【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤通信，更具体地，涉及一种基于概率整形的频谱整形方法。
技术介绍
1、在单载波光通信领域中，由于近些年对于频谱效率的追求，模拟信号的光带宽已经逐步降低至波特率附近(±1/2波特率范围)，由于带外信号的缺失，这些信号在接收机中进行频偏估计、时钟恢复等流程时往往难度较大，而如果可以在信号带宽内如1/4波特率频率处加入一个时钟信号，则可对接收机的解调带来极大的便利性。但直接在原始信号的基础上叠加时钟信号会引起两者的互相干扰，一方面滤波残余的时钟信号会降低信噪比，另一方面分离不完全的信号也会影响时钟的纯净度，因此在时钟插入频率使用窄带滤波等方式抑制信号强度就成为前提。但传统的光学或dsp窄带滤波也意味着额外的信号质量损失。
技术实现思路
1、本专利技术为克服上述现有技术中滤波时带来的额外信号质量损失的缺陷，提供一种基于概率整形的频谱整形方法，实现了输出编码序列的概率筛选，达到等效滤波的目的，避免信号质量的损失。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种基于概率整形的频谱整形方法，包括以下步骤：
4、对输入的二进制信息进行逐位编码：对于长度为n的序列，逐位编码需要执行n个循环，在编码过程中，始终保证vl≤ul，uh≤vh，其中，对于等概率二进制分布，一段长度为n的二进制序列在长度为1的线段中用一段唯一的长度为2-n的线段u表示，定义该线段u下止点为ul，上止点为uh；对于不等概率的二进制分布，其各个序列在长度为1的线段
5、逐位编码的步骤包括：
6、s11.对于当前输入的第k位信息，更新ul和uh，u长度变为一半；
7、s12.对于当前的vl和vh，计算分割位置vm，检查是否满足vm≤ul或uh≤vm，若满足，则输出编码相应输出0或1，vl和vh相应进行更新，若vm≤ul，则令vl＝vm；若uh≤vm，则令vh＝vm；
8、s13.根据当前过往的输出序列sout，调整vl和vh范围内各个下级判决点v1,2…，使得下级各个符号出现的概率随ck+1,n的大小进行调整，ck+1,n表示对于预设的各个频率点fn利用反馈式滤波器计算滤波结果；
9、s14.检查[vl,vh]是否在以2-m-1长度为步进、长度为2-m的线段内，如是，则按照将相应线段重新映射至[0,1]的方式，将u和v统一进行缩放；算法实现过程中，由于线段长度指数级减小，对于有限的计算机位数无法保证计算精度，因此还需要在适当情况下对u和v进行整体的统一缩放。由于vl≤ul，uh≤vh，因此只需考虑缩放后0≤vl，vh≤1即可。缩放判断方式为：检查[vl,vh]是否在[0,1/2]或[1/4,3/4]或[1/2,1]内部，如是，则按照将相应线段重新映射至[0,1]的方式，将u和v统一进行缩放。该检查步骤也可表述为：检查[vl,vh]是否在以2-m-1长度为步进，长度为2-m的线段内。
10、收尾过程：
11、s21.输入信号结尾后(输入二进制信号一般做分段编码，这里指一段编码的最后一位按照上述过程处理结束之后)，计算分割位置vm，即检查是否满足ul≤vm≤(ul+uh)/2或(ul+uh)/2≤vm≤uh，相应输出0或1并更新v，重复上述步骤s11～s14，使得最终ul≤vl≤(ul+uh)/2≤vh≤uj。
12、根据以上技术手段，本专利技术提供的一种基于概率整形的频谱整形方法，通过在生成信号阶段将概率整形和反馈式滤波器结合，动态调整概率整形的输出概率，可使得生成的信号频率在滤波前就具有频谱窄带凹陷的效果，同时不影响信号的输出电平，代价是整形阶段轻微的频谱效率下降。此种方法可适用于直接调制、相干调制下的pam、qam、psk等多种调制格式，同时兼容相干系统常用的静态概率整形技术。通过上述步骤，本专利技术实现了输出编码序列的概率筛选，达到等效滤波的目的，避免了信号质量的损失。
13、进一步地，在每次步骤s12执行完毕以后，增加一条反馈计算环路，根据当前过往的输出序列sout(在如qam等iq调制情况下，sout可为复信号)，调整vl/h范围内各个下级判决点v1,2…的步骤，该步骤可通过两步计算进行描述；包括：
14、s131.对于预设的各个频率点fb，-1/2≤fn≤1/2，利用exp衰减的反馈式滤波器计算滤波结果：
15、
16、式中，下标k表示输出第k位时所在的循环，下标n表示频率点序号，an表示fn频率所对应的衰减系数；
17、s132.更新下级判决点v1,2…，定义p为v1,2…对应的默认概率分布向量，bn为频率点fn对应的反馈调制深度向量，使得下级各个符号出现的概率随ck+1,n的大小进行调整：
18、v1,2…＝vl+(vh-vl)·(p+∑nbn·ck+1,n)。
19、由此即在概率整形的过程中实现了输出编码序列的概率筛选，达到等效滤波的目的。
20、进一步地，当满足ul≤vl≤(ul+uh)/2≤vh≤uh时，此时线段v能够唯一确定线段u，也即v所对应的不等概率的码子是输入序列的编码结果。
21、进一步地，在逐位编码过程中，多次循环步骤s11～s14，且在每次循环过程中，步骤s12、s13、s14执行一次或一次以上。以上s11～s14为一个循环，需要注意的是，s12、s13、s14在实际过程中，每个循环可能执行不止1次，如s11-s12-s12-s13-s14-s14。
22、本专利技术提供一种实现时钟同传的概率整形单载波通信方法，包括以下步骤：
23、发射端：
24、a11.二进制信息执行以上所述的基于概率整形的频谱整形方法，形成特定频率抑制，且满足预设概率分布的pam/psk/qam实数/复数信号序列。
25、a12.信号序列进行重采样、频谱整形、时钟插入，在数字域将采样率从波特率调整至目标采样率，同时在重采样过程中在抑制频率处插入数字时钟信号，再将频谱进行整形，如升余弦、根升余弦等。
26、a13.重采样后的信号序列经过数模转换，输出模拟电信号；
27、a14.调制器将激光器作为载波，将电信号调制到光谱，输出光域单载波信号；
28、接收端：
29、a21.光域单载波信号通过混频器，在接收端激光器的等效乘法作用下，光域单载波信号被降频至基带模拟电信号；
30、a22.模拟电信号经过模数转换器采样为数字电信号；
31、a23.数字电信号经过重采样处理、以及时钟提取，通常为窄带滤波，如静态滤波器、数字锁相环等结构，将时钟与数字电信号分离，并分析时钟误差信息，包括频率、相位误差；
32、a24.数字电信号进行采样时钟补偿；
33、a25本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于概率整形的频谱整形方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于概率整形的频谱整形方法，其特征在于，所述步骤S13包括：
3.根据权利要求2所述的基于概率整形的频谱整形方法，其特征在于，当满足ul≤Vl≤(Ul+Uh)/2≤Vh≤Uh时，此时线段V能够唯一确定线段U，也即V所对应的不等概率的码子是输入序列的编码结果。
4.根据权利要求2所述的基于概率整形的频谱整形方法，其特征在于，在逐位编码过程中，多次循环步骤S11～S14，且在每次循环过程中，步骤S12、S13、S14执行一次或一次以上。
5.一种实现时钟同传的概率整形单载波通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的实现时钟同传的概率整形单载波通信方法，其特征在于，在步骤A12中，为了保证发送信号质量和接收性能，模拟信号频谱大于1/2波特率，将波特率的信号序列进行上采样，并在频率边缘处进行升余弦/根升余弦的滚降滤波。
7.根据权利要求5所述的实现时钟同传的概率整形单载波通信方法，其特征在于，在步骤A24中，通
8.根据权利要求5所述的实现时钟同传的概率整形单载波通信方法，其特征在于，在步骤A25中，通过时钟的频率误差信息进行补偿，或将频率误差反馈至带有频率控制的激光器，在硬件上对激光器频偏进行锁定。
9.一种实现时钟同传的概率整形单载波通信系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的实现时钟同传的概率整形单载波通信系统，其特征在于，在所述重采样频谱整形及时钟插入模块中，为了保证发送信号质量和接收性能，模拟信号频谱大于1/2波特率，将波特率的信号序列进行上采样，并在频率边缘处进行升余弦/根升余弦的滚降滤波。
...【技术特征摘要】
1.一种基于概率整形的频谱整形方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于概率整形的频谱整形方法，其特征在于，所述步骤s13包括：
3.根据权利要求2所述的基于概率整形的频谱整形方法，其特征在于，当满足ul≤vl≤(ul+uh)/2≤vh≤uh时，此时线段v能够唯一确定线段u，也即v所对应的不等概率的码子是输入序列的编码结果。
4.根据权利要求2所述的基于概率整形的频谱整形方法，其特征在于，在逐位编码过程中，多次循环步骤s11～s14，且在每次循环过程中，步骤s12、s13、s14执行一次或一次以上。
5.一种实现时钟同传的概率整形单载波通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的实现时钟同传的概率整形单载波通信方法，其特征在于，在步骤a12中，为了保证发送信号质量和接收性能，模拟信号频谱大于1/2波特率，将波特...
【专利技术属性】
技术研发人员：隋琪，李凡，王大伟，
申请(专利权)人：南方海洋科学与工程广东省实验室珠海，
类型：发明
国别省市：
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