一种适用于多载波频域调制信号的检测方法及装置
阅读说明：本技术 一种适用于多载波频域调制信号的检测方法及装置 (Detection method and device suitable for multi-carrier frequency domain modulation signal ) 是由 张旭 杨超 罗鸣 孟令恒 江风 于 2020-11-30 设计创作，主要内容包括：一种适用于多载波频域调制信号的检测方法及装置,涉及光通信系统中的多载波频域调制领域,接收多载波频域调制信号采样后进行快速傅立叶变换FFT,根据一次FFT结果获得对应载波频段内各频点的相位,基于相邻两次FFT结果计算各频点的相位差,再计算各频点多次连续FFT相位差的平均值；在需要解析的频段内,各频点采用对应的平均值进行相位补偿后,再进行多次FFT结果的累加,对累加后得到的结果取模,模值增强的频点为有子载波的频点。本发明可以提高长距离光纤传输后多载波频域调制信号的检测准确率。(A detection method and apparatus suitable for the frequency domain modulation signal of multi-carrier, relate to the frequency domain modulation field of multi-carrier in the optical communication system, carry on fast Fourier transform FFT after receiving the modulation signal sampling of frequency domain of multi-carrier, obtain the phase place of every frequency point in the frequency band of the corresponding carrier according to FFT result of one time, calculate the phase difference of every frequency point on the basis of FFT result of two adjacent times, calculate the mean value of multiple consecutive FFT phase difference of every frequency point; and in the frequency band to be analyzed, after each frequency point adopts the corresponding average value to perform phase compensation, accumulating FFT results for multiple times, and performing modulus on the result obtained after accumulation, wherein the frequency point with enhanced modulus is the frequency point with subcarriers. The invention can improve the detection accuracy of the multi-carrier frequency domain modulation signal after long-distance optical fiber transmission.)
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检测方法及装置。
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。
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，为了降低光标签信号对原有高速信道的影响，必然会采用尽量小的调制幅度。同时在现有的波分复用网络中，会存在有80-120个不同波长的信道，光标签信号在发送端经过合波之后，在传输链路上的信噪比会大幅下降。在经过长距离光纤传输后，接收端对多载波频域调制信号的检测可能会出现错误，存在检测不到多载波频域调制信号对应频点的可能性。
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检测方法及装置，提高长距离光纤传输后多载波频域调制信号的检测准确率。
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检测方法，包括：
接收多载波频域调制信号采样后进行快速傅立叶变换FFT，根据一次FFT结果获得对应载波频段内各频点的相位，基于相邻两次FFT结果计算各频点的相位差，再计算各频点多次连续FFT相位差的平均值；
在需要解析的频段内，各频点采用对应的平均值进行相位补偿后，再进行多次FFT结果的累加，对累加后得到的结果取模，模值增强的频点为有子载波的频点。
优选的，一次FFT输出一组结果，需要解析的频段为一次FFT结果长度内的一个区间。
优选的，基于FFT结果计算各频点的相位θ(f)，包括：
其中，为FFT的输出结果，根据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，f为FFT频点序号。
优选的，计算各频点多次连续FFT相位差的平均值Δθ(f)，包括：
其中，i表示一次连续FFT输出结果的序列号，m为连续FFT的次数，m≥2。
优选的，各频点采用对应的平均值进行相位补偿，包括：
对于每个频点，采用exp(j*(i-1)*Δθ(f))进行相位补偿。
优选的，进行多次FFT结果的累加，包括：
其中，为累加结果，n表示累加的FFT次数。
优选的，所述对累加后得到的结果取模，模值相对没有明显变化的频点为没有子载波的频点。
优选的，所述检测方法在多载波频域调制链路的接收端进行，多载波调制链路的发送端将数据映射到多载波信号的子载波序列中，接收端对取模后的数据，按照载波序列进行解映射。
另一方面，还提供一种用于多载波频域调制信号的检测装置，包括：
数据采样模块，用于对接收到的多载波频域调制信号进行数据采样；
FFT模块，其用于对数据采样后信号进行FFT；
相偏估计模块，其用于根据一次FFT结果获得对应载波频段内各频点的相位，基于相邻两次FFT结果计算各频点的相位差，再计算各频点多次连续FFT相位差的平均值；
相偏补偿模块，其用于在需要解析的频段内，采用对应的平均值对各频点进行相位补偿；
数据累加模块，其用于对相位补偿后的频点进行多次FFT后累加，并对累加结果取模，模值增强的频点为有子载波的频点。
优选的，所述检测装置还包括：
数据解映射模块，其用于对取模后的数据按照载波序列进行解映射。
上述技术方案具有如下有益效果：
由于噪声相位随机，而由发送端加载的信号相位固定，接收端的相偏主要是由收发端时钟不同步引入的一个偏移量，本发明对每个频点进行相偏补偿，可以消除该偏移量；然后对补偿后的多次连续FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)结果累加后取模，信号的模就会得到增强，而噪声的模不会明显变化，即SNR(信噪比)得到了提高，可以准确的判断出频点是否有子载波，提高多载波频域调制信号的检测准确率。
附图说明
图1为本发明实施例多载波频域调制信号中数据与频谱映射关系示意图；
图2为本发明实施例多载波频域调制信号的相偏补偿后累加的原理图；
图3为本发明实施例适用于多载波频域调制信号的检测装置示意图。
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。
如图1所示，在多载波频域调制通信系统中，通常有一个固定的频段用来加载数据。该频段由多个子载波组成，每个子载波携带各自的固定比特信息，组成一段数据。在信号发送端，首先在频域上将待发送的数据映射到多载波信号的子载波序列中，有子载波表示1，无子载波表示0，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。在信号接收端，对从链路上接收的时域数据进行采样后，通过FFT转换为频域信号，在对应载波频段检测有无子载波调制信号，然后按载波序列解映射得到数据。
基于上述系统，本实施例提供一种适用于多载波频域调制信号的检测方法，主要针对在信号接收端解调多载波频域调制信号的场景，用来判断有子载波的频点，该检测方法包括步骤：
首先，对接收信号进行数据采样，然后对采样后的数字信号进行FFT，得到信道内传输的多载波频域调制信号的频谱，FFT的输出结果为：
其中，Re代表FFT输出结果的实部，IM代表FFT输出结果的虚部，根据FFT输出结果可以获得多载波频域调制信号中数据与频谱映射关系，一次FFT输出一组结果，f为FFT输出结果的频率序号，即频点序号。
其次，基于FFT结果对各频点进行相偏估计。根据一次FFT输出结果获得对应载波频段内各频点的相位，基于相邻两次FFT结果计算各频点的相位差，再计算各频点多次连续FFT相位差的平均值，该平均值即为估计的相偏。
具体的，对需要检测频段内的各频点计算相位，公式如下：
其中，为FFT的输出结果，需要检测频段，是指一次FFT长度内的一个区间，例如一次FFT的输出结果长度为10000，需要解析的频段为3000-4000这个区间的频点。然后基于各频点多组连续的FFT输出结果，计算每一个频点的相位变化：
其中，i表示一次FFT输出连续结果的序列号，θ(f)(i)-θ(f)(i+1)为频点f相邻两次FFT输出结果的相位差，m为连续FFT的次数，m≥2；平均值Δθ(f)就是频点的相位变化。m的次数越多，准确性越高，但是计算时间越长，优选的，m选取8。
然后，在需要解析的频段内，各频点采用对应的平均值进行相位补偿后，再进行多次FFT结果的累加：
其中，为累加结果，n表示累加的FFT次数。由于FFT的输出结果是对输出结果进行补偿为*exp(j*(i-1)*Δθ(f))，每一次补偿后都会进行累加，第一次是补偿0*Δθ(f)，第二次是补偿1*Δθ(f)，第三次是2*Δθ(f)，累加次数越多效果越好，权衡效果和效率，累加次数n优选为50。
最后，对累加后的结果取模，由于有子载波的频点，模值得到增强；没有子载波的频点，模值相对没有明显变化，整体信噪比得到了增强，因此可以根据明显的差异，更准确的判决出数据的0和1。通过上述方式解决了远距离传输信噪比下降，进而0和1图像不明显的问题，使得检测结果更加准确。
如图2所示，左边频谱为累加前经过相位补偿后的多次FFT结果，每个频点对应的相位用圆圈中的箭头表示，粗箭头代表信号，其在组频谱中的相位方向是一致的，两边0下面的细箭头代表噪声，其相位方向依然是随机的。右边频谱为左边累加后得到的频谱，信号的幅度相对于噪声，得到了明显的提高，即SNR得到了提高。
在接收端，对取模后的数据，按照载波序列进行解映射，得到发端发出的数据。
如图3所示，提供一种用于多载波频域调制信号的检测装置的实施例，可以实现上述方法，装置包括数据采样模块、FFT模块、相偏估计模块、相偏补偿模块以及数据累加模块。
数据采样模块，用于对接收到的多载波频域调制信号进行数据采样；
FFT模块，用于对数据采样后信号进行FFT；
相偏估计模块，其用于根据一次FFT结果获得对应载波频段内各频点的相位，基于相邻两次FFT结果计算各频点的相位差，再计算各频点多次连续FFT相位差的平均值；
相偏补偿模块，用于在需要解析的频段内，采用对应的平均值对各频点进行相位补偿；
数据累加模块，用于对相位补偿后的频点进行多次FFT后累加，并对累加结果取模，模值增强的频点为有子载波的频点。
优选的，检测装置还可以包括数据解映射模块，用于对取模后的数据按照载波序列进行解映射。
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。