一种应用于dqpsk系统的频偏补偿模块及其补偿方法
【专利摘要】本发明涉及一种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块及其补偿方法，本发明方法中每组矢量信号数据预补偿过程中采用相位放大和归一化运算计算得到单位频偏相位偏移，对N个相位数据求平均，并除以四，获得残余的单位频偏相位偏移值；将残余频偏和预补偿频偏相加，然后再乘上N个数据各自的编号，获得各自的频偏相位值；将预补偿前的原始相位值，减去其进行频偏相位计算后得到的频偏相位，完成频偏相位补偿；本发明装置及其方法的补偿过程无需对激光器进行控制，增强了系统的稳定性，使系统更易于实现，降低了成本。
【专利说明】-种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块及其补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了一种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块及其补偿方法，特别是涉及 一种应用于光通信领域中的偏振复用的相移键控系统中能补偿大范围频偏，具有较强频偏 变化跟踪能力的补偿模块及其补偿方法，本发明属于低速、高速相干光通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着通信技术的进步，偏振复用的相移键控相干光通信系统，能在符号速率一定 的情况下，实现多倍于符号速率的通信速率，并且，对光信号的处理，全部转移到电域中进 行，减少了对光学器件要求的同时，能获得更大的信号处理和恢复质量，被普遍认为是100G 光通信系统的传输解决方案。另外，相对于强度调制方式，偏振复用的相移键控调制方式对 接收端的光信噪比要求较低，也被应用在长距传输场合。
[0003] 偏振复用的相移键控通信系统，使用相干的方式实现光信号的接收，远端信号的 调制使用一个本振光源，近端接收机使用另一个频率相近的本振光源进行相干接收。在两 个光源之间，必然存在频率偏差，因而，必须对接收到的信号，进行频偏补偿处理，才能恢复 出正确的数据。
[0004] 在已有的文献中，介绍了多种类似的频偏补偿方法，它们存在的缺陷在于：能补偿 的频偏的范围有限，必须不能超过符号速率的八分之一；或者通过根据信号中频率偏移的 大小,调整外部的本振光源，这种方法的稳定性较差。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是克服现有技术存在的问题和不足，针对偏振复用相移键控系 统，提出一种针对本振光源的频偏对信号相位造成的影响而进行补偿的频偏补偿模块及其 补偿方法，本发明方法实现简单，具有更好的稳定性。
[0006] 本发明原理如下：对需要进行频偏补偿的矢量信号数据，先对其进行预处理，然后 计算其相位值，并设定合理的相位数据表示比特宽度，使其覆盖整个相位值范围。然后进行 预补偿操作，得到一个参与的单位频偏相位值，对连续的一段数据进行平均运算，求得这个 参与的频偏相位值，再结合之前预补偿部分，得到当前连续数据的单位频偏相位，最后根据 相位的累积，求得当前连续数据的频偏相位，从原始相位中减去频偏相位值，完成频偏的补 偿。
[0007] 首先，对数据进行预处理，使得矢量信号的某一分量信号数据达到满比特宽度，然 后进行相位计算，并设定相位数据的表示宽度与实际相位的对应关系为：当前比特宽度下 能表示的最大数，无限接近2 π，〇则为〇。然后通过相位的计算，实现频偏的预补偿和单位 频偏的计算，最后根据频偏的累积效应，将单位频偏相位转换为当前矢量数据的频偏相位， 并从原始相位数据中减去这个值，完成补偿。
[0008] 第k个数据的相位可以表示为
[0009]
【权利要求】
1. 一种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块，其特征在于：包括如下模块设置于数字处 理芯片中： 分组模块（100):对矢量信号数据按照时间先后顺序分组，每组包括N个连续数据进入 预处理模块； 预处理模块（101):对组内矢量信号数据的虚实部进行2的m次方倍数同比例放大，m表示设置宽度减去数据值表示需要的最小比特宽度值； 相位计算模块（102):对预处理模块（101)输出信号数据采用cordic算法计算，获得 矢量信号数据相位值在[〇, 2 )范围内的相位值，然后送入频偏预补偿模块（103); 频偏预补偿模块（103):对每组数据进行逐组处理，对当前组内的每一个相位数据
,减去与其对应的频偏相位预补偿量Pp^i，得到初步处理后的数据
残余频偏计算模块（104):对频偏相位预补偿模块（103)处理后信号的组内N个相位 数据，前后两两相减，对所得差值求平均值P' ，再将平均值P' ^^扩大四倍，并将其归 一化到[-t+ji)的范围内，对归一化后的相位数据缩小四倍，得到残余的单位频偏相位 偏移Ph; 残余频偏补偿模块（105):将残余频偏计算模块（104)中计算得到的残余的单位频偏 相位偏移值Pf_，分别乘以组内数据的编号
，得到N个补偿相位量，然后 将经频偏预补偿模块（103)处理后的P'i减去与其编号相对应的乘积，完成补偿，获得消 除频偏相位偏移的相位值PmtH; 频偏预补偿量更新模块（106):计算当前组内最后一个数据的频偏相位偏移
为频偏相位预补偿（103)中组内最后一个相位数据的相位预补偿量，PisXN为残余频偏补偿模块（105)中组内最后一个数据的残余频偏相位预补偿量；计算该 组数据对应的单位频偏相位大小：
其中：P'f。为更新前的值，其初值为零， Pfys为残余的单位频偏相位偏移； 预补偿频偏相位计算模块（107):频偏预补偿量计算更新模块（106)计算的变量Pf()_N、Pf。，由_
获得对应于每个数据的预补偿频偏相位值Ppm+ 并反馈至频偏预补偿模块（103)。
2. 根据权利要求1所述一种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块，其特征在于：所述预 处理模块内设置有移位寄存器，移位寄存器用于延迟矢量信号数据，使矢量信号数据和与 其对应的E值保持同步。
3. 根据权利要求1所述的一种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块，其特征在于：所述 每组数据中的N值由偏振复用相移键控系统中的激光器线宽变化速度和数字处理芯片运 行速度确定，与激光器线宽变化速度成反比关系，与数字处理芯片运行速度正相关。
4. 根据权利要求3所述的一种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块，其特征在于：所述N 值优选为16或32或64。
5. 根据权利要求1所述的一种应用于DQPSK系统的频偏补偿方法，其特征在于：对矢 量信号数据的虚实部进行同比例放大的预处理；计算矢量信号数据的相位大小；在相位数 据计算设定的相位数据格式下，通过前后相位值的减法，消除频偏相位的累积特征；每组矢 量信号数据预补偿过程中采用相位放大和归一化运算计算得到单位频偏相位偏移，对N个 相位数据求平均，并除以四，获得残余的单位频偏相位偏移值；将残余频偏和预补偿频偏相 力口，然后再乘上N个数据各自的编号，获得各自的频偏相位值；将预补偿前的原始相位值， 减去其进行频偏相位计算后得到的频偏相位，完成频偏相位补偿。
6. -种应用于根据权利要求1所述的频偏补偿模块的频偏补偿方法，其特征在于：所 述矢量信号数据的预处理包括如下步骤：首先判断矢量信号数据的实虚部的正负符号位 值，实部数据和虚部数据判断同时进行；当实部位值大于等于零时，进入步骤202,预处理 模块计算1所在的最高比特位数R2 ;否则进入步骤201，计算0所在的最高比特位数Rl; 由步骤205对步骤201和步骤202的有效比特位数进行选择，为当实部数据为负时，R= R2 ;否则R=Rl;当虚部位值大于等于零时，进入步骤203,预处理模块计算1所在的最高 比特位置，得到最高有效比特位数Il;否则进入步骤204,计算0所在的最高比特位置，得 到最高有效比特位数12 ;由步骤206对步骤203和步骤204的有效比较特位数进行选择， 为当虚部数据为负时，I= 12,否则I=Il;然后预处理模块比较实部和虚部的有效比特位 数的大小，即比较I和R，得到两者的较大值max(R，I)。由预处理模块中设置的公式E= M-l-max(R，I)，由步骤207得到最大可扩比特位数E，其中M表示每个数据在数字处理芯片 中表示时所占用的比特位数；最后，步骤209对矢量信号数据进行有效比特位扩展，将矢量 信号数据的实虚部同时左移E个比特位。
7. 根据权利要求6所述的频偏补偿方法，其特征在于：所述矢量信号数据采用移动寄 存器的延迟同步方法，使矢量信号数据和与其对应的最大可扩比特位数E值保持同步。
8. 根据权利要求6或7所述的频偏补偿方法，其特征在于：其预补偿步骤具体包括如 下： 步骤301 :频偏相份预补偿：将原始相位数据
减去与其对应的预补 偿相位P1^i，得到
，第一组数据对应的相位预补偿量P1^i为零； 步骤302:预补偿之后的相位数据两两相减（P'i+1-P'J得到相位差值，对差值求平 均，获得差值求平均值
步骤303 :将步骤302计算得到的P左移2位，保留相位数据的低16位，再 经过归一化运算，消除相位值中的调制相位，获得中间变量Ptraip，用公式表示为
? 步骤304 :对中间变量Ptraip右移2位，补偿步骤303中的放大运算，得到单位残余频偏 相位Pf〇-s =Ptemp/4 ; 步骤306 :将步骤304中计算得到的单位残余频偏相位.，由
获得完全消除频偏干扰的相位数据Pmd+完成残余频偏相位 的补偿； 步骤307 :预补偿相位数据更新：对？&1进行更新，更新为
，其中 Ppm_n为上一组相位数据中最后一个数据所包含的频偏相位偏移，其初值为零，Pf()_s为步骤 304计算得到的当前相位数据组的单位残余频偏相位偏移；对单位频偏相位偏移Pf。进行更 新，更新为
其中P'f。为上一组数据的单位频偏相位偏移，其初值为零； 步骤308 :根据步骤307更新参数值，由
计算下一 组数据的频偏相位预补偿量。
9.根据权利要求8所述的频偏补偿方法，其特征在于：所述步骤306之前设置有步骤 305采用设置移位寄存器延迟同步方法，使移位寄存器深度设置为步骤302、303、304在数 字处理芯片中运行完成所需要的时钟周期数，使预补偿后的一组相位数据与其对应的残余 频偏相位偏移数据保持同步。
【文档编号】H04L27/22GK104243378SQ201410505150
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】宋新明, 曹丽, 黄丽艳, 于龙, 江毅, 何国良, 盛元峰, 徐健 申请人:武汉光迅科技股份有限公司