一种色散估计方法、装置及光接收机与流程

本发明涉及通信技术领域，具体是涉及一种色散估计方法、装置及光接收机。

背景技术：

在高速光纤通信系统中，光纤的色散会引起光脉冲展宽，产生码间干扰((intersymbolinterference，isi)，进而严重影响光纤通信系统的传输性能，特别是在高速直调直检(intensitymodulationanddirectdetection，imdd)系统中。光纤的色散包括色度色散(chromaticdispersion，cd)，色度色散是指不同频率的光信号经过光纤传输后由于传输速度不同导致的脉冲畸变，包括材料色散和波导色散。色散会受光纤链路变化、环境温度、压力、光纤弯曲等因素影响而变化，而且未来光纤通信系统一般采用光分插复用设备(opticaladddropmultiplexer，oadm)和光交叉连接设备(opticalcross-connect，oxc)实现动态光路由网络，这就会造成不同波长信号、不同时刻时传输路径不同，导致信号色散大小不再是唯一确定的值。因而实时在线的色散监测或估计技术对于高速相干光通信系统必不可少。

另外，随着100g光传输技术及通信系统的普及和商用，数字相干光通信技术逐步取代传统的imdd方案，成为未来长距高速传输的主流技术，因为它具有更好的灵敏度，更高的频谱效率，更强的抗损伤能力。相较于传统的imdd，数字相干光接收机利用本振光与信号光的干涉来获得信号的复振幅、偏振和频率等全部光场信息，从而支持正交相移键控(quadraturephaseshiftkeying，qpsk)、16种符号的正交振幅调制(quadratureamplitudemodulation，qam)等高阶调制格式。并且可以通过数字信号处理(digitalsignalprocessor，dsp)技术对相干探测后的电信号进行电域滤波、均衡以补偿信号经历的线性甚至非线性损伤。比如，对于传输过程中积累的色散效应，可以在数字相干接收机中通过静态的均衡器进行补偿，但前提是能确切地知道光纤链路累积的色散值，才能有效正确地配置均衡器的抽头，实现电域色散补偿。目前，在电域进行色散估计的方法需要消耗较多的计算资源和计算时间，难以实现大范围、高精度的快速色散估计。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种色散估计方法、装置及光接收机，实现大范围、高精度的快速色散估计。

本发明提供一种色散估计方法，其包括：

根据待估计信号的时域功率波形的自相关函数计算粗色散估计绝对值；

根据粗色散估计绝对值确定色散扫描区间以及对待估计信号进行色散均衡处理；

在色散扫描区间内对处理后的待估计信号进行扫描，以得到第一代价函数的最值及对应的精色散估计值。

在上述技术方案的基础上，在获取所述时域功率波形之前，所述方法还包括：使用预先设置的色散初始值cd0对所述待估计信号进行色散均衡预处理，其中，-a≤cd0≤a，a为正实数。

在上述技术方案的基础上，计算所述粗色散估计绝对值的方法包括：

将所述时域功率波形平均划分为多个分块后，计算每个分块的特征值，其中，每个分块包括m个数据，且m≥2；

基于所述特征值计算得到所述时域功率波形的自相关函数；

根据所述自相关函数的第二个峰值脉冲位置计算得到所述粗色散估计绝对值。

在上述技术方案的基础上，所述特征值为m个数据的总和、平均值、最大值或者最小值。

在上述技术方案的基础上，计算所述自相关函数的方法包括：

基于所有所述分块的特征值计算得到一组时域信号序列；

通过快速付里叶变换将时域信号序列变换为频域信号序列，并求取频域信号序列的模方以获得对应的频谱；

通过快速付里叶逆变换将频谱变换到时域，得到所述自相关函数。

在上述技术方案的基础上，所述粗色散估计绝对值的计算公式为：

其中，cd为所述粗色散估计绝对值，c为真空中的光速，pindx为所述自相关函数的第二个峰值的位置序号，λ为所述待估计信号的光载波的波长，fs为采样速率，baudrate为波特率。

在上述技术方案的基础上，确定所述色散扫描区间的方法为：确定粗色散估计值为或者cd为所述粗色散估计绝对值；

所述色散扫描区间为：粗色散估计值-detacd≤所述色散扫描区间≤粗色散估计值+detacd，其中，detacd为色散扫描范围，detacd>0，所述色散扫描区间内的色散扫描步长为stepsize，2*detacd为所述色散扫描区间的长度。

在上述技术方案的基础上，确定所述粗色散估计值的方法为：

将作为所述粗色散估计值；或者，

选择或者对所述待估计信号进行色散均衡处理后，重新计算得到色散均衡后的粗色散估计绝对值；当色散均衡后的粗色散估计绝对值小于阈值时，将选择的数值作为所述粗色散估计值；否则，将未被选择的数值作为所述粗色散估计值，其中，阈值＝0.1*选择的数值；或者，

分别使用和对所述待估计信号进行色散均衡处理后，计算得到第二代价函数的数值；将得到较小的第二代价函数的数值的或者作为所述粗色散估计值。

在上述技术方案的基础上，所述方法还包括：在所述色散扫描区间内重新扫描更新后的所述待估计信号，得到更新后的所述精色散估计值，当更新前后所述精色散估计值的差值的绝对值超过色散波动阈值时，重新计算所述粗色散估计绝对值。

本发明还提供一种色散估计装置，其包括：

色散估计器，其用于根据待估计信号的时域功率波形的自相关函数计算粗色散估计绝对值；还用于在色散扫描区间内对根据粗色散估计绝对值进行色散均衡处理后的待估计信号进行扫描，以得到第一代价函数的最值及对应的精色散估计值；

主控制器，其用于控制色散估计器；

其中，色散扫描区间是由色散估计器或者主控制器根据粗色散估计绝对值确定的。

在上述技术方案的基础上，所述色散估计装置还包括：

抽头查找表，其用于根据色散值计算并配置抽头系数，色散值包括所述色散扫描区间内的任意值，以及预先设置的色散初始值cd0，其中，-a≤cd0≤a，a为正实数；

均衡器，其用于根据抽头系数对所述待估计信号进行色散均衡处理；

所述主控制器用于分别控制抽头查找表和均衡器。

在上述技术方案的基础上，所述色散估计器或者主控制器还用于确定粗色散估计值为或者cd为所述粗色散估计绝对值，cd0为所述色散初始值；所述色散扫描区间根据粗色散估计值确定。

在上述技术方案的基础上，所述色散估计器包括粗色散估计器和精色散估计器，粗色散估计器用于计算所述粗色散估计绝对值，精色散估计器用于计算所述精色散估计值；

所述装置还包括用于存储所述待估计信号的缓存器，以及用于选通粗色散估计器或者精色散估计器的选路器；

所述主控制器还用于控制选路器。

在上述技术方案的基础上，所述粗色散估计器或者主控制器还用于确定所述粗色散估计值为或者，

所述粗色散估计器或者主控制器用于将选择的或者作为所述色散值输出到所述抽头查找表；所述粗色散估计器还用于对经过所述均衡器色散均衡处理后的所述待估计信号重新计算粗色散估计绝对值；当色散均衡后的粗色散估计绝对值小于阈值时，将选择的数值作为所述粗色散估计值；否则，将未被选择的数值作为所述粗色散估计值，其中，阈值＝0.1*选择的数值。

在上述技术方案的基础上，所述粗色散估计器包括：

整形滤波器，其用于对所述待估计信号进行整形滤波；

分块混叠器，其用于对整形滤波后的数据信号求得所述时域功率波形，并以m个数据为分块长度，将所述时域功率波形划分为多个所述分块，计算每个所述分块的特征值得到一组时域信号序列；

时-频域变换器，其用于通过快速付里叶变换将时域信号序列变换为频域信号序列，并求取频域信号序列的模方以获得对应的频谱；

频-时域变换器，其用于通过快速付里叶逆变换将频谱变换到时域，得到所述自相关函数；

峰值位置检测器，其用于找到所述自相关函数的第二个峰值脉冲位置；

色散计算模块，其用于根据第二个峰值脉冲位置计算所述粗色散估计绝对值。

在上述技术方案的基础上，所述精色散估计器包括：

提取模块，用于从所述均衡器接收经过色散均衡处理的所述待估计信号，从中提取所述第一代价函数的最值；

特征识别模块，其用于在所述色散扫描区间内，将所述第一代价函数的最值所对应的色散值作为所述精色散估计值；

色散输出模块，其用于输出所述精色散估计值。

在上述技术方案的基础上，所述粗色散估计器或者主控制器还用于将和分别作为所述色散值输出到所述抽头查找表；

所述抽头查找表还用于根据收到的所述色散值计算并配置抽头系数；所述均衡器还用于根据抽头系数对所述待估计信号进行色散均衡处理；

所述提取模块还用于对经过色散均衡处理后的所述待估计信号计算第二代价函数的数值；所述特征识别模块还用于将得到较小的第二代价函数的数值的或者作为所述粗色散估计值输出到所述色散输出模块。

本发明还提供一种光接收机，所述光接收机包括上述的色散估计装置。

与现有技术相比，本发明的优点如下：根据待估计信号的时域功率波形的自相关函数计算粗色散估计绝对值，然后根据粗色散估计绝对值确定色散扫描区间以及对待估计信号进行色散均衡处理，最后在色散扫描区间内对处理后的待估计信号进行扫描，以得到第一代价函数的最值及对应的精色散估计值。与传统色散估计方法相比，采用上述分步估计法可以实现大范围、快速、准确、高精度的色散估计。

附图说明

图1是在现有的单载波调制数字相干光纤通信系统中，接收端数字信号处理dsp的流程图；

图2是本发明第一实施例色散估计方法流程图；

图3是本发明第一实施例色散估计方法中各分块的示意图；

图4是本发明第一实施例色散估计方法中，步骤s150的具体流程图；

图5是本发明第二实施例色散估计方法中，步骤s240的流程图；

图6是本发明第四实施例色散估计方法流程图；

图7是本发明第五实施例色散估计系统示意图；

图8是本发明第六实施例中粗色散估计器的示意图；

图9是本发明第七实施例中精色散估计器的示意图；

图10是本发明第八实施例中粗色散估计器的仿真的自相关序列曲线示意图；

图11是本发明第八实施例中精色散估计器的绝对值峰值与色散值之间的关系曲线示意图。

图中：

1-缓存器，2-可编程均衡器，3-选路器，4-粗色散估计器，41-整形滤波器，42-分块混叠器，43-时-频域变换器，44-频-时域变换器，45-峰值位置检测器，46-色散计算模块，5-精色散估计器，51-绝对值峰值提取模块，52-特征识别模块，53-色散输出模块，6-抽头查找表，7-主控制器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明实施例提供一种色散估计方法，包括：

根据待估计信号的时域功率波形的自相关函数计算粗色散估计绝对值。

根据粗色散估计绝对值确定色散扫描区间以及对待估计信号进行色散均衡处理。

在色散扫描区间内对处理后的待估计信号进行扫描，以得到第一代价函数的最值及对应的精色散估计值。

本发明实施例将色散估计过程划分为粗估计阶段和精估计阶段，在粗估计阶段得到粗色散估计绝对值，并根据粗色散估计绝对值确定色散扫描区间以及对待估计信号进行色散均衡处理。在粗估计阶段的基础上，在精估计阶段经过扫描确定最终的精色散估计值。与传统色散估计相比，采用上述分阶段估计方法可以实现大范围、快速、准确、高精度的色散估计。以下通过各实施例具体说明。

本发明第一实施例提供一种色散估计方法，可以用于数字相干接收机中，参见图1所示，典型的数字相干接收机的dsp处理流程包括光学前端补偿、色散估计及补偿、时钟恢复、偏振解复用自适应均衡、频偏和相位恢复、星座图解映射和前向纠错码(forwarderrorcorrection，fec)解码等过程及相应的模块。数字相干接收机接收的原始信号的调制格式是常见的相位调制或幅度相位调制，例如psk，qpsk，8qam，16qam，64qam等。信号可以是单偏信号，也可以是偏振复用信号(如图1所示)。

通常情况下，色散估计过程的输入信号即待估计信号，待估计信号是经过光学前端补偿后的数据，其中，光学前端补偿包括对i和q两路信号进行时延偏差补偿和幅度相位失配补偿。输入到色散估计模块中的数据可以为x偏振支路，也可以为y偏振支路。

参见图2所示，色散估计方法包括以下步骤：

s120获取待估计信号的时域功率波形。

步骤s120包括对待估计信号进行整形滤波后，对整形滤波后的数据信号求得时域功率波形。

其中，整形滤波处理可以使用数字高通或带通滤波器，用于修正待估计信号的频谱，滤除待估计信号的低频分量并使之具有更好的对称性，从而使得最终的自相关函数的峰值变得更尖锐明显。

s130将时域功率波形平均划分为多个分块，基于每个分块的特征值计算时域功率波形的自相关函数，并得到自相关函数的峰值脉冲位置所对应的粗色散估计绝对值。

步骤s130具体包括以下步骤：

s131将待估计信号的时域功率波形平均划分为多个分块后，计算每个分块的特征值，基于所有分块的特征值计算得到一组时域信号序列。其中，每个分块包括m个数据，且m≥2。

将待估计信号的时域功率波形平均划分为多个分块，每个分块中包括的数据总数相同，即以m个数据为分块长度，将时域功率波形平均划分为多个分块，图3所示为各分块的示意图，每个分块包含m个数据，每个分块的特征值可以是m个数据的总和、平均值、最大值或者最小值，不作限制。分块长度m不低于2，即每个数据块内参与计算特征值的数据点数至少为2。

例如，在图3中，m＝8，从上至下的三个分块中，第一个分块包含数据d1，d2，...，d8，第一个分块的8个数据之和为d1，同理可得到其它两个分块的8个数据之和d2和d3。

通过上述时域的功率波形分块混叠技术，降低了在粗估计阶段计算时域功率波形的自相关函数时fft的运算点数，以更少的计算时间、更低复杂度完成色散绝对值的快速粗略估计，得到粗色散估计绝对值。

s132通过快速付里叶变换(fastfouriertransform，fft)将时域信号序列变换为频域信号序列，并求取频域信号序列的模方以获得对应的频谱。

s133通过快速付里叶逆变换(inversefastfouriertransform，ifft)将频谱变换到时域，根据维纳-辛钦定理，得到的时域信号即是时域功率波形的自相关函数。

s134找到时域功率波形的自相关函数的第二个峰值脉冲位置。第二个峰值脉冲位置就是功率波形自相关函数中除开第一个峰值的下一个峰值脉冲的位置。

s135根据第二个峰值脉冲位置计算得到粗色散估计绝对值。

粗色散估计绝对值cd的计算公式为：

其中，c为真空中的光速，pindx为自相关函数的第二个峰值的位置序号，λ为待估计信号的光载波的波长，fs为采样速率，baudrate为波特率。

为了与其他实施例进行区别，本实施例中的粗色散估计绝对值记为cd1。

s140确定粗色散估计值。

在本实施例中，粗色散估计值的两个可能取值分别为和由于目前新铺设的绝大部分光纤的色散都是正值，即可以直接确定精色散估计值为

s150根据粗色散估计值确定色散扫描区间，并对待估计信号进行色散均衡处理和扫描，以得到第一代价函数的最值和对应的精色散估计值。

具体的，色散扫描区间的长度为2*detacd，detacd为色散扫描范围，detacd>0，色散扫描区间为：

粗色散估计值-detacd≤色散扫描区间≤粗色散估计值+detacd，即stepsize为色散扫描步长。例如，色散扫描范围detacd不大于400ps/nm，扫描步长stepsize不大于50ps/nm。

第一代价函数可以是使用粗色散估计值对待估计信号进行色散均衡处理后的峰均功率比(peaktoaveragepowerratio，papr)或者绝对值峰值函数，第一代价函数还可以为其他函数，不作限制。

绝对值峰值函数可定义为以下几种形式：

peak＝max(|re(x)|)(1)，或

peak＝max(|im(x)|)(2)，或

peak＝max(|re(x)|+|im(x)|)(3)，

其中x为色散均衡处理后的待估计信号，re(x)和im(x)分别为x的实部和虚部，max为最大值。

采用更简单的实信号绝对值峰值函数作为第一代价函数，可以提高估计精度的同时还降低了计算复杂度，更具实用性。

参见图4所示，以第一代价函数为绝对值峰值函数为例，步骤s150具体包括以下步骤：

s151根据粗色散估计值计算第一抽头系数并配制抽头查找表。具体的，将计算得到的第一抽头系数写入抽头查找表中。

s152根据抽头查找表中的第一抽头系数，对待估计信号进行色散均衡处理，检测并记录色散均衡处理后的待估计信号(即第一均衡数据信号)的绝对值峰值。

s153在整个色散扫描区间范围内，查找色散均衡处理后的待估计信号的绝对值峰值的最小值，该最小峰值对应的色散值即为精色散估计值cdfest1。

s154输出精色散估计值cdfest1。

根据待估计信号的时域功率波形的自相关函数计算粗色散估计绝对值，然后根据粗色散估计绝对值确定色散扫描区间以及对待估计信号进行色散均衡处理，最后在色散扫描区间内对处理后的待估计信号进行扫描，以得到第一代价函数的最值及对应的精色散估计值。与传统色散估计方法相比，采用上述分步估计法可以实现大范围、快速、准确、高精度的色散估计。

本发明第二实施例提供一种色散估计方法，包括：

s210使用预先设置的色散初始值cd0对待估计信号进行色散均衡预处理，其中，-a≤cd0≤a，a为正实数。

具体的，根据色散初始值cd0计算第二抽头系数并写入抽头查找表中，根据第二抽头系数对待估计信号进行色散均衡预处理。

上述色散均衡预处理可以避免色散值较小时受到0处自相关峰的干扰而导致的估计失效/失准的问题，从而进一步提高色散估计的精度，解决了传统自相关方法在小色散值时估计失效的问题。该预先设置的色散初始值cd0根据实际使用情况确定，cd0可以为0，也可以不为0，例如a＝300ps/nm，cd0可以是[-300ps/nm,+300ps/nm]之间的任意值。当cd0为0时，即不对待估计信号进行色散均衡预处理。

s220获取待估计信号的时域功率波形。

s230将时域功率波形平均划分为多个分块，基于每个分块的特征值计算时域功率波形的自相关函数，并得到时域功率波形的自相关函数的峰值脉冲位置所对应的粗色散估计绝对值。

使用预先设置的色散初始值cd0对待估计信号进行色散均衡预处理后得到的粗色散估计绝对值cd2的计算公式为：

其中，c为真空中的光速，pindx为自相关函数的第二个峰值的位置序号，λ为待估计信号的光载波的波长，fs为采样速率，baudrate为波特率。

步骤s220与步骤s120基本相同，步骤s230与步骤s130基本相同，此处不再赘述。

s240确定粗色散估计值。

参见图5所示，步骤s240包括：

s241计算粗色散估计值的两个可能取值分别为：

虽然目前新铺设的绝大部分光纤的色散都是正值，但是在一些长途海缆光纤传输系统中，由于存在色散补偿光纤的使用，可能会导致最终链路累积色散值为负的情况，特别是一些比较老旧的干线传输系统基础设施依旧在使用非零色散位移光纤，这也可能导致在使用某些波长时出现色散累积值为负的情形。要保证相干dsp的通用性，就必须要考虑兼容这种区别色散值符号的色散估计。

s242选择一个可能取值或者对待估计信号进行色散均衡处理后，重新计算得到色散均衡处理后的粗色散估计绝对值。

可以任意选择粗色散估计值的两个可能取值和中的一个作为色散值，例如，选择计算所对应的第三抽头系数并写入抽头查找表中，使用第三抽头系数对待估计信号进行色散均衡处理。

重复上述步骤s220和s230，得到色散均衡处理后待估计信号的时域功率波形的自相关函数，根据自相关函数的第二个峰值脉冲位置计算得到色散均衡处理后的粗色散估计绝对值cd'2。

s243判断色散均衡处理后的粗色散估计绝对值cd'2是否小于阈值，其中，阈值＝0.1*选择的数值，该选择的数值为步骤s242所选择的可能取值或者当选择的数值为时，即若是，进入步骤s244；若否，进入步骤s245。

s244将所选择的可能取值作为粗色散估计值，进入步骤s246。

s245将未被选择的可能取值作为粗色散估计值，进入步骤s246。

s246输出粗色散估计值，结束。

s250根据粗色散估计值确定色散扫描区间，并对待估计信号进行色散均衡处理和扫描，以得到第一代价函数的最值和对应的精色散估计值。

步骤s250与步骤s150基本相同，此处不再赘述。

选择或者对待估计信号进行色散均衡处理后，重新计算得到色散均衡后的粗色散估计绝对值；当色散均衡后的粗色散估计绝对值小于阈值时，将选择的数值作为粗色散估计值；否则，将未被选择的数值作为粗色散估计值。

根据连续两次粗色散估计绝对值的比较结果，以判定正确的粗色散估计值，使得色散估计计算更加简单、高效，适用于对延时敏感的高速相干接收机中dsp芯片中的快速色散估计需要，保证业务实时开通及恢复，以解决相干dsp芯片/光接收机初次上电或重启上电时，色散估计复杂度高、耗时长、正负符号难以判断的问题。

本发明第三实施例提供一种色散估计方法，第三实施例与第二实施例基本相同，区别在于：步骤s240根据确定粗色散估计值的方法不相同。

具体的，第三实施例包括步骤s340：分别使用和对待估计信号进行色散均衡处理后，计算得到第二代价函数的数值；将得到较小的第二代价函数的数值的或者作为粗色散估计值。

步骤s340包括：

s341根据粗色散估计绝对值相应地得到粗色散估计值的两个可能取值和s341与步骤s241基本相同，不再赘述。

s342分别使用两个可能取值对待估计信号进行色散均衡处理后，计算得到相应的第二代价函数的数值。第二代价函数可以与步骤s150精色散估计中的第一代价函数相同，也可以不同，不作限制。同样的，采用更简单的实信号绝对值峰值函数作为第二代价函数，提高估计精度的同时降低了计算复杂度，更具实用性。

具体计算过程如下：

将和分别作为色散值，分别计算所对应的第三抽头系数以及所对应的第四抽头系数，并写入抽头查找表中。

分别使用第三抽头系数和第四抽头系数对待估计信号进行色散均衡处理，得到相应的第二均衡数据信号和第三均衡数据信号。

根据第二均衡数据信号计算得到第二代价函数的第一数值以及根据第三均衡数据信号计算得到第二数值

s343将得到较小的第二代价函数的数值的可能取值作为粗色散估计值输出。

比较第一数值和第二数值的大小，确定粗色散估计值为或者具体的，当第二代价函数为绝对值峰值函数时，如果第一数值大于第二数值则粗色散估计值为否则，粗色散估计值为根据第二代价函数的数值的比较结果判定正确的粗色散估计值，使得色散估计计算简单、高效。

本发明第四实施例提供一种色散估计方法，在之前的各实施例的基础上，本色散估计方法还包括：在色散扫描区间内重新扫描更新后的待估计信号，得到更新后的精色散估计值，当对待估计信号更新前后的两个精色散估计值的差值的绝对值超过色散波动阈值时，重新进行粗色散估计。例如，色散波动阈值cdth不小于60ps/nm。

通过监测相邻两次精色散估计值的差值的绝对值，如果超过设定的色散波动阈值cdth，提示光纤链路色散值有变动，更新粗色散估计值。

参见图6所示，在一种实施方式中，接收设备(例如数字相干接收机)正常工作时，进行色散估计的过程包括以下步骤：

s401将粗估计使能信息设置为1。

预先设置粗估计使能信息，当粗估计使能信息为1时，进入粗估计阶段；当粗估计使能信息为0时，进入精估计阶段。

s402获取并缓存待估计信号的数据。

具体的，将获取的待估计信号的数据存入缓存器中。

s403判断粗估计使能信息是否为1，若是，进入步骤s404；若否，进入步骤s409。

s404读取缓存的待估计信号的数据。

s405预设色散初始值，对读取的数据进行色散均衡处理。

s406计算粗色散估计绝对值。

s407确定粗色散估计值。

s408输出粗色散估计值，粗估计使能信息置0，返回步骤s402。

s409读取缓存的待估计信号的数据，设置精估计阶段的色散扫描区间及扫描步长。

s410按色散扫描区间配置抽头系数，对读取的数据进行色散均衡处理。

s411计算精色散估计值。

s412输出精色散估计值。

s413判断相邻两次精色散估计值的差值的绝对值是否超过色散波动阈值，若是，进入步骤s414；若否，返回步骤s401。

步骤s402每次获取并缓存待估计信号的数据后，且步骤s103判定粗估计使能信息为0，则步骤s404至s412输出一次精色散估计值。相邻两次精色散估计值的差值为步骤s412当前输出的精色散估计值与上次输出的精色散估计值之间的差值。

如果相邻两次精色散估计值的差值的绝对值超过设定的色散波动阈值cdth，提示光纤链路色散值有变动，则返回步骤s401，重新计算粗色散估计值。

s414粗估计使能信息置0，返回步骤s402。

在另一种实施方式中，接收设备(例如数字相干接收机)上电时，先进行粗估计阶段，得到粗色散估计绝对值，判断粗色散估计绝对值的正负符号后，得到粗色散估计值。当接收设备正常工作时，基于粗估计阶段得到的粗色散估计值，直接进行精估计阶段，得到精色散估计值。同时还检测两次相邻的输出值是否超过设定的色散波动阈值，如果超过，表明光纤链路的色散值有较大波动，此时则发出粗估计使能信息，重新回到粗估计阶段；如果不超过，则继续进行精估计阶段。可以确保接收设备从上电到正常工作状态时，快速、准确地进行色散估计。

本发明实施例还提供一种色散估计装置，用于实现前述实施例色散估计方法，色散估计装置包括色散估计器和主控制器7。

色散估计器用于根据待估计信号的时域功率波形的自相关函数计算粗色散估计绝对值；还用于在色散扫描区间内对根据粗色散估计绝对值进行色散均衡处理后的待估计信号进行扫描，以得到第一代价函数的最值及对应的精色散估计值。

主控制器7用于控制色散估计器。

其中，色散扫描区间是由色散估计器或者主控制器7根据粗色散估计绝对值确定的。

根据粗色散估计绝对值对待估计信号进行色散均衡处理可以通过现有技术中已有的色散均衡模块来完成，也可以通过本色散估计装置中的色散均衡模块来完成。

以下通过各实施例具体说明：

本发明第四实施例提供一种色散估计装置，参见图7所示，色散估计装置包括缓存器1、均衡器2、抽头查找表6、色散估计器和主控制器7，缓存器1、均衡器2和色散估计器依次相连，抽头查找表6分别连接色散估计器和主控制器7，主控制器7分别连接缓存器1、均衡器2、抽头查找表6和色散估计器。

色散估计器用于根据待估计信号的时域功率波形的自相关函数计算粗色散估计绝对值；还用于在色散扫描区间内对根据粗色散估计绝对值进行色散均衡处理后的待估计信号进行扫描，以得到第一代价函数的最值及对应的精色散估计值。主控制器7用于控制色散估计器。其中，色散扫描区间是由色散估计器或者主控制器7根据粗色散估计绝对值确定的。

缓存器1用于存储待估计信号。

色散估计器包括粗色散估计器4和精色散估计器5，粗色散估计器4用于根据待估计信号的时域功率波形的自相关函数计算粗色散估计绝对值；精色散估计器5用于在色散扫描区间内对均衡器处理过的待估计信号进行扫描，以得到第一代价函数的最值及对应的精色散估计值。

选路器3于选通粗色散估计器4或者精色散估计器5。

抽头查找表6用于根据色散值计算并配置抽头系数，色散值包括色散扫描区间内的任意值，以及预先设置的色散初始值cd0，其中，-a≤cd0≤a，a为正实数。

均衡器2用于根据抽头系数对待估计信号进行色散均衡处理。

主控制器7用于分别控制缓存器1、均衡器2和抽头查找表6以及通过选路器3控制色散估计器。具体的，主控制器4用于控制整个色散估计及色散均衡的流程。

具体的，色散估计器或者主控制器7还用于确定粗色散估计值为或者cd为粗色散估计绝对值，cd0为色散初始值；色散扫描区间根据粗色散估计值确定。

具体的，色散估计装置的功能如下：

主控制器7控制缓存器1存储一定长度的待估计信号，主控制器7用于控制待估计信号数据的缓存与读取，从而控制整个色散估计过程的重新启动。

主控制器7首先控制抽头查找表6根据预先设置的色散初始值cd0计算并配置对应的抽头系数，通过均衡器2给待估计信号预施加一定量的色散以进行色散均衡预处理，再发送到色散估计器，其中，cd0可以为0，也可以不为0。

当cd0不为0时，该色散均衡预处理可以避免色散值较小时受到0处自相关峰的干扰而导致的估计失效/失准的问题，从而进一步提高色散估计的精度，解决了传统自相关方法在小色散值时估计失效的问题。该预先设置的色散初始值cd0根据实际使用情况确定，例如cd0可以是[-300ps/nm,+300ps/nm]之间的任意值，以避免进入色散估计器的小色散估计盲区。

主控制器7控制选路器3来选择开启粗色散估计过程，选路器3选通粗色散估计器4后，粗色散估计器4根据待估计信号的时域功率波形的自相关函数计算粗色散估计绝对值。

粗色散估计器4或者主控制器还用于确定粗色散估计值为主控制器7根据粗色散估计值确定色散扫描区间，控制抽头查找表6根据粗色散估计值计算并配置对应的抽头系数，均衡器2使用该抽头系数对待估计信号进行色散均衡处理。主控制器7控制选路器3来选择开启精色散估计过程，精色散估计器5在色散扫描区间内对均衡器2处理过的待估计信号进行扫描，以得到第一代价函数的最值及对应的精色散估计值。

本发明第五实施例提供一种色散估计装置，第五实施例与第四实施例基本相同，区别在于：粗色散估计器4或者主控制器7计算得到粗色散估计值的方法不同。

粗色散估计器4根据待估计信号的时域功率波形的自相关函数计算得到粗色散估计绝对值后，粗色散估计器4或者主控制器7选择粗色散估计值的两个可能取值中的一个，即或者作为色散值输出到抽头查找表6。

主控制器7控制抽头查找表6根据所选用的可能取值计算并配置对应的抽头系数，均衡器2使用该抽头系数对待估计信号重新进行色散均衡处理。

粗色散估计器4根据均衡器2重新色散均衡处理后的待估计信号计算得到重新色散均衡后的粗色散估计绝对值，当重新色散均衡后的粗色散估计绝对值远小于选择的可能取值时，将选择的可能取值作为粗色散估计值输出；否则，将未被选择的可能取值作为粗色散估计值输出。

主控制器7控制选路器3来选择开启精色散估计过程，精色散估计器5在色散扫描区间内对均衡器2处理过的待估计信号进行扫描，以得到第一代价函数的最值及对应的精色散估计值。

参见图8所示，本发明第六实施例提供一种色散估计装置，在前述各实施例的基础上，粗色散估计器4包括整形滤波器41、分块混叠器42、时-频域变换器43、频-时域变换器44、峰值位置检测器45和色散计算模块46。

整形滤波器41用于对待估计信号进行整形滤波。分块混叠器42用于对整形滤波后的数据信号求得时域功率波形，并以m个数据为分块长度，将时域功率波形划分为多个分块，计算每个分块的特征值得到一组时域信号序列。

时-频域变换器43用于通过快速付里叶变换将时域信号序列变换为频域信号序列，并求取频域信号序列的模方以获得对应的频谱。频-时域变换器44用于通过快速付里叶逆变换将频谱变换到时域，得到自相关函数。峰值位置检测器45用于找到自相关函数的第二个峰值脉冲位置。色散计算模块46用于根据第二个峰值脉冲位置计算粗色散估计绝对值。

例如，预先设置的色散初始值cd0＝200ps/nm，缓存器1的存储深度为100k样点，分块混叠器42的分块长度m为8，实际参与fft/ifft的点数为512。

参见图9所示，本发明第七实施例提供一种色散估计装置，在前述各实施例的基础上，精色散估计器5包括依次相连的提取模块51、特征识别模块52和色散输出模块53。

提取模块51用于从均衡器3接收经过色散均衡处理的待估计信号，从中提取第一代价函数的最值。特征识别模块52用于在色散扫描区间内，将第一代价函数的最值所对应的色散值作为精色散估计值。色散输出模块53用于输出精色散估计值。

本实施例中粗色散估计器4或者主控制器7计算得到粗色散估计值的方法可以与前述实施例四和实施例五的方法相同。

另外，本实施例还可以根据以下方法计算得到粗色散估计值：

粗色散估计器4或者主控制器7还用于将和作为色散值分别输出到抽头查找表6。

抽头查找表6还用于根据收到的色散值计算并配置抽头系数；均衡器2还用于根据抽头系数对待估计信号进行色散均衡处理。

提取模块51还用于对经过色散均衡处理后的待估计信号计算第二代价函数的数值；特征识别模块52还用于将得到较小的第二代价函数的数值的或者作为粗色散估计值输出到色散输出模块53。

本发明第八实施例提供一种色散估计装置，待估计信号为x偏振支路，信号的调制格式为偏振复用16qam信号，仅x偏振态的实部和虚部参与色散估计。缓存器1存储的数据长度为4096，预先设置的色散初始值cd0＝0，待估计的光纤链路中的色散分别为74800ps/nm和105400ps/nm。

粗色散估计器4的工作流程为：首先，经过色散预补偿后的输入数据需要经过一个数字整形滤波器对其进行滤波处理；然后再对滤波后的时域功率波形信号以分块长度为m进行分块混叠处理；经fft变换后求其模方，再进行ifft得到功率波形的自相关序列，检测自相关序列中第二个峰值的位置，从而根据公式

计算信号所经历的色散值，进一步地可得出粗色散估计绝对值以及粗色散估计值。其中，分块混叠过程中的分块长度m为8。

粗色散估计器4中的整形滤波器41的频域抽头系数是由主要取决于色散均衡处理后的待估计信号的频率f，符号周期t及发射端nyquist脉冲整形时使用的升余弦滤波器的滚降系数β。升余弦滤波器的滚降系数β＝0.2。

精色散估计阶段的色散扫描范围detacd＝300ps/nm，扫描步长stepsize＝20ps/nm。精色散估计中使用的第一代价函数为色散均衡处理后待估计信号的实部与虚部绝对值之和的峰值，即peak＝max(|re(x)|+|im(x)|)，色散波动阈值cdth＝60ps/nm。

图10是本发明第八实施例中粗色散估计器4的仿真的自相关序列曲线示意图，图中对应的仿真参数为：光纤链路色散分别为7.48e4和1.054e5ps/nm，信噪比为20db。当光纤链路中的色散分别为74800ps/nm和105400ps/nm时，采用本发明实施例得到的自相关曲线，粗估计误差约为200ps/nm。

图11是本发明第八实施例中精色散估计器5的绝对值峰值与色散值之间的关系曲线示意图，图中对应的精色散估计的色散扫描区间中的detacd为300ps/nm，扫描步长stepsize为20ps/nm。

当光纤链路中的色散分别为105400ps/nm时，先后采用本发明实施例粗色散估计方法和精色散估计方法后，得到的实信号绝对值峰值曲线，实信号即经过色散均衡处理的待估计信号，最终估计误差约为20ps/nm。

本发明第九实施例提供一种色散估计装置，在前述各实施例的基础上，色散输出模块53还用于检测到相邻两次计算得到的精色散估计值的差值的绝对值超过色散波动阈值时，通知主控制器7。

主控制器7还用于控制选路器3来选择开启粗色散估计器4，以重新计算粗色散估计绝对值。

本发明第十实施例还提供一种光接收机，光接收机包括前述的色散估计装置。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。