一种基于叠加相位调制的信号复用和解复用方法及装置与流程

本发明属于信号调制技术领域，具体的是涉及一种基于叠加相位调制的信号复用和解复用方法及装置。

背景技术：
光纤通信系统通常需要发送额外的辅助控制信号。一般的解决方法是将这些管理与控制信号通过协议的方式写入帧内，然后随同数据一起进行发送。或者，将这些管理与控制信号调制到另外一个单独的低速通道，在接收端对该通道进行单独的信号检测与数据接收。以上方法要么依赖于协议的解析，要么依赖于额外的调制与解调装置，难以满足某些特定场合的应用需求。

技术实现要素：
本发明提供了一种基于叠加相位调制的信号复用和解复用方法及其装置，其目的在于从物理层解决低速辅助控制信号的传输问题，其优点是负载低，协议透明，延时低，结构简单。一种基于叠加相位调制的信号复用方法，包括以下步骤：步骤1：将接收的第一路待发送信号输入双偏振IQ调制器；步骤2：将双偏振IQ调制器输出的光信号输送至相位调制器，相位调制器输出的光信号为Eout，实现信号复用；其中，相位调制器的驱动信号为第二路待发送信号k(t)，μ(t)表示当前时刻t叠加于光载波的相位，且若k(t)＝0，则μ(t+1)→μ(t)+0，若k(t)＝1，则μ(t+1)→μ(t)+π；Eout＝Ein·expexp{j·μ(t)}＝R·P(t)·exp{j·(2πfc·t+θ(t)+σ+μ(t))}，Ein表示双偏振IQ调制器在任意一个偏振上的输出光信号，Ein＝R·P(t)·exp{j·(2πfc·t+θ(t)+σ)},R为光场强度系数，为常数；P(t)为调制信号的幅度；fc为光载波频率；θ(t)为调制信号的相位；σ为光载波的初始相位。一种基于叠加相位调制的信号解复用方法，对接收的复用信号，采用基于导频符号序列的方式，先将加载在相位调制器上的驱动信号进行恢复，分解出一路发送信号；然后基于所分解出的信号，从接收的复用信号中恢复出所发送的另一路发送信号的相位，实现完备的解复用。进一步地，所述采用基于导频符号序列的方式先将加载在相位调制器上的驱动信号进行恢复的过程如下：步骤A：在相邻两个驱动信号周期T内，各采集一个导频符号；步骤B：对两个导频符号进行零差相干检测，得到检测信号Y(t1)和Y(t2)，并对两个检测信号进行差分，得到差分信号t1和t2分别表示相邻两个驱动信号周期内的两个导频符号所对应的时刻；步骤C：以的相位对应驱动信号的数值，得到一路发送信号k(t)：其中，若则k(t1)＝0；若则k(t1)＝1；表示信号的相位。导频符号经过零差相干检测后，其信号可以表示为：Y(t)＝R′·P′(t)·exp{j·(θ′(t)+μ(t))}这里，R′是相干接收机的探测系数，为常量。P′(t)是导频符号的幅度，θ′(t)是导频符号的相位。假设t1和t2分别表示两个相邻驱动信号周期内导频符号所对应的时刻，且有为常数。那么，对以上两个时刻的导频符号进行差分，可以得到：Y(t2)-Y(t1)＝R′·P′(t1)·exp{j·(θ′(t2)-θ′(t1)+μ(t2)-μ(t1))}由于导频符号的幅度和相位是已知的，且有P′(t1)＝P′(t2)，θ′(t1)＝θ′(t2)，于是：因为t1和t2分别处于两个相邻的驱动信号周期内，于是有：μ(t2)-μ(t1)＝0，→k(t1)＝0μ(t2)-μ(t1)＝π，→k(t1)＝1可以通过判定的相位，即：0或者π，来破译驱动信号k(t)的输入值。进一步地，所述基于所分解出的一路发送信号，从接收的复用信号中恢复出所发送的另一路发送信号的相位的具体过程如下：若的相位为零，则t2时刻所在的驱动信号周期T内的所有接收数据信号的相位不变，得到另一路发送信号的相位；若的相位为π，则t2时刻所在的驱动信号周期T内的所有接收数据信号的相位减去π，得到另一路发送信号的相位。进一步地，所述差分信号采用以下公式计算获得：若大于或等于π/2，则令取值为π，若小于π/2，则令取值为0；其中，i为导频符号的索引，M为导频符号序列长度，为单个导频符号所计算得到的差分值。基于单个导频符号的判决容易受到噪音的影响，通过导频符号序列来联合判决。一种基于叠加相位调制的信号复用装置，其特征在于，包括：双偏振IQ调制器，用于接收光源信号，并将第一路待发送信号通过双偏振IQ调制器加载在光载波上；驱动信号转化单元，用于依据第二路待发送信号转化成相位调制器的驱动信号；相位调制器，用于对双偏振IQ调制器输出的信号再次进行相位调制：1)当前时刻驱动信号的值为0时，下一个时刻叠加于光载波的相位等于当前时刻光载波上所叠加的相位加上0度；2)当前时刻驱动的值为1时，下一个时刻叠加于光载波的相位等于当前时刻光载波上所叠加的相位加上180度。一种基于叠加相位调制的信号解复用装置，包括：驱动信号恢复单元，用于接收复用信号，并对复用信号采用基于导频符号序列的方式，将加载在相位调制器上的驱动信号进行恢复；传送信号恢复单元，将下一个开始的驱动信号周内的所有接收数据信号的相位，以所分解出的信号的取值对应减去0或π；所述驱动信号恢复单元包括：导频符号采集单元，用于在加载在相位调制器上的两个相邻驱动信号周期内，各采集1个导频符号；零位相干检测单元，用于对采集的导频符号进行相干检测，获取对应的检测信号；差分单元，用于对相邻导频符号的相干检测信号进行差分处理；驱动信号判断单元，用于依据相邻导频符号的相干检测信号的差分信号判断驱动信号数值。有益效果本发明提供了一种基于叠加相位调制的信号复用和解复用方法及其装置，通过将复用信号作为辅助控制信号，转化为相位调制器的驱动信号，以驱动信号的取值对应调制相位，完成信号复用；在解复用过程中，大胆地突破了常规思考，巧妙的借用导频符号的零位相干检测值的相位和幅值在信号复用过程中不变的原理，首先以导频符号恢复辅助控制信号，然后再由辅助控制信号恢复所传送的信号，整个过程实现简单，且负载低；由于本方法完全从物理层解决了数据传输问题，因此对通信协议是透明的，无需进行协议的解析，也因此有着延时低的优点；辅助控制信号以叠加相位的方式加载于高速数据信号之上，因此无需引入额外的负载；无需采用额外的低速传输通道，发送端仅需要增加一个额外的低速相位调制器，接收端装置无需改变。附图说明图1为本发明所述信号复用方法的框图；图2为本发明所述信号解复用方法的框图；图3为数据传输示意图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。如图1所示，一种基于叠加相位调制的信号复用方法，包括以下步骤：步骤1：将接收的第一路待发送信号输入双偏振IQ调制器；步骤2：将双偏振IQ调制器输出的光信号输送至相位调制器，相位调制器输出的光信号为Eout，实现信号复用；其中，相位调制器的驱动信号为第二路待发送信号k(t)，μ(t)表示当前时刻t叠加于光载波的相位，且若k(t)＝0，则μ(t+1)→μ(t)+0，若k(t)＝1，则μ(t+1)→μ(t)+π；Eout＝Ein·expexp{j·μ(t)}＝R·P(t)·exp{j·(2πfc·t+θ(t)+σ+μ(t))}，Ein表示双偏振IQ调制器在任意一个偏振上的输出光信号，Ein＝R·P(t)·exp{j·(2πfc·t+θ(t)+σ)}，R为光场强度系数，为常数；P(t)为调制信号的幅度；fc为光载波频率；θ(t)为调制信号的相位；σ为光载波的初始相位。如图2所示，一种基于叠加相位调制的信号解复用方法，对接收的复用信号，采用基于导频符号序列的方式，先将加载在相位调制器上的驱动信号进行恢复，分解出一路发送信号；然后基于所分解出的信号，从接收的复用信号中恢复出所发送的另一路发送信号的相位，实现完备的解复用。所述采用基于导频符号序列的方式先将加载在相位调制器上的驱动信号进行恢复的过程如下：步骤A：在相邻两个驱动信号周期T内，各采集一个导频符号；步骤B：对两个导频符号进行零差相干检测，得到检测信号Y(t1)和Y(t2)，并对两个检测信号进行差分，得到差分信号t1和t2分别表示相邻两个驱动信号周期内的两个导频符号所对应的时刻；步骤C：以的相位对应驱动信号的数值，得到一路发送信号k(t)：其中，若则k(t1)＝0；若则k(t1)＝1；表示信号的相位。导频符号经过零差相干检测后，其信号可以表示为：Y(t)＝R′·P′(t)·exp{j·(θ′(t)+μ(t))}这里，R′是相干接收机的探测系数，为常量。P′(t)是导频符号的幅度，θ′(t)是导频符号的相位。驱动信号速率远远小于实际发送数据的速率。数据帧本身包含导频符号以及发送的数据。导频符号用以实现同步，信道估计等功能。假设驱动信号的符号周期为T，那么在一个时间周期T之内，数据帧中会出现至少一个或者多个导频符号序列，如图3所示。假设t1和t2分别表示两个相邻驱动信号周期内导频符号所对应的时刻，且有为常数。那么，对以上两个时刻的导频符号进行差分，可以得到：Y(t2)-Y(t1)＝R′·P′(t1)·exp{j·(θ′(t2)-θ′(t1)+μ(t2)-μ(t1))}由于导频符号的幅度和相位是已知的，且有P′(t1)＝P′(t2)，θ′(t1)＝θ′(t2)，于是：因为t1和t2分别处于两个相邻的驱动周期内，于是有：μ(t2)-μ(t1)＝0，→k(t1)＝0μ(t2)-μ(t1)＝π，→k(t1)＝1可以通过判定的相位，即：0或者π，来破译驱动信号k(t)的输入值。所述基于所分解出的一路发送信号，从接收的复用信号中恢复出所发送的另一路发送信号的相位的具体过程如下：若的相位为零，则t2时刻所在的驱动信号周期T内的所有接收数据信号的相位不变，得到另一路发送信号的相位；若的相位为π，则t2时刻所在的驱动信号周期T内的所有接收数据信号的相位减去π，得到另一路发送信号的相位。基于单个导频符号的判决容易受到噪音的影响，通过导频符号序列来联合判决：所述差分信号采用以下公式计算获得：若大于或等于π/2，则令取值为π，若小于π/2，则令取值为0；其中，i为导频符号的索引，M为导频符号序列长度，为单个导频符号所计算得到的差分值。一种基于叠加相位调制的信号复用装置，其特征在于，包括：双偏振IQ调制器，用于接收光源信号，并将第一路待发送信号通过双偏振IQ调制器加载在光载波上；驱动信号转化单元，用于依据第二路待发送信号转化成相位调制器的驱动信号；相位调制器，用于对双偏振IQ调制器输出的信号再次进行相位调制：1)当前时刻驱动信号的值为0时，下一个时刻叠加于光载波的相位等于当前时刻光载波上所叠加的相位加上0度；2)当前时刻驱动的值为1时，下一个时刻叠加于光载波的相位等于当前时刻光载波上所叠加的相位加上180度。一种基于叠加相位调制的信号解复用装置，包括：驱动信号恢复单元，用于接收复用信号，并对复用信号采用基于导频符号序列的方式，将加载在相位调制器上的驱动信号进行恢复；传送信号恢复单元，将下一个开始的驱动信号周内的所有接收数据信号的相位，以所分解出的信号的取值对应减去0或π；所述驱动信号恢复单元包括：导频符号采集单元，用于在加载在相位调制器上的两个相邻驱动信号周期内，各采集1个导频符号；零位相干检测单元，用于对采集的导频符号进行相干检测，获取对应的检测信号；差分单元，用于对相邻导频符号的相干检测信号进行差分处理；驱动信号判断单元，用于依据相邻导频符号的相干检测信号的差分信号判断驱动信号数值。以上所述仅是本发明技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。