[发明专利]一种数字相干光纤通信系统中的帧同步方法

说明书

本发明公开了一种数字相干光纤通信系统中的帧同步方法，包括下述步骤：设计用于帧同步的共轭对称正交相移键控数据序列；对接收到的光通信信号以滑动窗口的模式做卷积运算和功率归一化运算后获得信号串的卷积值序列M(d)；用比较大小的方法寻找M(d)的最大值，该最大值所在的位置就是帧同步序列在接收到的光通信信号中的时隙位置。本发明中，所设计的共轭对称正交相移键控数据序列在卷积运算中会出现一个尖锐峰值，而普通传输信号则不会出现这样的现象，通过在发送端插入设计的帧同步序列并且在接收端做卷积运算，找到这个峰值，从而实现帧同步；本帧同步方法定位精确，耗时少、功耗低、使用码元数少，对频偏不敏感，对色散和高斯噪声有着很强的鲁棒性。

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，更具体地，涉及一种数字相干光纤通信系统中的帧同步方法。

背景技术

帧同步意为准确寻找某一个数据帧的起始位置。对于实际的通信系统帧同步是一个必不可少的步骤。很多需要训练符号辅助的算法已经被提出并被运用于现有的单载波数字相干光纤通信系统中，比如训练符号辅助的均衡算法、频偏估计算法和载波相位估计算法。对于这样的训练序列辅助的算法，一定量的训练符号会被安插到数据帧的起始位置或者在数据帧中间隔插入。我们必须对这样的训练符号进行精确的定位。即使对于盲运算算法来说，对于采用不同调制格式的不同数据帧，我们同样需要准确获得它们的起始位置，从而可以正确切换判决环。传统的帧同步一般采用Schmidl-Cox方法。在Schmidl-Cox方法中，两段相同的数据序列被依次发送，并且在接收端进行自相关运算得到接收信号的定时度量并寻找它的最大值。这种方法不会受频偏和码间串扰的影响。然而由这种帧同步方法受高斯噪声影响，得到的定时度量呈一个脉冲的形状。因此所得到的同步位置点往往会偏移几个码元。这就需要更长抽头、更复杂的均衡器来补偿定时误差。此外训练符号辅助的算法极有可能因为这个定时误差而失效。另一种的帧同步方法是互相关同步方法。在这种方法中，已知发送的序列和接收到的数据做互相关。这种方法可以得到一个单峰值的定时度量，从而精确地得到数据帧的起始位置。然而这种帧同步方法只能在频偏低于10兆赫兹的情况下工作，并不适用于实际中频偏至少为上百兆以上的相干光纤通信系统中。

发明内容

针对现有帧同步技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种数字相干光纤通信系统中的帧同步方法，旨在解决传统帧同步方法中定时偏差大、受高斯噪声影响大和受频偏影响大的问题。

本发明提供了一种光纤通信系统中的帧同步方法，包括下述步骤：

S1：设计总长度为2L的共轭对称正交相移键控数据序列P_Pro＝[A_L B_L^*]作为帧同步序列；其中：A_L是长度为L的正交相移键控数据序列，B_L与A_L镜向对称，是A_L的复共轭；将该帧同步序列插在所要传输的数据前面，共同组成整串光通信信号；

S2：发送所述光通信信号，接收端对接收到的光通信信号以平移滑动窗口的模式做卷积运算，所述平移滑动窗口长度2L；

对卷积运算所得数据序列作归一化，获得所述平移滑动窗口对应序列的卷积M(d)；d代表滑动的顺序，因为窗口是向后滑动的，每滑动过一个码元就计算一个M(d)，所以说d也可以代表时刻，作为定时度量；

S3：寻找M(d)的最大值，当滑动窗口正好覆盖到P_Pro＝[A_L B_L^*]所在的位置时，所得到的M(d)将是最大值，因此该最大值所对应的时刻d就是帧同步序列在接收到的光通信信号中的时隙位置；帧同步信号就加载在发射的通信信号的前面，就是一个时间先后的关系。

优选地，所述步骤S1中，所述共轭对称正交相移键控数据序列的总长度2L为128码元。对于较好或者较恶劣的信道，也可以适当减少或者增加长度，其具体值则视实际应用中的光纤传输链路而定。