功率估计方法、频谱特征监测方法、装置和系统与流程

本发明涉及多载波光纤通信技术领域，尤其涉及一种功率估计方法、频谱特征监测方法、装置和系统。

背景技术：

在多载波光纤通信系统中，各子载波数据调制在若干个相互独立的光载波上。接收机对各个子载波数据分别进行接收与解调。理想条件下，各子载波信道功率稳定，单一接收机接收的中央信道受邻道的影响不大。但在实际系统中，一方面由于激光器波长，功率受驱动电流变化、温度波动、谐振腔老化等因素影响，输出载波波长和功率会在一定范围内变化；另一方面多载波信号在通过传输系统时，各子载波信道的增益也不完全相同，导致子载波之间的功率不一致。这种功率的不确定变化会给多载波光通信系统带来较大影响，主要体现在：1)由于邻道功率过大，中央信道在解调时出现邻道串扰；2)功率不平衡导致系统监测量出现较大误差，如子载波间隔监测量、光信噪比监测量等。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现要素：

发明人在实现本发明的过程中发现，有效的子载波信道功率估计是解决功率不平衡的重要手段。在进行功率检测的基础上，可以对邻道串扰大小进行预警、对接收机监测量进行必要修正，避免接收机受到严重的影响。可见，子载波信道功率估计是实现消除功率不平衡影响的基础，也是进一步优化多载波光纤通信系统的有效手段。在实现功率估计的过程中不希望引入额外的硬件开销，所以在接收机中进行基于数字信号处理的波长监测方案受到重视。

本发明实施例提供了一种功率估计方法、频谱特征监测方法、装置和系统，基于在光接收机中进行信号处理，在不引入过大复杂度的情况下得到子载波信道的功率信息。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种功率估计装置，所述装置应用于光接收机，其中，所述装置包括：

获取单元，其获取接收信号；

提取单元，其从所述接收信号中提取频谱信息，得到所述接收信号的频谱；

第一估计单元，其根据所述频谱中的中央信道的平坦区域的功率值估计中央信道的功率；

第二估计单元，其根据所述频谱中的邻道的平坦区域的功率值估计所述邻道的功率。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种功率估计方法，所述方法应用于光接收机，其中，所述方法包括：

获取接收信号；

从所述接收信号中提取频谱信息，得到所述接收信号的频谱；

根据所述频谱中的中央信道的平坦区域的功率值估计中央信道的功率；

根据所述频谱中的邻道的平坦区域的功率值估计所述邻道的功率。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种光接收机，其中，所述光接收机包括前述第一方面所述的功率估计装置。

根据本发明实施例的第四方面，提供了一种频谱特征监测装置，所述装置应用于光接收机，其中，所述装置包括：

估计单元，其获取接收信号，从所述接收信号中提取频谱信息，得到所述接收信号的频谱，根据所述频谱中的中央信道的平坦区域的功率值确定中央信道的功率，并根据所述频谱中的邻道的平坦区域的功率值确定所述邻道的功率；

监测单元，其利用所述估计单元估计出的所述中央信道的功率和所述邻道的功率进行频谱特征监测。

根据本发明实施例的第五方面，提供了一种频谱特征监测方法，所述方法应用于光接收机，其中，所述方法包括：

获取接收信号，从所述接收信号中提取频谱信息，得到所述接收信号的频谱，根 据所述频谱中的中央信道的平坦区域的功率值确定中央信道的功率，并根据所述频谱中的邻道的平坦区域的功率值确定所述邻道的功率；

利用所述估计单元估计出的所述中央信道的功率和所述邻道的功率进行频谱特征监测。

根据本发明实施例的第六方面，提供了一种光接收机，其中，所述光接收机包括前述第四方面所述的频谱特征监测装置。

根据本发明实施例的第七方面，提供了一种多载波光通信系统，其中，所述系统包括前述第三方面或第四方面所述的光接收机。

本发明的有益效果在于：通过本发明实施例，仅利用单一光接收机得到的频谱信息，对本接收机的中央信道功率和邻道功率进行估计，从而定量评价功率不平衡效应的影响。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明实施例的功率估计原理示意图；

图2是本发明实施例的功率估计装置的组成示意图；

图3是图2的功率估计装置中提取单元的组成示意图；

图4是图2的功率估计装置中提取单元的频谱处理过程示意图；

图5是混叠效应的原理示意图；

图6是图2的功率估计装置中频谱恢复单元的工作原理示意图；

图7是由分段平均引入的频谱畸变示意图；

图8是图2的功率估计装置中接收机等效滤波器估计模块的组成示意图；

图9是对P(f)进行估计以计算H’(f)的示意图；

图10是图2的功率估计装置中第二确定单元的估计模块的估计过程示意图；

图11是图2的功率估计装置中噪声去除单元的工作原理示意图；

图12是本发明实施例的功率估计方法的流程图；

图13是图12的方法中步骤1202的一个实施方式的方法流程图；

图14是图12的方法中步骤1204的一个实施方式的方法流程图；

图15是本发明实施例的光接收机的一个实施方式的组成示意图；

图16是本发明实施例的频谱特征监测装置的组成示意图；

图17是本发明实施例的频谱特征监测方法的流程图；

图18是本发明实施例的光接收机的另外一个实施方式的组成示意图；

图19是本发明实施例的多载波光通信系统的组成示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

图1是本发明实施例的功率估计原理示意图，如图1所示，在一个光接收机带宽范围内，除需要解调的中央信道，还包括同时接收的左右部分邻道信息。由于光接收机的带宽有限，故左右两邻道信息只有部分信息被接收，反应在频谱上表现为图中两虚线所示范围。从图1可以看出，中央信道的频谱在一定范围内比较平坦，故只需要确定这一段平坦区域的功率值即可作为中央信道的功率；而由于非理想因素的影响，接收到的邻道的信息不完整，导致邻道的平坦区域并不明显，但仍然可以通过消除该非理想因素的影响使邻道平坦区域显现来实现邻道功率估计。

下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例进行说明。

实施例1

本发明实施例提供了一种功率估计装置，该装置应用于多载波光接收机中，图2是该装置的组成示意图，请参照图2，该装置200包括：获取单元201、提取单元202、第一估计单元203和第二估计单元204。其中，获取单元201用于获取接收信号；提取单元202用于从所述接收信号中提取频谱信息，得到所述接收信号的频谱；第一估计单元203用于根据所述频谱中的中央信道的平坦区域的功率值估计中央信道的功率；第二估计单元204用于根据所述频谱中的邻道的平坦区域的功率值估计所述邻道的功率。

在本实施例中，该接收信号是上述光接收机接收到的信号，由于该光接收机的接收带宽有限，该接收信号反映到频谱上包括一个完整的子载波信号(中央信道的信号)和两个不完整的子载波信号(左右邻道的信号)。一方面，该光接收机对该接收信号进行常规处理，例如，光电转换、数模转换、解调解码等，另一方面，该光接收机利用该接收信号对上述子载波信号进行功率估计。其中，首先通过该获取单元201获取该接收信号。

在本实施例中，提取单元202可以从该接收信号中提取频谱信息，得到该接收信号的频谱。

图3是该提取单元202的一个实施方式的组成示意图，图4是频谱提取过程示意图，如图3所示，在该实施方式中，该提取单元202包括：划分模块301、卷积模块302、变换模块303、以及计算模块304。

其中，划分模块301用于将该接收信号划分为预定数量的段。该接收信号可以是从光接收机中提取的M×N点的采样序列，其频谱如图4左侧所述，此频谱反映出子载波信道形状，由于数据信号的随机性，该频谱在很大范围内波动，由于子载波信道功率估计只需要频谱的包络信息，故其随机数据应该被去除，在本实施方式中，划分模块301首先对M×N点采样序列进行串并变换，变换成M段，每段N点的子序列。其中，每段子序列之间可以存在重叠部分，即该M段子序列彼此之间可以相关也可以不相关。

其中，卷积模块302用于对划分模块301划分出的每段信号进行窗函数卷积。例如，该卷积模块302对上述每段子序列乘以时域加窗函数，对应于频域窗函数卷积，由此可以实现有效的频谱平滑。该卷积模块302是可选的，在一个实施方式中，该提 取单元202也可以不包括卷积模块302。

其中，变换模块303用于对每段信号进行傅里叶变换，这里的每段信号可以是划分模块301划分出的每段子序列，也可以是经过卷积模块302卷积后的每段子序列。其中，通过对每段子序列分别做快速傅里叶变换，可以得到其频谱。

其中，计算模块304用于计算每段信号的模平方，并对所有段信号的模平方进行平均或加权平均，得到所述接收信号的频谱。其中，通过计算每段频谱的模平方，可以反映出频域的功率谱形状，最后利用M段的功率谱求其平均或加权平均，得到了接收信号的频谱。由此，每段子序列上的随机数据在求平均后可以得到有效抑制，输出的平滑频谱如图4右侧所示。

在本实施例中，得到了接收信号的频谱，第一估计单元203即可根据该频谱的中央信道的平坦区域的功率值确定该中央信道的功率。如图4右侧所示，该接收信号的频谱包括中央信道的频谱和邻道的频谱，中央信道的频谱在一定频率范围内是相对平坦的，则这段频率范围被称为中央信道的平坦区域，该第一估计单元203可以利用该平坦区域的功率值确定该中央信道的功率，例如，对该平坦区域内各频率所对应的功率值求平均，作为该中央信道的功率。

在本实施例中，得到了接收信号的频谱，第二估计单元204即可根据该频谱的邻道的平坦区域的功率值确定该邻道的功率。如图4右侧所示，尽管中央信道的左右邻道的频谱并不平坦，但仍然能看出左右邻道的频谱，则该第二估计单元204可以对左右邻道的一定频率范围内的频率所对应功率值求平均，作为该左右邻道的功率。例如，对于该中央信道的左邻道，可以对-30～-25频率范围内的频率所对应的功率值求平均，作为该左邻道的功率；对于该中央信道的右邻道，可以对25～30频率范围内的频率所对应的功率值求平均，作为该右邻道的功率。

通过本实施例的功率估计装置，利用单一接收机接收到的频谱信息，对本信道功率和邻道功率进行估计，从而定量评价功率不平衡效应的影响。

在本实施例中，如图2所示，该功率估计装置还可以包括：频谱恢复单元205，其对提取单元202提取出的接收信号的频谱进行频谱恢复，由此，第一估计单元203可以根据该频谱恢复单元205恢复出的频谱确定该中央信道的平坦区域，并根据该中央信道的平坦区域估计该中央信道的功率值，估计的方法如前所述，此处不再赘述；此外，该第二估计单元204可以根据该频谱恢复单元205恢复出的频谱确定该邻道的 平坦区域，并根据该邻道的平坦区域估计该邻道的功率。

在一个实施方式中，该频谱恢复单元205可以包括频谱混叠消除模块2051，其用于消除频谱混叠效应对接收信号的畸变，得到所述接收信号的消除了频谱混叠效应的频谱。其中，该频谱混叠消除模块2051可以根据该接收信号的频谱在接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱和接收机等效滤波器响应计算邻道的频谱，从而得到所述接收信号的消除了频谱混叠效应的频谱。在邻道频谱计算的过程中，假设该接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱相对平坦。

在该实施方式中，该接收机等效滤波器响应为接收机滤波器响应，表示为H(f)，该频谱在接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱表示为P”(f)，则本实施方式可以根据H(f)和P”(f)确定邻道的频谱，例如P_left(-32+Δf)和P_right(32-Δf)。下面对计算原理进行说明。

如图1所示，邻道功率会受到非理想因素影响导致频谱不平坦，其中最显著的非理想因素是接收机在进行模拟/数字转换过程中的混叠效应。混叠效应的基本原理如图5所示，其中未混叠的接收频谱P(f)是接收机的模拟输入信号，邻道附近是平坦的，此输入信号先经过如图5所示的接收机滤波器H(f)被滤波，故经过滤波后的输出信号P’(f)可以表示为：

P’(f)＝H(f)·P(f)

接收机除了滤波功能外还要进行必要的模拟/数字转换过程，即把模拟信号通过采样电路转换为数字信号。在进行模拟/数字转换过程中，如图5所示，由于接收机的数字带宽有限，设为±32GHz，不能覆盖整个模拟带宽范围，故会使模拟信号在经过模拟/数字转换过程后出现频谱混叠现象，混叠现象导致接收机的数字输出频谱表示为：

P”(f)＝P’(f)+P’(f+64)+P’(f-64)

如图5所示，由于本发明实施例关注的频率范围局限在邻道附近的-32+Δf以及32-Δf范围内，故可以分别写出左右邻道附近的混叠输出与原输入频谱的关系：

P”(-32+Δf)＝H(-32+Δf)·P_left(-32+Δf)+H(32+Δf)·P_right(32+Δf)

P”(32-Δf)＝H(32-Δf)·P_right(32-Δf)+H(-32-Δf)·P_left(-32-Δf)

其中，P_left及P_right分别为原模拟输入在左右邻道附近的频谱值。上式中包括了四个未知数，分别为P_left(-32-Δf)、P_left(-32+Δf)、P_right(32-Δf)以及P_right(32+Δf)，为 了求解这四个未知数，需要引入另外两个约束条件，由于之前已经假设未混叠的接收频谱P(f)在邻道附近是平坦的，所以可以引入另外两个方程：

P_left(-32-Δf)＝P_left(-32+Δf)

P_right(32-Δf)＝P_right(32+Δf)

由以上四个方程，可以基于经过混叠后的频谱P”(f)来求出邻道平坦范围附近的频谱值：

$P_{\mathrm{left}}(-32+\mathrm{\Δf})=\frac{P^{\′\′}(-32+\mathrm{\Δf})\·H(32-\mathrm{\Δf})-P^{\′\′}(32-\mathrm{\Δf})\·H(32+\mathrm{\Δf})}{H(-32+\mathrm{\Δf})\·H(32-\mathrm{\Δf})-H(32+\mathrm{\Δf})\·H(-32-\mathrm{\Δf})}$

$P_{\mathrm{right}}(32-\mathrm{\Δf})=\frac{P^{\′\′}(-32+\mathrm{\Δf})\·H(-32-\mathrm{\Δf})-P^{\′\′}(32-\mathrm{\Δf})\·H(-32+\mathrm{\Δf})}{H(32+\mathrm{\Δf})\·H(-32-\mathrm{\Δf})-H(-32+\mathrm{\Δf})\·H(32-\mathrm{\Δf})}$

由此，得到了在混叠之前的邻道频谱值，从而消除了频谱混叠的影响。

通过本实施方式的混叠消除模块2051，消除了频谱混叠效应带来的影响，输出的频谱可以很大程度上减小接收机非理想混叠效应的影响，为恢复平坦的邻道奠定了基础。并且保证了功率估计的精度，消除了频谱混叠这一非理想因素对功率估计值产生的影响。

这里需要说明的是，当接收机滤波器响应H(f)比较理想，即在接收机数字带宽之外的响应成分较小时，混叠消除模块2051会退化成一般的频谱恢复单元205的处理模式。从数学表达上来看，接收机数字带宽之外响应成分较小表现为H(32+Δf)与H(-32-Δf)的数值很小，从而邻道的频谱P_left(-32+Δf)与P_right(32-Δf)的表达退化为：

$P_{\mathrm{left}}(-32+\mathrm{\Δf})=\frac{P^{\′\′}(-32+\mathrm{\Δf})}{H(-32+\mathrm{\Δf})}$

$P_{\mathrm{right}}(32-\mathrm{\Δf})=\frac{P^{\′\′}(32-\mathrm{\Δf})}{H(32-\mathrm{\Δf})}$

图6是该频谱恢复单元205的一个实施方式的示意图，其中，提取单元202提取出的频谱信息，也即去除随机数据影响后的平滑频谱如图6中左侧频谱图所示，由于接收机的频谱响应不平坦，导致邻道频谱的畸变较为严重。如不进行频谱恢复，会导致较大的功率估计偏差。

在本实施方式中，可以通过频谱恢复单元205对平滑的畸变频谱进行频谱恢复操作，具体方法可以是对畸变频谱每个频点的幅值乘以修正系数，其中，该修正系数的值可以是接收机在每个频点响应幅值的倒数，也可以是其它值。经过此操作后，恢复的频谱如图6中右侧频谱图所示，邻道功率得到显著提升的同时，中央信道的频谱也变平坦。利用此频谱进行间隙宽度估计的精度将明显得到改善。

其中，图6的左右两个频谱图中±8GHz的位置有一对导频信号，在本实施方式中不是必须的，但也不影响间隙估计精度。

在另一个实施方式中，该频谱恢复单元205除了包括频谱混叠消除模块2051以外，还包括接收机等效滤波器估计模块2052，其根据所述频谱混叠消除模块2051的输出估计接收机等效滤波器响应，并将该接收机等效滤波器响应提供给该频谱混叠消除模块2051，直到达到了迭代次数的最大值或者邻道达到了一定的平坦性。

在本实施方式中，用于计算邻道功率的接收机等效滤波器响应并不是真正的接收机滤波器响应H(f)，而是一个等效的接收机滤波器响应，表示为H’(f)，其用于消除前面的分段平均导致的频谱畸变，并且通过迭代的方法逐步计算获得。

在本实施方式中，该接收机等效滤波器估计模块2052是根据频谱混叠消除模块2051的输出P(f)、接收机滤波器响应H(f)、以及分段平均所采用的窗函数W(f)来估计该接收机等效滤波器响应H’(f)，下面对本实施方式的计算原理进行说明。

在前一实施方式中，频谱混叠消除模块2051需要已知接收机滤波器的频谱响应H(f)，在不对接收到的信号的频谱进行平均操作的前提下，将H(f)带入到频谱混叠消除模块2051中可以理想的恢复出平坦的邻道。但实际情况是，在接收到信号后，要先对其进行平滑操作，平滑操作是通过数据分段平均来实现的，而这种分段平均在一定程度上会使接收到的信号的频谱发生畸变，这种畸变在邻道附近尤为明显。所以，如果不对分段平均引入的频谱畸变做修正，这将成为影响邻道平坦度的另一非理想因素。因此，本实施方式的接收机等效滤波器估计模块2052是为了消除这一非理想因素所采取的对应措施。

图7是由分段平均引入的频谱畸变示意图，如图7所示，如果不加入本实施方式的接收机等效滤波器估计模块2052，由频谱混叠消除模块2051输出的频谱可以表示为：

${\hat{P}}_0\left(f\right)=\frac{W\left(f\right)\⊗[H\left(f\right)\·P\left(f\right)]}{H\left(f\right)}$

其中，W(f)为分段操作的窗函数，分段平均使提取单元202的输出不再是H(f)·P(f)，而是变成了窗函数与原输出频谱的卷积所以导致由混叠消除模块2041输出的频谱不再等于P(f)，由此引入了频谱畸变，如图7右侧频谱所示。

为了使频谱混叠消除模块2051输出的频谱变回P(f)，在本实施方式中，施加接 收机等效滤波器估计模块2052，基本思路是，令频谱混叠消除模块2051不再使用H(f)作为接收机滤波器的响应，而是使用一接收机等效滤波器响应H’(f)，H’(f)的表达式为：

$H^{\′}\left(f\right)=\frac{W\left(f\right)\⊗[H\left(f\right)\·P\left(f\right)]}{P\left(f\right)}$

可以看到，如果用H’(f)来替代H(f)，频谱混叠消除模块2051的输出频谱为P(f)，频谱畸变将被消除，从而有利于改善邻道平坦度。

图8是该接收机等效滤波器估计模块2052的一个实施方式的组成示意图，如图8所示，该接收机等效滤波器估计模块2052包括：第一确定模块801、第二确定模块802、判断模块803、以及处理模块804。

其中，第一确定模块801用于根据所述频谱混叠消除模块2051的第一次输出确定所述邻道的平坦区域，以该中央信道的至少一个频点的功率作为该邻道的平坦区域的估计功率，确定接收机等效滤波器响应，并提供给该频谱混叠消除模块2051计算消除了频谱混叠效应的接收信号的频谱；第二确定模块802用于根据该频谱混叠消除模块2051的其它次输出重新确定接收机等效滤波器响应；判断模块803用于判定是否达到了迭代次数的最大值或者邻道达到了一定的平坦性；处理模块804用于在该判断模块803判断为是时，结束处理，并在该判断模块803判断为否时，将该第二确定模块802重新确定的接收机等效滤波器响应提供给该频谱混叠消除模块2051继续处理。其中，接收机等效滤波器响应H’(f)的计算公式如前所述，此处不再赘述。其中，所述中央信道的至少一个频点的功率例如可以是该中央信道的一个频点的功率，或者该中央信道的多个频点的平均功率。

下面对该实施方式的计算原理进行说明。

由以上H’(f)的表达式可知，P(f)实际上是待求量，不是已知量，所以精确得到P(f)或H’(f)是不可能的，需要进一步考虑近似方法。在本实施方式中，提出了利用迭代法来逐步逼近H’(f)的策略。首先，在H’(f)完全未知的状态，用频谱混叠消除模块2051的第一步输出来近似估计P(f)，带入到H’(f)表达式中。如图9所示，第一步输出在邻道附近明显存在频谱畸变，由于先验已经知道邻道应该具有平坦特性，所以把邻道外延并且全部强制置为平坦，平坦部分的功率由中央信道的至少一个频点的功率决定，平坦部分的频率范围延伸到接收机带宽内的一定值(本例中是5GHz)。通过这种修正，得到了对P(f)第一步的粗估计结果把带入到H’(f) 表达式中，得到第一步迭代的H₁’(f)。如图10所示，基于此H₁’(f)，频谱混叠消除模块2051可以给出新的频谱估计值之后由又可计算第二步迭代的H₂’(f)，由此形成迭代，逐步逼近实际的H’(f)。

通过本实施方式的接收机等效滤波器估计模块2052，利用等效滤波器响应H’(f)来替代H(f)，可以消除分段平均导致的频谱畸变，由此，可以根据频谱混叠消除模块2051的输出估计P(f)，并且，可以通过迭代的方法逐步计算H’(f)表达式中的未知参数P(f)。保证了功率估计的精度，消除了分段平均这一非理想因素对估计值产生的影响。

在本实施方式中，如图2所示，可选的，该功率估计装置200还可以包括噪声去除单元206，其中，该噪声去除单元206可以设置于频谱恢复单元205和第一确定单元203以及第二确定单元204之间，其用于确定频谱恢复单元205恢复后的频谱的噪底幅度，在该频谱的每个频点上把该噪底幅度值扣除，得到噪声消除后的信号，提供给第一确定单元203和第二确定单元204。另外，该噪声去除单元206也可以设置于提取单元202和频谱恢复单元205之间，以确定提取单元202提取出的频谱的噪底幅度，在该频谱的每个频点上把该噪底幅度值扣除，得到噪声消除后的信号提供给频谱恢复单元205。

图11为噪声去除单元206的一个实施方式的示意图，其中，左侧频谱图所示为在不同噪声水平下的接收机频谱图，可见，噪声水平的不同导致频谱间隙底部幅度出现较大差异，此差异也会影响功率估计的精度。为了避免功率估计值与噪声水平相关的现象，本实施例通过噪声去除单元206在进行功率估计之前，对噪底进行移除操作。具体方法为，找到频谱幅值最低点作为噪底幅度，之后在每个频点上把该噪底幅度值扣除(线性相减)。进行噪底移除后的频谱如图11右侧频谱图所示，可见，不同的噪声水平将不再影响频谱形状，故功率估计值将不依赖于噪声水平。

通过本发明实施例的装置，仅利用单一光接收机得到的频谱信息，对本接收机的中央信道功率和邻道功率进行估计，从而定量评价功率不平衡效应的影响。

实施例2

本发明实施例还提供了一种功率估计方法，该方法应用于多载波光接收机，由于该方法解决问题的原理与实施例1的装置类似，因此其具体的实施可以参照实施例1 的装置的实施，内容相同之处不再重复说明。

图12是本实施例的功率估计方法的流程图，请参照图12，该方法包括：

步骤1201：获取接收信号；

步骤1202：从所述接收信号中提取频谱信息，得到所述接收信号的频谱；

步骤1203：根据所述频谱中的中央信道的平坦区域的功率值估计中央信道的功率；

步骤1204：根据所述频谱中的邻道的平坦区域的功率值估计所述邻道的功率。

其中，本实施例并不限制步骤1203和步骤1204的执行顺序。

在一个实施方式中，步骤1202可以通过图13的方法实现，请参照图13，该方法包括：

步骤1301：将所述接收信号划分为预定数量的段；

步骤1302：对每段信号进行窗函数卷积；

步骤1303：对卷积后的每段信号进行傅里叶变换；

步骤1304：计算变换后的每段信号的模平方，并对所有段信号的模平方进行平均或加权平均，得到所述接收信号的频谱。

其中，步骤1302是可选的。

在一个实施方式中，在步骤1202之后，该方法还可以包括：

步骤1202-1：根据所述接收信号的频谱在接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱和接收机等效滤波器响应确定所述邻道的频谱，得到消除了混叠效应的接收信号的频谱。

在该实施方式中，该接收机等效滤波器响应为接收机滤波器响应。

在另一个实施方式中，在步骤1202-1之后，该方法还可以包括：

步骤1202-2：根据所述接收信号的消除了混叠效应的频谱估计接收机等效滤波器响应，并根据所述等效接收机滤波器响应重新确定所述接收信号的消除了混叠效应的频谱，直到达到了迭代次数的最大值或者邻道达到了一定的平坦性。

图14是确定接收信号的消除了混叠效应的频谱的整体流程图，请参照图14，该流程包括：

步骤1401：确定接收信号的消除了混叠效应的频谱；其中，该步骤通过步骤1202-1来实现；

步骤1402：根据所述频谱的第一次输出确定所述邻道的平坦区域，以所述中央信道的至少一个频点的功率作为所述邻道的平坦区域的估计功率，确定等效接收机滤波器响应，并回到步骤1401；

步骤1403：根据所述频谱的其它次输出重新确定等效接收机滤波器响应；

步骤1404：判定是否达到了迭代次数的最大值或者邻道达到了一定的平坦性；如果判断为是，则结束处理，否则回到步骤1401。

通过本发明实施例的方法，仅利用单一光接收机得到的频谱信息，对本接收机的中央信道功率和邻道功率进行估计，从而定量评价功率不平衡效应的影响。

实施例3

本发明实施例还提供了一种多载波光接收机，该光接收机可以包括实施例1所述的功率估计装置。

图15是本实施例的光接收机的构成示意图，如图15所示，该光接收机1500可以包括：中央处理器(CPU)1501和存储器1502；存储器1502耦合到中央处理器1501。值得注意的是，该图是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其它功能。

在一个实施方式中，实施例1所述的功率估计装置的功能可以被集成到中央处理器1501中。

在另一个实施方式中，该功率估计装置可以与中央处理器1501分开配置，例如可以将该功率估计装置配置为与中央处理器1501连接的芯片，通过中央处理器1501的控制来实现该功率估计装置的功能。

如图15所示，该光接收机1500还可以包括：通信模块1503、输入单元1504、本地激光器1505、显示器1506、电源1507。值得注意的是，光接收机1500也并不是必须要包括图15中所示的所有部件；此外，光接收机1500还可以包括图15中没有示出的部件，可以参考现有技术。

如图15所示，中央处理器1501有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器1501接收输入并控制光接收机1500的各个部件的操作。

其中，存储器1502，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存 储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存预定义或预配置的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器1501可执行该存储器1502存储的该程序，以实现信息存储或处理等。其他部件的功能与现有类似，此处不再赘述。相干光接收机1500的各部件可以通过专用硬件、固件、软件或其结合来实现，而不偏离本发明的范围。

本发明实施例的光接收机仅利用单一光接收机得到的频谱信息，对本接收机的中央信道功率和邻道功率进行估计，从而定量评价功率不平衡效应的影响。

实施例4

本发明实施例还提供了一种频谱特征监测装置，该装置应用于多载波光接收机中，图16是该装置的组成示意图，请参照图16，该装置1600包括：估计单元1601和监测单元1602。其中，估计单元1601用于获取接收信号，从所述接收信号中提取频谱信息，得到所述接收信号的频谱，根据所述频谱中的中央信道的平坦区域的功率值估计中央信道的功率，根据所述频谱中的邻道的平坦区域的功率值估计所述邻道的功率。监测单元1602用于利用该估计单元1601估计出的所述中央信道的功率和所述邻道的功率进行频谱特征监测。

在本实施例中，该估计单元1601可以通过实施例1所述的功率估计装置来实现，由于在实施例1中，已经对该功率估计装置进行了详细说明，其内容被合并于此，在此不再赘述。

在一个实施方式中，该估计单元1601将所述接收信号划分为预定数量的段，对每段信号进行窗函数卷积，对卷积后的每段信号进行傅里叶变换，计算变换后的每段信号的模平方，并对所有段信号的模平方进行平均或加权平均，得到所述接收信号的频谱。

在一个实施方式中，该估计单元1601根据所述接收信号的频谱在接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱和接收机滤波器响应确定所述邻道的频谱，由此得到所述接收信号的消除了混叠效应的频谱。

在一个实施方式中，该估计单元1601根据所述接收信号的频谱在接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱和接收机等效滤波器响应确定所述接收信号的消除了混叠效应的频谱，根据所述频谱重新估计接收机等效滤波器响应，并根据重 新估计的接收机等效滤波器响应重新确定所述频谱，直到达到了迭代次数的最大值或者邻道达到了一定的平坦性。

在本实施方式中，假设所述接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱相对平坦，也即所述预定范围内的频谱为所述频谱中的邻道的平坦区域。

在本实施例中，该监测单元1602利用估计单元1601对子载波信道功率的估计结果，对子载波信道的频谱特征进行监测。例如，该监测单元1602可以利用估计单元1601对子载波信道功率的估计结果监测信噪比、子载波间隙宽度、误码率、串扰水平等，估计的监测方法可以参考现有技术，此处不再赘述。

通过本实施例的装置，仅利用单一光接收机得到的频谱信息，对本接收机的中央信道功率和邻道功率进行估计，从而定量评价功率不平衡效应的影响。

实施例5

本发明实施例还提供了一种频谱特征监测方法，该方法应用于多载波光接收机中，由于该方法解决问题的原理与实施例4的装置类似，因此其具体的实施可以参照实施例4的方法的实施，内容相同之处不再重复说明。

图17是该方法的流程图，请参照图17，该方法包括：

步骤1701：获取接收信号，从所述接收信号中提取频谱信息，得到所述接收信号的频谱，根据所述频谱中的中央信道的平坦区域的功率值估计中央信道的功率，并根据所述频谱中的邻道的平坦区域的功率值估计所述邻道的功率；

步骤1702：利用估计出的所述中央信道的功率和所述邻道的功率进行频谱特征监测。

在本实施例中，该步骤1701可以通过实施例2的功率估计方法来实现，由于在实施例2中，已经对该功率估计方法进行了详细说明，其内容被合并于此，在此不再赘述。

在一个实施方式中，该步骤1701将所述接收信号划分为预定数量的段，对每段信号进行窗函数卷积，对卷积后的每段信号进行傅里叶变换，计算变换后的每段信号的模平方，并对所有段信号的模平方进行平均或加权平均，得到所述接收信号的频谱。

在一个实施方式中，该步骤1701根据所述接收信号的频谱在接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱和接收机滤波器响应确定所述邻道的频谱，进而得 到所述接收信号的消除了混叠效应的频谱。

在一个实施方式中，该步骤1701根据所述接收信号的频谱在接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱和接收机等效滤波器响应确定所述接收信号的消除了混叠效应的频谱，根据所述频谱重新估计接收机等效滤波器响应，并根据重新估计的接收机等效滤波器响应重新确定所述频谱，直到达到了迭代次数的最大值或者邻道达到了一定的平坦性。

在本实施方式中，假设所述接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱相对平坦，也即所述预定范围内的频谱为所述频谱中的邻道的平坦区域。

在本实施例中，该步骤1702利用步骤1701对子载波信道功率的估计结果，对子载波信道的频谱特征进行监测。例如，该步骤1702可以利用步骤1701对子载波信道功率的估计结果监测信噪比、子载波间隙宽度、误码率、串扰水平等，估计的监测方法可以参考现有技术，此处不再赘述。

通过本实施例的方法，仅利用单一光接收机得到的频谱信息，对本接收机的中央信道功率和邻道功率进行估计，从而定量评价功率不平衡效应的影响。

实施例6

本发明实施例还提供了一种多载波光接收机，该光接收机可以包括实施例4所述的频谱特征监测装置。

图18是本实施例的光接收机的构成示意图，如图18所示，该光接收机1800可以包括：中央处理器(CPU)1801和存储器1802；存储器1802耦合到中央处理器1801。值得注意的是，该图是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其它功能。

在一个实施方式中，实施例4所述的频谱特征监测装置的功能可以被集成到中央处理器1801中。

在另一个实施方式中，该频谱特征监测装置可以与中央处理器1801分开配置，例如可以将该频谱特征监测装置配置为与中央处理器1801连接的芯片，通过中央处理器1801的控制来实现该频谱特征监测装置的功能。

如图18所示，该光接收机1800还可以包括：通信模块1803、输入单元1804、本地激光器1805、显示器1806、电源1807。值得注意的是，光接收机1800也并不 是必须要包括图18中所示的所有部件；此外，光接收机1800还可以包括图18中没有示出的部件，可以参考现有技术。

如图18所示，中央处理器1801有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器1801接收输入并控制光接收机1800的各个部件的操作。

其中，存储器1802，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存预定义或预配置的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器1801可执行该存储器1802存储的该程序，以实现信息存储或处理等。其他部件的功能与现有类似，此处不再赘述。相干光接收机1800的各部件可以通过专用硬件、固件、软件或其结合来实现，而不偏离本发明的范围。

本发明实施例的光接收机仅利用单一光接收机得到的频谱信息，对本接收机的中央信道功率和邻道功率进行估计，从而定量评价功率不平衡效应的影响。

实施例7

本发明实施例还提供了一种多载波光通信系统，图19是该系统的构成示意图，如图19所示，该系统1900包括发射机1901和光接收机1902，其中，该光接收机1902可以通过实施例3或实施例6所述的光接收机来实现，其内容被合并于此，在此不再赘述。

通过本发明实施例提供的多载波光通信系统，仅利用单一光接收机得到的频谱信息，对本接收机的中央信道功率和邻道功率进行估计，从而定量评价功率不平衡效应的影响。

本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在功率估计装置或光接收机中执行所述程序时，所述程序使得计算机在所述功率估计装置或光接收机中执行实施例2所述的方法。

本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可读程序使得计算机在功率估计装置或光接收机中执行实施例2所述的方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在频谱特征监测装置或光接收 机中执行所述程序时，所述程序使得计算机在所述频谱特征监测装置或光接收机中执行实施例5所述的方法。

本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可读程序使得计算机在频谱特征监测装置或光接收机中执行实施例5所述的方法。

本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。

关于包括以上实施例的实施方式，还公开下述的附记：

附记1、一种功率估计装置，所述装置应用于光接收机，其中，所述装置包括：

获取单元，其获取接收信号；

提取单元，其从所述接收信号中提取频谱信息，得到所述接收信号的频谱；

第一估计单元，其根据所述频谱中的中央信道的平坦区域的功率值确定中央信道的功率；

第二估计单元，其根据所述频谱中的邻道的平坦区域的功率值确定所述邻道的功率。

附记2、根据附记1所述的装置，其中，所述提取单元包括：

划分模块，其将所述接收信号划分为预定数量的段；

变换模块，其对每段信号进行傅里叶变换；

计算模块，其计算每段信号的模平方，并对所有段信号的模平方进行平均或加权平均，得到所述接收信号的频谱。

附记3、根据附记2所述的装置，其中，所述提取单元还包括：

卷积模块，其设置于所述划分模块和所述变换模块之间，用于对每段信号进行窗函数卷积。

附记4、根据附记1所述的装置，其中，所述装置还包括：

频谱恢复单元，其对所述提取单元提取出的接收信号的频谱进行频谱恢复，所述第一估计单元根据所述频谱恢复单元恢复出的频谱确定所述中央信道的平坦区域，根据所述中央信道的平坦区域估计所述中央信道的功率值；所述第二估计单元根据所述频谱恢复单元恢复出的频谱确定所述邻道的平坦区域，根据所述邻道的平坦区域估计所述邻道的功率。

附记5、根据附记4所述的装置，其中，所述频谱恢复单元包括：

频谱混叠消除模块，其根据所述接收信号的频谱在接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱和接收机滤波器响应或接收机等效滤波器响应确定所述邻道的频谱，得到所述接收信号的频谱。

附记6、根据附记4所述的装置，其中，所述第二确定单元还包括：

接收机等效滤波器估计模块，其根据所述频谱混叠消除模块的输出估计接收机等效滤波器响应，并将所述接收机等效滤波器响应提供给所述频谱混叠消除模块，直到达到了迭代次数的最大值或者邻道达到了一定的平坦性。

附记7、根据附记6所述的装置，其中，所述估计模块包括：

第一确定模块，其根据所述混叠消除模块的第一次输出确定所述邻道的平坦区域，以所述中央信道的至少一个频点的功率作为所述邻道的平坦区域的估计功率，确定接收机等效滤波器响应，并提供给所述频谱混叠消除模块；

第二确定模块，其根据所述频谱混叠消除模块的其它次输出重新确定接收机等效滤波器响应；

判断模块，其判定是否达到了迭代次数的最大值或者邻道达到了一定的平坦性；

处理模块，其在所述判断模块判断为是时，结束处理，并在所述判断模块判断为否时，将所述第二确定模块重新确定的接收机等效滤波器响应提供给所述频谱混叠消除模块继续处理。

附记8、根据附记4所述的装置，其中，所述装置还包括：

噪声去除单元，其确定所述频谱恢复单元恢复后的频谱的噪底幅度，在该频谱的每个频点上把该噪底幅度值扣除，得到噪声消除后的信号，提供给所述第一估计单元和所述第二估计单元。

附记9、一种频谱特征监测装置，所述装置应用于光接收机，其中，所述装置包 括：

估计单元，其获取接收信号，从所述接收信号中提取频谱信息，得到所述接收信号的频谱，根据所述频谱中的中央信道的平坦区域的功率值确定中央信道的功率，并根据所述频谱中的邻道的平坦区域的功率值确定所述邻道的功率；

监测单元，其利用所述估计单元估计出的所述中央信道的功率和所述邻道的功率进行频谱特征监测。

附记10、根据附记9所述的装置，其中，所述估计单元将所述接收信号划分为预定数量的段，对每段信号进行傅里叶变换，计算变换后的每段信号的模平方，并对所有段信号的模平方进行平均或加权平均，得到所述接收信号的频谱。

附记11、根据附记9所述的装置，其中，所述估计单元将所述接收信号划分为预定数量的段，对每段信号进行窗函数卷积，对卷积后的每段信号进行傅里叶变换，计算变换后的每段信号的模平方，并对所有段信号的模平方进行平均或加权平均，得到所述接收信号的频谱。

附记12、根据附记9所述的装置，其中，所述估计单元根据所述接收信号的频谱在接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱和接收机等效滤波器响应确定所述邻道的频谱，得到所述接收信号的消除了频谱混叠效应的频谱，根据所述接收信号的消除了频谱混叠效应的频谱重新估计接收机等效滤波器响应，并根据重新估计的接收机等效滤波器响应重新确定所述接收信号的消除了频谱混叠效应的频谱，直到达到了迭代次数的最大值或者邻道达到了一定的平坦性。

附记13、根据附记9所述的装置，其中，所述估计单元根据所述接收信号的频谱在接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱和接收机滤波器响应确定所述邻道的频谱，得到所述接收信号的消除了频谱混叠效应的频谱。

附记14、根据附记9所述的装置，其中，所述监测单元被配置为利用所述中央信道的功率和所述邻道的功率监测子载波信道的信噪比、子载波之间的间隙宽度、误码率、串扰水平。

附记15、一种光接收机，其中，所述光接收机包括频谱特征监测装置，所述频谱特征监测装置被配置为：

获取接收信号，从所述接收信号中提取频谱信息，得到所述接收信号的频谱，根据所述频谱中的中央信道的平坦区域的功率值确定中央信道的功率，根据所述频谱中 的邻道的平坦区域的功率值确定所述邻道的功率；

利用估计出的所述中央信道的功率和所述邻道的功率进行频谱特征监测。

附记16、根据附记15所述的光接收机，其中，所述频谱特征监测装置被配置为：将所述接收信号划分为预定数量的段，对每段信号进行傅里叶变换，计算变换后的每段信号的模平方，并对所有段信号的模平方进行平均或加权平均，得到所述接收信号的频谱。

附记17、根据附记15所述的光接收机，其中，所述频谱特征监测装置被配置为：将所述接收信号划分为预定数量的段，对每段信号进行窗函数卷积，对卷积后的每段信号进行傅里叶变换，计算变换后的每段信号的模平方，并对所有段信号的模平方进行平均或加权平均，得到所述接收信号的频谱。

附记18、根据附记15所述的光接收机，其中，所述频谱特征监测装置被配置为：根据所述接收信号的频谱在接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱和接收机等效滤波器响应确定所述邻道的频谱，得到所述接收信号的消除了频谱混叠效应的频谱，根据所述接收信号的消除了频谱混叠效应的频谱，重新估计接收机等效滤波器响应，并根据重新估计的接收机等效滤波器响应重新确定所述接收信号的消除了频谱混叠效应的频谱，直到达到了迭代次数的最大值或者邻道达到了一定的平坦性。

附记19、根据附记15所述的光接收机，其中，所述频谱特征监测装置被配置为：根据所述接收信号的频谱在接收机的数字带宽范围内的两端的预定范围内的频谱和接收机滤波器响应确定所述邻道的频谱，得到所述接收信号的消除了频谱混叠效应的频谱。

附记20、根据附记15所述的光接收机，其中，所述频谱特征监测装置被配置为：利用所述中央信道的功率和所述邻道的功率监测子载波信道的信噪比、子载波之间的间隙宽度、误码率、串扰水平。