专利名称：一种频域载波频率纠偏方法
技术领域：
本发明涉及调制解调技术领域，具体来讲是一种频域载波频率纠偏方法。
背景技术：
载波频率的同步是相干通信中的重要环节，其目的是同步信号和本振频率间的频率差，最终准确恢复接收信号的相位信息。在光通信领域，多通过数字处理方法进行频率补偿，即在接收端通过数字处理对各种偏差进行估计和补偿，而不再调节光源波长。
数字化频率同步方法多基于相位差分法或频域分析提取频率差的方法相位差分法是利用相邻码元的相位差粗略估计载波频偏，但目前主要用于M-PSK (M-phase-shiftkeying，相移键控)格式。频域分析提取频率差的方法，是对大量信号进行频域分析进而 估算出频率差，频域方法虽然具有较大的动态估计范围，但是对数据量和计算量要求很高，往往需要对上万个接收符号进行FFT运算，因此利用此方法纠偏载波频率往往需要大量数据。目前，在高速数字光通信中采用高阶调制格式提高通信容量，但是基于高阶调制格式的频率纠偏方法却少见报道。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种频域载波频率纠偏方法，适用于各类调制格式，尤其是高阶调制格式的载波频率纠偏，通过对接收信号间矢量连接的频域分析，找到尖峰所对应的频率差，通过频率差与实际频率偏差之间的关联，从而估算出实际频率差，克服了频域分析方法中要求大量数据的缺点，基于有限接收数据进行频率差估计，最终完成频率同步。为达到以上目的，本发明采取的技术方案是一种频域载波频率纠偏方法，包括如下步骤:A101.将接收信号集中的所有信号两两互连，组成第一矢量集；同时将接收信号中的所有信号频率偏移后，两两互连组成第二矢量集，其中为正的频率差值，满足<R/2，R为接收信号的波特率；A102.分别计算第一矢量集和第二矢量集的幅角，并对/2取模对齐到(_n/4，/4)区间内，分别得到第一角度集合和第二角度集合；A103.分别对第一角度集合和第二角度集合中的角度进行FFT运算，计算出各自尖峰所对应的第一频率差和第二频率差；A104.判断频率差符号，若第一频率差小于第二频率差，则实际频率偏差为第一频率差；否则，实际频率偏差为第一频率差的负值;A105.对接收信号集中的信号乘以对应的频率偏差2 AfkT，完成纠偏，其中Af为所述实际频率偏差。在上述技术方案的基础上，所述尖峰所对应的第一频率差和第二频率差的求取表
D
达式为= —TfT，其中R为接收信号的波特率，X为FFT后峰值所对应的频率，N为接收 mN
信号集中接收符号的数量，m为与调制格式有关的倍乘系数。在上述技术方案的基础上，所述m在QAM调制格式时，取m = 4 ;在M-PSK调制时，取m为PSK调制的阶数M，即m = M。
在上述技术方案的基础上，所述AlOl中所有信号频率偏移f\，即将每个信号乘以2 Ji f\kT，其中为正的频率差值，满足< R/2，R为接收信号的波特率，k对应接收信号集中第k个符号，T为符号周期。在上述技术方案的基础上，所述接收信号集中的所有信号两两互连，得到的矢量个数为N* (N-I)，组成第一矢量集。在上述技术方案的基础上，所述步骤中产生的中间数据结果利用寄存器储存。在上述技术方案的基础上，所述频域载波频率纠偏方法应用在相干光传输的接收端，通过DSP运算完成信号的频率估计和纠偏。本发明的有益效果在于I.本发明的频域载波频率纠偏方法普遍适用于各种调制，各种调制格式下计算和 处理过程完全一致。2.基于较少接收符号得到大量的统计样本，满足了 FFT计算大量数据的要求，克服了频域分析方法中要求大量数据的缺点，提高了频率估计的时效性。
图I为本发明实施例一种频域载波频率纠偏方法的流程图。
具体实施例方式以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。如图I 所示，以 QAM(Quadrature Amplitude Modulation,正交振幅调制)格式为例，详细叙述本发明频域载波频率纠偏方法A101.将接收信号集SO中的所有信号两两互连，组成第一矢量集SI ;假设接收信号集SO中有N个接收符号，将其中任意符号SOi和SOj进行互连，则两两互连得到的矢量ru个数为N* (N-I)。同时，将接收信号SO中的所有信号频率偏移后，同样按照上述方式两两互连，组成第二矢量集S2 ;其中，所有信号频率偏移的实际做法是将每个信号乘以2 f\kT，其中为固定的正的频率差值，满足< R/2，R为接收信号的波特率，k对应接收信号集SO中第k个符号，T为符号周期。A102.分别计算第一矢量集SI和第二矢量集S2的幅角，并对/2取模对齐到(-JI/4, /4)区间内，分别得到第一角度集合Sll和第二角度集合S21。以第一矢量集SI
中的矢量为例，进行幅角运算的公式为呵(义_) =唭中Xi、yi、Xj, Yj分别为
符号SOi和SOj的横纵坐标。将arg ^ij)对Ji /2取模并对齐到(_ /4，Ji /4)区间内，得到第一角度集合S11。第二角度集合S21的求法和第一角度集合Sll相同，此处不再赘述。A103.分别对第一角度集合Sll和第二角度集合S21中的角度进行FFT运算，找出各自尖峰所对应的第一频率差Af1和第二频率差Af2。所述求取尖峰所对应的第一频
r D
率差和第二频率差的求取表达式为4/；@，其中R为接收信号的波特率，X为FFT后
mis
峰值对应的频率，N为接收信号集SO中接收符号的数量，在本实施例中，由于是QAM调制格式，因此取m = 4。在M-PSK调制时，取m为PSK调制的阶数，即m = M。A104.判断频率差符号，若第一频率差A f:小于第二频率差A f2,即A f丨< A f2,则实际频率偏差Af 为第一频率差，g卩Af= Af1;若第一频率差A 4大于第二频率差Af2，则实际频率偏差Af为第一频率差八4的负值，8卩Af = -AfpA105.对接收信号集SO中的信号乘以对应的频率偏差2 Ji AfkT，完成纠偏，其中A f为所述实际频率偏差，k对应接收信号集SO中第k个符号，T为符号周期。本发明频域载波频率纠偏方法，主要应用在相干光传输的接收端，通过DSP运算按照上述步骤，完成信号的频率估计和纠偏，所述步骤中产生的中间数据结果利用寄存器储存。基于对中间数据结果和硬件的共享，所述矢量幅角、FFT求频域峰值、频偏校正、符号判断等运算的硬件可分时重用。由于中间处理过程的时延，可将步骤A104得到的频率差用于对后续数据的频率校正。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。
权利要求
1.一种频域载波频率纠偏方法，其特征在于，包括如下步骤 A101.将接收信号集中的所有信号两两互连，组成第一矢量集；同时将接收信号中的所有信号频率偏移も后，两两互连组成第二矢量集，其中も为正的频率差值，满足も<R/2，R为接收信号的波特率； A102.分别计算第一矢量集和第二矢量集的幅角，并对π/2取模对齐到(-π/4，π/4)区间内，分别得到第一角度集合和第二角度集合； Α103.分别对第一角度集合和第二角度集合中的角度进行FFT运算，计算出各自尖峰所对应的第一频率差和第二频率差； Α104.判断频率差符号，若第一频率差小于第二频率差，则实际频率偏差为第一频率差；否则，实际频率偏差为第一频率差的负值； Α105.对接收信号集中的信号乘以对应的频率偏差2 Ji AfkT，完成纠偏，其中Af为所述实际频率偏差。
2.如权利要求I所述的频域载波频率纠偏方法，其特征在于所述尖峰所对应的第一频率差和第二频率差的求取表达式为Δ/1§Κ2，其中R为接收信号的波特率，X为FFT后峰值所对应的频率，N为接收信号集中接收符号的数量，m为与调制格式有关的倍乘系数。
3.如权利要求2所述的频域载波频率纠偏方法，其特征在于所述m在QAM调制格式时，取m = 4 ;在M-PSK调制时，取m为PSK调制的阶数M，即m = M。
4.如权利要求I所述的频域载波频率纠偏方法，其特征在于所述AlOl中所有信号频率偏移も，即将每个信号乘以2 fAT，其中も为正的频率差值，满足< R/2，R为接收信号的波特率，k对应接收信号集中第k个符号，T为符号周期。
5.如权利要求I所述的频域载波频率纠偏方法，其特征在于所述接收信号集中的所有信号两两互连，得到的矢量个数为N*(N-I)，组成第一矢量集。
6.如权利要求I所述的频域载波频率纠偏方法，其特征在于所述步骤中产生的中间数据结果利用寄存器储存。
7.如权利要求I所述的频域载波频率纠偏方法，其特征在于所述频域载波频率纠偏方法应用在相干光传输的接收端，通过DSP运算完成信号的频率估计和纠偏。
全文摘要
一种频域载波频率纠偏方法，涉及调制解调技术领域，包括步骤A101.将接收信号集中的所有信号两两互连，组成第一矢量集；将接收信号中的所有信号频率偏移f1后，两两互连组成第二矢量集；A102.分别计算两个矢量集的幅角，并对π/2取模对齐到(-π/4，π/4)区间内，得到第一角度集合和第二角度集合；A103.对两个角度集合中的角度进行FFT运算，找出各自尖峰所对应的第一频率差和第二频率差；A104.若第一频率差小于第二频率差，则实际频率偏差为第一频率差；否则，实际频率偏差为第一频率差的负值；A105.对接收信号集中的信号乘以对应的频率偏差Δf，完成纠偏。本发明克服频域分析方法中要求大量数据的缺点，基于有限数据完成频率同步。
文档编号H04L25/02GK102739574SQ201210185280
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者刘武, 杨奇, 杨超, 罗鸣 申请人:武汉邮电科学研究院