专利名称：频率偏移估计方法以及频率偏移估计装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字相干(coherent)光接收机以及无线通信接收机，特别涉及频率偏移估计方法以及频率偏移估计装置。本申请对2010年4月16日向日本申请的日本特愿2010 - 094968号要求优先权，并在此引用其内容。
背景技术：
在光通信领域中，组合了飞跃性地提高频率利用效率的同步检波方式和数字信号处理的数字相干通信系统受到关注。当与由直接检波构建的系统进行比较时，可知数字相干通信系统不仅能够提高接收灵敏度，还通过接收机接收来自发送机的信号作为数字信号，从而能够补偿由于光纤传输而受到的波长色散或极化模式色散所造成的发送信号的波 形变形。因此，正在讨论引进数字相干通信系统作为下一代的光通信技术。将在相干接收机中接收到的信号光与本地振荡光相乘，变换成基带(baseband)信号。在生成信号光的载波或本地振荡光的激光振荡器中，难以实现利用在无线通信用的振荡器中通常使用的锁相环得到的频率稳定化，并且在发送机的激光振荡器的输出频率与接收机的激光振荡器的输出频率之间产生大的频率偏移。在实际的光通信系统中，频率偏移达到±5GHz。在相干通信系统中，由于在载波的相位中承载信息，所以，需要在接收机中估计并补偿频率偏移。此外，在无线通信中，由于在发送机和接收机中使用的基准振荡器的振荡频率的误差、伴随着发送机和接收机的移动的多普勒频移导致产生频率偏移。在该情况下，也需要在接收机中估计并补偿频率偏移。为了估计频率偏移，已知有非专利文献I中所记载的那样的使用对I个符号周期(symboI period)的期间内的符号的相位变化信息进行利用的相位增加算法的方法。可是，该方法限定能够估计的频率偏移的范围。另一方面，在专利文献I中记载了以下方法针对OFDM (正交频分复用)信号，利用频谱的形状，估计频率偏移。在该情况下，与相位增加算法相比能使能够估计的频率偏移的范围变宽。
图10是表示现有的频率偏移估计装置的结构例的框图。在图10中，频率偏移估计装置104由串并联变换电路5、离散傅立叶变换电路(DFT) 6、质心(centroid)计算电路7构成。此外，作为频率偏移估计装置104的周围电路，第一 A/D变换器I、第二 A/D变换器
2、合成电路3连接于频率偏移估计装置104。接收信号的同相分量(I信号)由第一 A/D变换器I进行模拟-数字变换，接收信号的正交分量(Q信号)由第二 A/D变换器2进行模拟-数字变换，之后，用合成电路3将模拟-数字变换后的信号变换成I+jQ的复数信号。将合成电路3的输出信号输入至频率偏移估计装置104。图11、图12分别是表示现有的频率偏移估计装置104的工作的概念图。图11、图12示出了离散傅立叶变换电路6的输出信号、即接收信号的频谱。图11示出在没有频率偏移时的频谱，图12示出在有频率偏移时的频谱。将离散傅立叶变换的频率编号设为(I、
2、…、Ns)，将频率编号i的频率分量的信号功率设为Pi,将相当于基准频率的频率编号设为(，(例如选择为队/2。此时，用下式(I)得到与频率偏移成比例的信号SW/Wt。[数式I]
权利要求
1.一种频率偏移估计方法，估计接收信号的载波频率与本地振荡器的输出信号的频率的差，其中，包含 对以规定的采样频率预先进行了采样的接收信号进行离散傅立叶变换,输出具有多个频率分量的频谱的步骤； 计算所述频谱的平均功率的步骤； 对所述平均功率、或所述平均功率的常数倍的功率加上规定的值来计算阈值的步骤；基于所述阈值，对所述频谱的各频率分量的功率进行I比特量化的步骤；以及将所述各频率分量的频率与所述进行I比特量化后的各频率分量的功率相乘，求取该相乘后的乘积之和，用该乘积之和除以所述进行I比特量化后的所述频谱的各频率分量的功率之和，计算质心频率的步骤。
2.—种频率偏移估计方法，估计接收信号的载波频率与本地振荡器的输出信号的频率的差，其中，包含 对以规定的采样频率预先进行了采样的接收信号进行离散傅立叶变换，输出具有多个频率分量的频谱的步骤； 对所述频谱的多个频率分量以其功率的大小依次进行重排的步骤； 对所述进行重排后的频率分量中的特定位次的功率值或特定位次的功率值的常数倍的功率加上预先确定的值来计算阈值的步骤； 基于所述阈值，对所述频谱的各频率分量的功率进行I比特量化的步骤；以及将所述各频率分量的频率与所述进行I比特量化后的各频率分量的功率相乘，求取该相乘后的乘积之和，用该乘积之和除以所述进行I比特量化后的所述频谱的各频率分量的功率之和，计算质心频率的步骤。
3.一种频率偏移估计方法，估计接收信号的载波频率与本地振荡器的输出信号的频率的差，其中，包含 对以规定的采样频率预先进行了采样的接收信号进行离散傅立叶变换，输出具有多个频率分量的频谱的步骤； 对所述频谱的多个频率分量以其功率的大小依次进行重排的步骤； 利用所述进行重排后的多个频率分量的功率的算术平均计算阈值的步骤； 基于所述阈值，对所述频谱的各频率分量的功率进行I比特量化的步骤；以及将所述各频率分量的频率与所述进行I比特量化后的各频率分量的功率相乘，求取该相乘后的乘积之和，用该乘积之和除以所述进行I比特量化后的所述频谱的各频率分量的功率之和，计算质心频率的步骤。
4.根据权利要求3所述的频率偏移估计方法，其中， 在计算所述阈值的步骤中，在Ns=2m，此外，k=0、l、2、…、m- I时，将对Ns个频率分量以功率的大小呈降序进行重排时的从排头起第2k个功率值和第(2k+l)个功率值的平均值作为所述阈值。
5.一种频率偏移估计方法，估计接收信号的载波频率与本地振荡器的输出信号的频率的差，其中，包含 对以规定的采样频率预先进行了采样的接收信号进行离散傅立叶变换，输出具有多个频率分量的频谱的步骤；基于预先设定的阈值，对所述频谱的各频率分量的功率进行I比特量化的步骤；以及将所述各频率分量的频率与所述进行I比特量化后的各频率分量的功率相乘，求取该相乘后的乘积之和，用该乘积之和除以所述进行I比特量化后的所述频谱的各频率分量的功率之和，计算质心频率的步骤。
6.一种频率偏移估计装置，估计接收信号的载波频率与本地振荡器的输出信号的频率的差，其中，具备 离散傅立叶变换部，对以规定的采样频率预先进行了采样的接收信号进行离散傅立叶变换，输出具有多个频率分量的频谱； 平均功率计算部，计算由所述离散傅立叶变换部进行变换后的频谱的平均功率； 阈值功率计算部，对由所述平均功率计算部计算出的所述平均功率、或所述平均功率的常数倍的功率加上规定的值来计算阈值； I比特量化部，基于由所述阈值功率计算部计算出的所述阈值，对所述频谱的各频率分量的功率进行I比特量化；以及 质心计算部，将由所述离散傅立叶变换部进行变换后的频谱的各频率分量的频率与由所述I比特量化部进行I比特量化后的各频率分量的功率相乘，求取该相乘后的乘积之和，用该乘积之和除以所述进行I比特量化后的所述频谱的各频率分量的功率之和，计算质心频率。
7.—种频率偏移估计装置，估计接收信号的载波频率与本地振荡器的输出信号的频率的差，其中，具备 离散傅立叶变换部，对以规定的采样频率预先进行了采样的接收信号进行离散傅立叶变换，输出具有多个频率分量的频谱； 功率值排列部，对由所述离散傅立叶变换部进行变换后的频谱的多个频率分量以其功率的大小依次进行重排； 阈值功率计算部，对由所述功率值排列部进行重排后的所述频率分量中的特定位次的功率值或特定位次的功率值的常数倍的功率加上预先确定的值来计算阈值； I比特量化部，基于由所述阈值功率计算部计算出的所述阈值，对所述频谱的各频率分量的功率进行I比特量化；以及 质心计算部，将由所述离散傅立叶变换部进行变换后的频谱的各频率分量的频率与由所述I比特量化部进行I比特量化后的各频率分量的功率相乘，求取该相乘后的乘积之和，用该乘积之和除以所述进行I比特量化后的所述频谱的各频率分量的功率之和，计算质心频率。
8.—种频率偏移估计装置，估计接收信号的载波频率与本地振荡器的输出信号的频率的差，其中，具备 离散傅立叶变换部，对以规定的采样频率预先进行了采样的接收信号进行离散傅立叶变换，输出具有多个频率分量的频谱； 功率值排列部，对由所述离散傅立叶变换部进行变换后的频谱的多个频率分量以其功率的大小依次进行重排； 阈值功率计算部，利用由所述功率值排列部进行重排后的多个频率分量的功率的算术平均计算阈值；I比特量化部，基于由所述阈值功率计算部计算出的所述阈值，对所述频谱的各频率分量的功率进行I比特量化；以及 质心计算部，将由所述离散傅立叶变换部进行变换后的频谱的各频率分量的频率与由所述I比特量化部进行I比特量化后的各频率分量的功率相乘，求取该相乘后的乘积之和，用该乘积之和除以所述进行I比特量化后的所述频谱的各频率分量的功率之和，计算质心频率。
9.根据权利要求8所述的频率偏移估计装置，其中， 所述阈值功率计算部在队=2-，此外，k=0、l、2、->m- I时，将对Ns个频率分量以功率的大小呈降序进行重排时的从排头起第2k个功率值和第(2k+l)个功率值的平均值作为所述阈值。
10.一种频率偏移估计装置，估计接收信号的载波频率与本地振荡器的输出信号的频率的差，其中，具备 离散傅立叶变换部，对以规定的采样频率预先进行了采样的接收信号进行离散傅立叶变换，输出具有多个频率分量的频谱； I比特量化部，基于预先设定的阈值，对所述频谱的各频率分量的功率进行I比特量化；以及 质心计算部，将由所述离散傅立叶变换部进行变换后的频谱的各频率分量的频率与由所述I比特量化部进行I比特量化后的各频率分量的功率相乘，求取该相乘后的乘积之和，用该乘积之和除以所述进行I比特量化后的所述频谱的各频率分量的功率之和，计算质心频率。
全文摘要
本发明缩小在将利用频谱的形状计算频率偏移的电路进行硬件化的情况下的电路规模。在估计接收信号的载波频率与本地振荡器的输出信号的频率的差的频率偏移估计方法中，对以规定的采样频率预先进行了采样的接收信号进行离散傅立叶变换，输出具有多个频率分量的频谱，计算频谱的平均功率，对平均功率或平均功率的常数倍的功率加上规定的值来计算阈值，基于阈值，对频谱的各频率分量的功率进行1比特量化，将各频率分量的频率与进行1比特量化后的各频率分量的功率相乘，求取该相乘后的乘积之和，用该乘积之和除以进行1比特量化后的频谱的各频率分量的功率之和，计算质心频率。
文档编号H04B1/16GK102971968SQ20118001854
公开日2013年3月13日 申请日期2011年4月14日 优先权日2010年4月16日
发明者中川匡夫, 鹰取泰司, 工藤理一, 松井宗大, 石原浩一, 小林孝行, 山崎悦史, 佐野明秀, 吉田英二, 沟口匡人, 宫本裕 申请人:日本电信电话株式会社