信号处理方法、装置及信号接收器与流程

本发明涉及计算机及通信技术领域，尤其涉及一种信号处理方法、装置及信号接收器。

背景技术：

随着通信技术的发展，高速光纤传输系统的传输速率从40Gb/s到100Gb/s，甚至400Gb/s，相干接收技术被广泛的应用。相干接收系统的主要结构如图1所示：在发送端，数字信号码流通过前向纠错编码模块进行前向纠错编码，相位调制模块进行相位调制后，发送到光纤链路上。在接收端，接收模块通过光纤链路相干接收并解调恢复出模拟基带信号；模数转换模块对模拟基带信号进行采样，获得多电平数字信号；通过均衡模块对多电平数字信号进行时域频域均衡；然后利用相位估计恢复模块对均衡后的多电平数字信号进行载波相位估计(CPE，Carrier Phase Estimate)恢复；最后通过判决译码模块进行译码、判决，获得恢复出来的数字信号码流。

但是，对于上述相干接收系统以及类似的通信系统，进行载波相位估计恢复后的信号经常会出现相位跳变问题，即载波相位估计恢复后的信号的某一数据段会发生相位跳变90度，-90度或180度的情况。对于通信系统，相位跳变是无法接受的，因为相位跳变会引起一段连续的突发误码，而一段连续的突发误码会极大地影响甚至失效前向纠错译码功能，使得通信系统出现大量误码，而通信系统最基本的要求是无误码传输。

技术实现要素：

本发明实施例提供信号处理方法、装置及信号接收器，以解决现有技术中信号的相位跳变引起的误码问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

第一方面，提供一种信号处理方法，该方法包括以下步骤：

根据前向纠错编码时设置的校验关系，检测信号的数据段是否发生了相位跳变以及发生的相位跳变度数；

根据所述相位跳变度数，对发生了相位跳变的数据段进行相位修正；

对所述发生相位跳变并进行了相位修正的数据段进行置信度修正；

对所述置信度修正后的数据段进行前向纠错判决译码，输出处理后的数据段。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述根据前向纠错编码时设置的校验关系，检测信号的数据段是否发生了相位跳变以及发生的相位跳变度数的步骤具体为：

对信号的数据段分别进行-90度、90度和180度的相位偏移得到-90度偏移数据段、90度偏移数据段和180度偏移数据段三个偏移数据段；

分别计算所述数据段、所述-90度偏移数据段、所述90度偏移数据段和所述180度偏移数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数；

比较所述数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数、所述-90度偏移数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数、所述90度偏移数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数和所述180度偏移数据段不满足所述校验关系的组数，若所述数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段没有发生相位跳变，若所述-90度偏移数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段发生了90度的相位跳变，若所述90度偏移数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段发生了-90度的相位跳变，若所述180度偏移数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段发生了180度的相位跳变。

在第一方面的第二种可能的实现方式中，对所述发生相位跳变并进行了相位修正的数据段进行置信度修正的方法包括线性修正、非线性修正和查表修正。

第二方面，提供一种信号处理装置，包括：

跳变检测模块，用于根据前向纠错编码时设置的校验关系，检测信号的数据段是否发生了相位跳变以及发生的相位跳变度数；

相位修正模块，用于根据所述相位跳变度数，对发生了相位跳变的数据段进行相位修正；

置信度修正模块，用于对所述发生相位跳变并进行了相位修正的数据段进行置信度修正；

判决译码模块，用于对所述置信度修正后的数据段进行前向纠错判决译码，输出处理后的数据段。

在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述跳变检测模块包括：

偏移单元，用于对信号的数据段分别进行-90度、90度和180度的相位偏移得到-90度偏移数据段、90度偏移数据段和180度偏移数据段三个偏移数据段；

校验计算单元，用于分别计算所述数据段、所述-90度偏移数据段、所述90度偏移数据段和所述180度偏移数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数；

比较单元，用于比较所述数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数、所述-90度偏移数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数、所述90度偏移数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数和所述180度偏移数据段不满足所述校验关系的组数，若所述数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段没有发生相位跳变，若所述-90度偏移数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段发生了90度的相位跳变，若所述90度偏移数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段发生了-90度的相位跳变，若所述180度偏移数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段发生了180度的相位跳变。

在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述置信度修正模块对所述发生相位跳变并进行了相位修正的数据段进行置信度修正的方法包括线性修正、非线性修正和查表修正。

第三方面，提供一种信号接收器，包括信号恢复装置和第二方面所述的信号处理装置，

所述信号恢复装置包括：

接收模块，用于接收信号，恢复出模拟基带信号；

模数转换模块，用于将所述模拟基带信号转换为多电平数字信号；

均衡模块，用于对所述多电平数字信号进行时域频域均衡；

相位估计恢复模块，用于对所述多电平数字信号进行相位估计，恢复出信号；

所述相位估计恢复模块与所述信号处理装置相连，所述相位估计恢复模块恢复出的信号送入所述信号处理装置进行处理。

本发明实施例中，通过检测信号的数据段发生的相位跳变度数，并根据所述相位跳变度数对数据段进行相位修正以消除相位跳变的影响，同时对发生相位跳变并进行了相位修正的数据段进行置信度修正，大大降低了相位跳变误判对判决译码的影响，从而解决了相位跳变引起的误码问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的相干接收系统的结构图；

图2为本发明实施例的信号处理方法的流程图；

图3为本发明实施例的信号处理方法的步骤S1的流程图；

图4为本发明实施例的信号处理装置的结构图；

图5为本发明实施例的信号处理装置的跳变检测模块的结构图；

图6为本发明实施例的通信系统结构图；

图7为本发明实施例的包括交织模块和解交织模块的通信系统结构图；

图8为本发明实施例信号处理装置的结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图2所示，第一方面提出的信号处理方法包括以下步骤：

S1：根据前向纠错编码时设置的校验关系，检测信号的数据段是否发生了相位跳变以及发生的相位跳变度数。

在通信系统中，通信信号被封装为若干个数据段进行传输。在发送端，对信号进行前向纠错编码时，通常会对信号的每个数据段均设置若干组校验关系以便接收端进行数据传输的正确性校验。接收端接收到数据段后，根据所述若干组校验关系对接收到的数据段进行校验，所述数据段不满足校验关系的组数越少，数据段的传输正确率越高。

基于上述原理，如图3所示，步骤S1可以通过下述步骤来实现：

S11：对信号的数据段分别进行-90度、90度和180度的相位偏移得到-90度偏移数据段、90度偏移数据段和180度偏移数据段三个偏移数据段。

S12：分别计算所述数据段、所述-90度偏移数据段、所述90度偏移数据段和所述180度偏移数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数。

S13：比较所述数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数、所述-90度偏移数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数、所述90度偏移数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数和所述180度偏移数据段不满足所述校验关系的组数，若所述数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段没有发生相位跳变，若所述-90度偏移数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段发生了90度的相位跳变，若所述90度偏移数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段发生了-90度的相位跳变，若所述180度偏移数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段发生了180度的相位跳变。

S2：根据所述相位跳变度数，对发生了相位跳变的数据段进行相位修正。

步骤S2的相位修正方式为：

若数据段发生了-90度的相位跳变，则将数据段偏移90度相位，以补偿-90度的相位跳变；

若数据段发生了90度的相位跳变，则将数据段偏移-90度相位，以补偿90度的相位跳变；

若数据段发生了180度的相位跳变，则将数据段偏移180度相位，以补偿180度的相位跳变。

S3：对所述发生相位跳变并进行了相位修正的数据段进行置信度修正。

置信度是指数据段的可信度，置信度修正是指降低发生了相位跳变的数据段的置信度。由于后续的前向纠错判决译码是基于数据段的置信度进行译码的，因此进行置信度修正可以使得后续的前向纠错判决译码过程可以正确地判断数据段的可信度，增强后续的前向纠错判决译码的可靠性，从而解决相位跳变引起的误码问题。同时，由于对发生了相位跳变的数据段进行了相位修正和置信度修正，因此在进行相位跳变的检测时，尽量趋向于允许错误检测，不允许漏检测的原则。

置信度修正的算法与后续的前向纠错判决译码算法有很大关系，一般的置信度修正算法包括线性修正、非线性修正和查表修正。

线性修正的公式可以为：

LLRout=LLRin×k

其中LLRout为修正后的置信度，LLRin为修正前的置信度，k为修正系数。即修正后的置信度为修正前的置信度乘以修正系数k。

非线性修正的公式可以为：

LLRout=LLRin^k

其中LLRout为修正后的置信度，LLRin为修正前的置信度，k为修正系数。即修正后的置信度为修正前的置信度的修正系数次方。

查表修正的公式可以为：

LLRout=LUT(LLRin)

其中LLRout为修正后的置信度，LLRin为修正前的置信度，LUT为置信度修正表。即修正后的置信度为从置信度修正表中查找得到的与修正前的置信度相匹配的的置信度值。

上述三种置信度修正方式中，其中线性修正简单通用，非线性修正比较复杂，适用于特殊场景，查表修正可以适用于任意的置信度修正。

S4：对所述置信度修正后的数据段进行前向纠错判决译码，输出处理后的数据段。

步骤S4中进行前向纠错判决译码的方法与现有技术中的前向纠错判决译码的方法一致，在此不再赘述。

如图4所示，第二方面提出的信号处理装置包括以下模块：

跳变检测模块，用于根据前向纠错编码时设置的校验关系，检测信号的数据段是否发生了相位跳变以及发生的相位跳变度数；

相位修正模块，用于根据所述相位跳变度数，对发生了相位跳变的数据段进行相位修正；

置信度修正模块，用于对所述发生相位跳变并进行了相位修正的数据段进行置信度修正；

判决译码模块，用于对所述置信度修正后的数据段进行前向纠错判决译码，输出处理后的数据段。

如图5所示，所述跳变检测模块可以包括：

偏移单元，用于对信号的数据段分别进行-90度、90度和180度的相位偏移得到-90度偏移数据段、90度偏移数据段和180度偏移数据段三个偏移数据段；

校验计算单元，用于分别计算所述数据段、所述-90度偏移数据段、所述90度偏移数据段和所述180度偏移数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数；

比较单元，用于比较所述数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数、所述-90度偏移数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数、所述90度偏移数据段不满足前向纠错编码时设置的校验关系的组数和所述180度偏移数据段不满足所述校验关系的组数，若所述数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段没有发生相位跳变，若所述-90度偏移数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段发生了90度的相位跳变，若所述90度偏移数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段发生了-90度的相位跳变，若所述180度偏移数据段不满足所述校验关系的组数最少，则认为所述数据段发生了180度的相位跳变。

所述置信度修正模块对所述发生相位跳变并进行了相位修正的数据段进行置信度修正的方法可以包括线性修正、非线性修正和查表修正。

第三方面提出的信号接收器包括信号恢复装置和第二方面所述的信号处理装置，

所述信号恢复装置包括：

接收模块，用于接收信号，恢复出模拟基带信号；

模数转换模块，用于将所述模拟基带信号转换为多电平数字信号；

均衡模块，用于对所述多电平数字信号进行时域频域均衡；

相位估计恢复模块，用于对所述多电平数字信号进行相位估计，恢复出信号；

所述相位估计恢复模块与所述信号处理装置相连，所述相位估计恢复模块恢复出的信号送入所述信号处理装置进行处理。

进一步地，本发明通过以下实施例来说明。

本实施例的信号接收器用于偏振复用-正交相移键控（PDM-QPSK，Polarization Division Multiplexing-Quadrature Phase Shift Keying）高速光传输系统，如图6所示，通信系统包括信号发射器和信号接收器，

信号发射器包括前向纠错编码模块、正交相移键控（QPSK，Quadrature Phase Shift Keying）调制模块和偏振复用模块等；其中前向纠错编码模块用于对输入码流进行前向纠错编码，输出带前向纠错开销的码流；正交相移键控调制模块用于对前向纠错编码后的码流进行正交相移键控调制；偏振复用模块用于对正交相移键控调制后的码流进行偏振复用处理，并发送到光纤链路上。

信号接收器包括信号恢复装置和信号处理装置。

信号恢复装置包括解偏振复用模块、接收模块、模数转换模块、均衡模块和相位估计恢复模块。其中解偏振复用模块用于进行解偏振复用处理，对应信号发射器端的偏振复用模块；接收模块用于进行相干接收，输出模拟基带电信号；模数转化模块用于对模拟基带电信号进行采样，输出多电平数字信号；均衡模块用于对多电平数字信号进行频域、时域均衡；相位估计恢复模块用于进行载波相位估计，恢复数据的相位，输出的可能发生相位跳变的信号。

信号处理装置包括跳变检测模块、相位修正模块、置信度修正模块和判决译码模块，上述模块与本发明提出的信号处理装置的模块相同，其中置信度修正模块中采用查表修正的方式进行置信度修正。

如图7所示，上述通信系统的信号发射器还可包括交织模块，信号接收器的信号处理装置还可包括解交织模块，具体结构如下：

信号发射器包括前向纠错编码模块、交织模块、正交相移键控（QPSK，Quadrature Phase Shift Keying）调制模块和偏振复用模块等；其中前向纠错编码模块用于对输入码流进行前向纠错编码，输出带前向纠错开销的码流；交织模块用于对前向纠错编码模块输出的码流进行交织处理，对应于信号接收器端的解交织模块；正交相移键控调制模块用于对交织处理后的码流进行正交相移键控调制；偏振复用模块用于对正交相移键控调制后的码流进行偏振复用处理，并发送到光纤链路上。

信号接收器包括信号恢复装置和信号处理装置。

信号恢复装置包括解偏振复用模块、接收模块、模数转换模块、均衡模块和相位估计恢复模块。其中解偏振复用模块用于进行解偏振复用处理，对应信号发射器端的偏振复用模块；接收模块用于进行相干接收，输出模拟基带电信号；模数转化模块用于对模拟基带电信号进行采样，输出多电平数字信号；均衡模块用于对多电平数字信号进行频域、时域均衡；相位估计恢复模块用于进行载波相位估计，恢复数据的相位，输出的可能发生相位跳变的信号。

信号处理装置包括跳变检测模块、相位修正模块、置信度修正模块、解交织模块和判决译码模块，其中解交织模块用于对所述置信度修正后的数据段进行解交织处理。解交织处理就是将连续的输入数据进行分散处理，选择合理的交织深度将一段突发数据分散到多段数据中，从而消除连续错误对前向纠错软判决译码的影响。装置中的其他模块与本发明提出的信号处理装置的模块相同，其中置信度修正模块中采用查表修正的方式进行置信度修正。

进一步地，本实施例的信号处理装置可以如图8所示，包括至少一个处理器、至少一个存储器和至少一个通信总线，所述通信总线用于存储器和处理器之间的连接通信。所述处理器用于执行存储器中存储的可执行模块，例如计算机程序。所述存储器可能包含高速随机存取存储器（RAM：Random Access Memory），也可能还包括非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。

在一些实施方式中，存储器存储了信号处理程序，信号处理程序可以被处理器执行，这个信号处理程序包括：

根据前向纠错编码时设置的校验关系，检测信号的数据段是否发生了相位跳变以及发生的相位跳变度数；根据所述相位跳变度数，对发生了相位跳变的数据段进行相位修正；对所述发生相位跳变并进行了相位修正的数据段进行置信度修正；对所述置信度修正后的数据段进行前向纠错判决译码，输出处理后的数据段。

本领域普通技术人员将会理解，本发明的各个方面、或各个方面的可能实现方式可以被具体实施为系统、方法或者计算机程序产品。因此，本发明的各方面、或各个方面的可能实现方式可以采用完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件等等)，或者组合软件和硬件方面的实施例的形式，在这里都统称为“电路”、“模块”或者“系统”。此外，本发明的各方面、或各个方面的可能实现方式可以采用计算机程序产品的形式，计算机程序产品是指存储在计算机可读介质中的计算机可读程序代码。

计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质包含但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或者装置，或者前述的任意适当组合，如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器（EPROM或者快闪存储器）、光纤、便携式只读存储器(CD-ROM)。

计算机中的处理器读取存储在计算机可读介质中的计算机可读程序代码，使得处理器能够执行在流程图中每个步骤、或各步骤的组合中规定的功能动作；生成实施在框图的每一块、或各块的组合中规定的功能动作的装置。

计算机可读程序代码可以完全在用户的计算机上执行、部分在用户的计算机上执行、作为单独的软件包、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上，或者完全在远程计算机或者服务器上执行。也应该注意，在某些替代实施方案中，在流程图中各步骤、或框图中各块所注明的功能可能不按图中注明的顺序发生。例如，依赖于所涉及的功能，接连示出的两个步骤、或两个块实际上可能被大致同时执行，或者这些块有时候可能被以相反顺序执行。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。