处理的高频谱效率移动前传方法。

背景技术：

1、随着移动互联网终端数量的增加，网络数据流量爆发式增长，移动前传(mfh)中频谱效率较低的通用公共无线接口(cpri)成为传输容量进一步提升的瓶颈。在基于cpri的mfh链路中，天线单元需要dac等器件来恢复模拟信号，这对于需要部署大量微基站的5g通信极为不利。而在基于delta-sigma modulation(dsm)的mfh架构中，天线单元可以利用滤波器进行模拟信号恢复，而不需要额外的dac设备，这大大简化了mfh的系统架构。然而，dsm技术通常需要配合过采样技术使用，这会使得传输信号的带宽成倍增长，从而降低频谱资源利用率。如果可以利用先进的数字信号处理技术解决dsm技术中过采样引起的带宽倍增问题，则可以进一步提高移动前传的速率，这对于未来5g/6g的移动前传具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于滤波delta-sigma modulation(dsm)的高频谱效率移动前传方法，通过使用先进的数字信号处理技术，有效解决传统dsm方案中过采样引起的带宽倍增问题，实现高频谱效率的移动前传。

2、本发明提供的基于滤波dsm的高频谱效率移动前传方法，具体步骤为：

3、(一)信号发送端数字信号处理

4、通过一个数字信号处理单元，进行信号的过采样、dsm量化、预编码、部分响应编码以及强滤波。特别的，针对1比特和2比特滤波dsm方案，相应的预编码分别如式(1)和式(2)所示：

5、

6、其中，a(n)是1比特dsm量化的输出，s(n)是编码后的输出，表示取逆的操作，表示模2加；

7、

8、其中，b(n)是一个0/1伪随机序列，x(n)是2比特dsm量化输出的±3和±1幅度序列，s(n)是编码后的输出，abs()表示取模操作，sign()表示符号函数。

9、然后，对预编码后的数据进行1阶部分响应编码，即将序列与[1 1]两抽头的有限长滤波器进行卷积，最后通过陡峭的脉冲响应为sinc型的有限长滤波器进行强滤波，完成带宽压缩；至此，完成发射端的数字信号处理；

10、所述信号发送端，还包括：

11、1个c波段、波长可调的外腔激光器，用于产生c波段的光载波，并通过一个强度调制器对光载波进行强度调制；

12、一个任意波形发生器，用于产生数字信号处理单元生成的滤波dsm信号；

13、一个电放大器(ea)，用于放大任意波形发生器生成的电信号；

14、一个强度调制器，用于将电信号调制到光载波上；

15、一条20km的单模光纤(smf)将调制后的光信号传输到系统的下一部分。

16、(二)信号接收端数字信号处理

17、信号接收端包括：

18、一个可变光衰减器，用于控制接收信号的光功率；

19、一个宽带光电转换器(pd)，用来实现光信号的向电信号的转换；

20、一个电放大器，用于将光电转换后的基带电信号信号进行放大；

21、一个示波器(osc)或模数转换装置，用于捕捉放大后的信号，观察信号的时域和频域图。

22、最后一个数字信号处理单元，用于进行均衡、判决、平方操作/最大似然序列和低通滤波。其中均衡模块包括前向均衡(ffe)与判决反馈均衡(dfe)，分别用于补偿信道引入的符号间干扰(isi)以及强滤波引入的isi。平方操作和基于维特比译码的最大似然序列检测分别用于恢复原始1比特和2比特dsm量化生成的原始序列，最后低通滤波用于滤除量化噪声恢复出原始的模拟信号。

23、对应于上述方法，本发明还提供基于滤波dsm的高频谱效率移动前传系统，具体包括：信号发送端的一个数字信号处理单元，以及一个外腔激光器，一个任意波形发生器，一个电放大器(ea)，一个强度调制器，一条20km的单模光纤(smf)；信号发送端的一个可变光衰减器，一个宽带光电转换器(pd)，一个电放大器，一个示波器(osc)或模数转换装置，以及一个数字信号处理单元。

24、本发明提出的基于滤波dsm的移动前传方法，相较于现有技术而言，可以有效压缩信号带宽，实现更高谱效率的移动前传；同时方案中预编码可以有效解决dsm量化后幅度电平分布不均匀的问题；特别是针对1比特量化的滤波dsm方案，预编码可以有效解决接收端的误差传播问题。本发明在7倍的过采样比下可以支持65536正交幅度调制(65536qam)信号以及65536qam以下任意阶数qam信号的移动前传。基于先进数字信号处理技术实施的滤波dsm方法，可以实现高频谱效率的移动前传，为未来6g领域的移动前传提供了一种可行的方案。

技术特征：

1.一种基于滤波dsm的高频谱效率移动前传方法，其特征在于，具体步骤为：

2.根据权利要求1所述的基于滤波dsm的高频谱效率移动前传方法，其特征在于，所述信号发送端，还包括：

3.根据权利要求2所述的基于滤波dsm的高频谱效率移动前传方法，其特征在于，信号接收端还包括：

技术总结
本发明属于光纤通信系统技术领域，具体为一种基于滤波DSM的高频谱效率移动前传方法。本发明包括：信号发送端数字信号处理，包括进行信号的过采样、DSM量化、预编码、部分响应编码以及强滤波；信号接收端数字信号处理，包括进行均衡、判决、平方操作/最大似然序列和低通滤波；其中均衡用于补偿信道引入的符号间干扰以及强滤波引入的干扰；平方操作和基于维特比译码的最大似然序列检测分别用于恢复原始DSM量化生成的原始序列，最后低通滤波用于滤除量化噪声恢复出原始的模拟信号。本发明可以有效压缩信号带宽、解决DSM量化后幅度电平分布不均匀问题以及接收端的误差传播问题，实现更高谱效率的移动前传。

技术研发人员：余建军,杨雄伟,魏怡,龙健宇,周雯
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8