降低PON系统接收端ADC采样率和采样带宽的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种降低PON系统接收端ADC采样率和采样带宽的方法，在发送端，将每个频段中OFDM信号的全部子载波进行分组，在基带信号产生过程中需要进行预处理，以补偿接收端由于欠采样导致的频谱混叠现象；将OFDM信号上变频至不同的频段，然后将不同频段的信号叠加在一起，通过上变频的方式，减小了每个频段OFDM信号的带宽；在接收端，利用模拟域下变频的方式，通过控制本振信号的频率，选出不同频段的OFDM信号，低通滤波后送入模数转换器ADC完成数据采样，由于每个频段OFDM信号带宽较窄，因此可以有效降低ADC的采样带宽需求；ADC采样为欠采样，采样率为奈奎斯特采样速率的1/M，M为分组个数，降低了ADC的采样率。

A Method of Reducing ADC Sampling Rate and Sampling Bandwidth at Receiver of PON System

【技术实现步骤摘要】
降低PON系统接收端ADC采样率和采样带宽的方法
本专利技术涉及光通信领域，尤其涉及一种降低PON系统接收端ADC采样率和采样带宽的方法。
技术介绍
在云计算、大数据以及物联网等诸多新型应用的驱动下，4K视频、虚拟现实、智慧家庭、大型网络互动游戏等新业务不断涌现，信息传输带宽的需求正在以爆炸式的速度增长。无源光网络(PON)以其良好的特性和较低的成本，成为了接入网商用化的首选技术。PON系统由位于运营商侧的1个光线路终端(OLT)和位于用户侧的多个光网络单元(ONU)构成。从实际应用角度出发，PON系统对成本非常敏感，需要严格控制成本才能推进PON系统的实用化。由于PON系统中ONU数量众多，因此用户侧ONU的成本将对整个系统的成本起到关键的影响作用，需要进行严格控制。在接收端进行信号接收和恢复时，需要利用模数转换器(ADC)完成信息的采集，将模拟信号转换为数字信号，然后再利用数字信号处理技术进行信号的解调等操作，恢复出原始数据信息。根据奈奎斯特采样定律，为了实现信号的无失真恢复，接收端ADC的采样率需要大于接收信号带宽的2倍。由于通信速率的不断提高，接收信号的带宽不断增加，对接收端ADC的采样率和采样带宽提出了很高的要求，也将提高接收端数据处理的复杂度，从而会增加接收端系统的成本，不利于PON的系统建设。OFDM是一种多载波传输技术，可以有效提高光纤通信系统的色度色散与偏振模色散容限。另外，OFDM对调制格式透明，各个子载波可依据信道状态采用不同的高阶调制格式，最大限度提高系统容量，有效提升系统的频谱利用率。但是，对于OFDM信号，即使在接收端仅需要接收其中的少部分子载波信号，仍然需要对完整的OFDM信号进行接收，才能通过FFT等操作恢复出所需信息。因此，对接收端的ADC采样率提出了很高的要求，增加了信号采集以及采集后数据处理的难度，也将导致接收端系统成本增加，非常不利于对成本敏感的PON系统的建设。光OFDM系统依据接收端的检测方式不同可大致分为两大类：采用单个光电检测器完成光电转换的直接检测光OFDM系统与采用复杂系统结构的相干检测光OFDM系统。相干检测OFDM可提供更高的频谱利用率与接收机灵敏度，但复杂度较高。直接检测OFDM具备配置简单、维护容易、功耗低、成本低等特点，非常适合应用于对成本敏感的接入网。首先阐述一下直接检测OFDM系统的原理，图1为直接检测OFDM系统框图。在发送端，利用数字信号处理技术进行OFDM调制，数字信号处理部分主要包括符号映射、IFFT、添加循环前缀等操作。数字信号处理后的数据送入DAC完成数模转换，生成OFDM模拟电信号，低通滤波后送入光调制器，调制产生OFDM光信号。光信号经光纤传输后到达接收端，利用光电探测器完成光电转换，然后利用ADC采集信号，完成模数转换，最后通过数字信号处理完成OFDM解调。由于在接收端可能仅需要OFDM信号中的部分子载波数据，因此，接收全部子载波进行数据恢复是非常不经济的。通过合理的系统设置，可以采用低采样速率得到其中部分子载波信号，降低接收端ADC的采样速率和采样带宽。基于此，本专利技术提出一种降低PON系统接收端ADC采样率和采样带宽的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种降低PON系统接收端ADC采样率和采样带宽的方法。本方法可以有效降低接收端ADC的采样带宽需求和采样率，可以简化接收端的数据处理复杂度，降低接收端系统成本。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种降低PON系统接收端ADC采样率和采样带宽的方法，在发送端，采用以下步骤进行处理：(1)产生基带OFDM信号，将每个频段中OFDM信号的全部子载波进行分组，在基带信号产生过程中需要进行预处理，以补偿接收端由于欠采样导致的频谱混叠现象；(2)将OFDM信号上变频至不同的频段，然后将不同频段的信号叠加在一起，通过上变频的方式，减小了每个频段OFDM信号的带宽；(3)经过上述处理后的OFDM数字信号数据送入数模转换器DAC完成数模转换，生成OFDM模拟电信号，低通滤波后送入光调制器IM，调制产生OFDM光信号，光信号经光纤传输后到达接收端；在接收端，采用以下步骤进行处理：(1)利用光电探测器PD完成光电转换，然后利用模拟域下变频的方式，通过控制本振信号的频率，选出不同频段的OFDM信号，低通滤波后送入模数转换器ADC完成数据采样，由于每个频段OFDM信号带宽较窄，因此可以有效降低ADC的采样带宽需求；ADC采样为欠采样，采样率为奈奎斯特采样速率的1/M，M为分组个数，降低了ADC的采样率，欠采样所造成的频谱混叠效应已预先在发送端进行补偿；(2)采集后的数据进行解调处理，恢复出原始数据。在上述技术方案中，假设由于接收端欠采样造成的信道响应为H，则H*S＝R，其中S为发送信号，R为接收信号，即由于接收端欠采样造成了S与R有差异，引起信号失真；由于接收端欠采样的操作是预先设定的，因此欠采样造成的信道响应H是可以预知的，为了补偿这种失真，在发送端可对发送信号进行预处理，即S’＝H-1*S，那么在接收端得到的信号为R＝H*(H-1*S)＝S，即加入预处理后，接收信号R与发送信号S相同。本专利技术的优点和有益效果为：采用本专利技术提出的基于上下变频和欠采样的OFDM信号调制解调方案，可以取得与传统OFDM调制解调方案性能相似的结果，但是，由于本专利技术中采用上下变频和欠采样的方法，降低了接收端ADC的采样率和采样带宽，从而能够有效降低整个接收系统的成本。附图说明图1：直接检测OFDM系统框图。这里描述的是传统OFDM调制解调方法，接收端采样率较高。图2：基于上下变频和欠采样的OFDM调制解调系统框图。这里描述的是本专利技术提出的调制解调方法和系统组成结构，采用的是数字域上变频，模拟域下变频，欠采样的处理方法。图3：欠采样原理。这里描述的是欠采样方法的原理示意图，从时域和频域角度进行分析。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。一种降低PON系统接收端ADC采样率和采样带宽的方法，参见附图2：在发送端(即光线路终端OLT)，采用以下步骤进行处理：(1)产生基带OFDM信号，将每个频段中OFDM信号的全部子载波进行分组，如图2(II)所示；在基带信号产生过程中需要进行预处理，此处预处理主要是为了补偿接收端由于欠采样导致的频谱混叠现象。假设由于接收端欠采样造成的信道响应为H，则H*S＝R，其中S为发送信号，R为接收信号，即由于接收端欠采样造成了S与R有差异，引起信号失真。由于接收端欠采样的操作是预先设定的，因此由于欠采样造成的信道响应H是可以预知的，因此，为了补偿这种失真，在发送端可对发送信号进行预处理，即S’＝H-1*S，那么在接收端得到的信号为R＝H*(H-1*S)＝S，即加入预处理后，接收信号R与发送信号S相同。(2)利用数字域上变频的方式(此处不限于数字域上变频，采用模拟域上变频也可以)，将OFDM信号上变频至不同的频段，然后将不同频段的信号叠加在一起，如图2中(I)所示，在不同的时隙，OFDM信号可以占据不同的频段，通过上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低PON系统接收端ADC采样率和采样带宽的方法，其特征在于：在发送端，采用以下步骤进行处理：(1)产生基带OFDM信号，将每个频段中OFDM信号的全部子载波进行分组，在基带信号产生过程中需要进行预处理，以补偿接收端由于欠采样导致的频谱混叠现象；(2)将OFDM信号上变频至不同的频段，然后将不同频段的信号叠加在一起，通过上变频的方式，减小了每个频段OFDM信号的带宽；(3)经过上述处理后的OFDM数字信号数据送入数模转换器DAC完成数模转换，生成OFDM模拟电信号，低通滤波后送入光调制器IM，调制产生OFDM光信号，光信号经光纤传输后到达接收端；在接收端，采用以下步骤进行处理：(1)利用光电探测器PD完成光电转换，然后利用模拟域下变频的方式，通过控制本振信号的频率，选出不同频段的OFDM信号，低通滤波后送入模数转换器ADC完成数据采样；ADC采样为欠采样，采样率为奈奎斯特采样速率的1/M，M为分组个数，降低了ADC的采样率，欠采样所造成的频谱混叠效应已预先在发送端进行补偿；(2)采集后的数据进行解调处理，恢复出原始数据。

【技术特征摘要】
1.一种降低PON系统接收端ADC采样率和采样带宽的方法，其特征在于：在发送端，采用以下步骤进行处理：(1)产生基带OFDM信号，将每个频段中OFDM信号的全部子载波进行分组，在基带信号产生过程中需要进行预处理，以补偿接收端由于欠采样导致的频谱混叠现象；(2)将OFDM信号上变频至不同的频段，然后将不同频段的信号叠加在一起，通过上变频的方式，减小了每个频段OFDM信号的带宽；(3)经过上述处理后的OFDM数字信号数据送入数模转换器DAC完成数模转换，生成OFDM模拟电信号，低通滤波后送入光调制器IM，调制产生OFDM光信号，光信号经光纤传输后到达接收端；在接收端，采用以下步骤进行处理：(1)利用光电探测器PD完成光电转换，然后利用模拟域下变频的方式，通过控制本振信号的频率，选出不同频段的OFDM...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宇鹏，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津,12