一种信道损伤估计方法与装置与流程
本申请涉及光纤通信技术领域，特别涉及一种信道损伤估计方法与装置。
背景技术：
随着传输系统容量的提升，光传输系统已经步入相干光传输时代。在相干光传输系统中，光数字信号处理(opticaldigitalsignalprocessing，odsp)是该系统的核心部分。odsp用于对接收信号进行损伤估计，然后进行相应的损伤补偿，以提升接收信号质量，延长传输距离。
在传统的信道损伤估计方法中，信道损伤估计是基于接收信号的时域或者频域的特征，进行表征。光信号在光纤链路的传输过程中会受到了一系列信道损伤的影响，例如自发辐射噪声，色散，偏振相关损耗以及非线性效应等。在存在这些信道损伤场景下，由于接收信号中存在多重信道损伤的混叠，采用传统的信道损伤估计方法进行信道损伤估计将会导致信道损伤估计精度下降。为了提高多重信道损伤场景下信道损伤估计的精度，现有技术中提供了以下了信道损伤估计方案：
方案1：采用施密特(schmidt)算法设计分数阶序列，通过自相关运算得到同步峰，完成频偏估计和补偿。但是，方案1中的分数阶序列对信道损伤比较敏感，需要进行多次自相关运算后才能得到较为明显的同步峰。
方案2：在接收端接收到信号后需要首先完成多输入多输出(multiple-inputmultiple-output，mimo)解偏振，在完成mimo解偏振后进行频偏估计，具体可以采用schmidt算法和盲相位搜索算法(blindphasesearch，bps)算法进行频偏估计，但是这些算法的运算量较大。
技术实现要素：
本申请提供一种信道损伤估计方法与装置，用以优化现有信道损伤估计方法，并提供可靠的信道损伤估计精度。
第一方面，本申请提供一种信道损伤估计方法，该方法包括：
第二网络设备生成n个训练码元，所述n个训练码元是对n个预设码元进行第三阶次的第二预设变换得到的序列和对所述n个预设码元进行第四阶次的所述第二预设变换得到的序列相加得到的序列，n为正整数；将原始数据码元序列中每隔m个数据码元插入所述n个训练码元，获得待发送码元序列，m为正整数，m/n为正整数。所述第二网络设备根据所述待发送码元序列产生电信号，将所述电信号调制到光载波上产生光信号，发送所述光信号至第二网络设备。
通过上述方法，第二网络设备确定上述n个训练码元的复杂度较低，训练码元和数据码元交叉分布，采用以上设计能够使第二网络设备准确估计信道损伤。
在一种可能的设计中，所述n个预设码元为n个直流数字码元，所述第二预设变换为分数阶傅里叶变换。
第二方面，本申请提供一种信道损伤估计方法，该方法包括：
第一网络设备接收第二网络设备发送的光信号，将所述光信号转换成电信号，根据所述电信号获取码元序列；所述码元序列中包括有n个训练码元，其中，所述n个训练码元对应的第一序列中包括具有第一峰值的码元，所述n个训练码元对应的第二序列中包括具有第二峰值的码元，所述n个训练码元对应的第一序列为对所述n个训练码元进行第一阶次的第一预设变换得到的序列，所述n个训练码元对应的第二序列为对所述n个训练码元进行第二阶次的所述第一预设变换得到的序列，n为正整数；所述处理器依次将所述码元序列中每n个码元作为一个待检测序列，确定每个待检测序列对应的第一序列和每个待检测序列对应的第二序列，其中，第i个待检测序列对应第一序列是对所述第i个待检测序列进行所述第一阶次的所述第一预设变换得到的序列，第i个待检测序列对应第二序列是对所述第i个待检测序列进行所述第二阶次的所述第一预设变换得到的序列，i为正整数；所述处理器确定目标待检测序列，其中，所述目标待检测序列对应的第一序列中包括具有所述第一峰值的码元且所述目标待检测序列对应的第二序列中包括具有所述第二峰值的码元；所述处理器确定第一偏移量和第二偏移量，其中，所述第一偏移量为所述目标待检测序列对应的第一序列中具有所述第一峰值的码元的编号与所述n个训练码元对应的第一序列中具有所述第一峰值的码元的编号的差值，所述第二偏移量为所述目标待检测序列对应的第二序列中具有所述第二峰值的码元的编号与所述n个训练码元对应的第二序列中具有所述第二峰值的码元的编号的差值；所述处理器根据所述第一偏移量和所述第二偏移量确定所述目标待检测序列相对于所述n个训练码元的时间偏移量和频率偏移量。
通过上述方法，第一网络设备从码元序列中提取出为多个待检测序列，并确定其中的目标待检测序列，通过目标待检测序列确定第一偏移量和第二偏移量，进而获得时间偏移量和频率偏移量，因此上述过程比较简便，且得到的时间偏移量和频率偏移量具有可靠的估计精度和估计范围，此外，在执行上述过程之前无需执行解偏振操作，保证了估计结果的准确性。
在一种可能的设计中，所述第一预设变换为分数阶傅里叶变换。
在一种可能的设计中，所述n个训练码元是对n个预设码元进行第三阶次的第二预设变换得到的序列和对所述n个预设码元进行第四阶次的所述第二预设变换得到的序列相加得到的序列，其中，所述第一阶次与所述第三阶次满足第一预设关系，所述第二阶次与所述第四阶次满足第二预设关系。
因此，n个训练码元的确定方式比较简便，复杂度较低。
在一种可能的设计中，所述n个预设码元为n个直流数字码元，所述第一预设变换与所述第二预设变换均为分数阶傅里叶变换，所述第一阶次与所述第三阶次之和为1，所述第二阶次与所述第四阶次之和为1。
在一种可能的设计中，所述时间偏移量tt为：
其中，
α＝p1·π/2，β＝p2·π/2
p1为所述第三阶次，p2为所述第四阶次，pp为所述第一偏移量，qq为所述第二偏移量。
因此，本申请实施例提供一种计算时间偏移量的方法，提高了帧同步的性能。
在一种可能的设计中，所述频率偏移量为fo：
其中，
α＝p1·π/2，β＝p2·π/2
p1为所述第三阶次，p2为所述第四阶次，pp为所述第一偏移量，qq为所述第二偏移量，δf为预设频率间隔。
因此，本申请实施例提供一种计算频率偏移量的方法，能够保证频率偏移量具有可靠的估计精度和估计范围。
在一种可能的设计中，所述码元序列为经过以一倍波特率重采样后得到的码元序列。
通过上述方法，可以保证重采样后的码元序列与发送设备发送的码元序列的波特率相同。
在一种可能的设计中，所述预设频率间隔为所述一倍波特率的倒数。
在一种可能的设计中，还包括：所述第一网络设备确定所述目标待检测序列中起始码元的位置；所述第一网络设备根据所述时间偏移量和所述目标待检测序列中起始码元的位置确定所述n个训练码元中起始码元的位置。
因此，处理器通过首先确定时间偏移量能够进一步完成帧同步。
第三方面，一种信道损伤估计装置，该装置包括：
处理单元，用于生成n个训练码元，所述n个训练码元是对n个预设码元进行第三阶次的第二预设变换得到的序列和对所述n个预设码元进行第四阶次的所述第二预设变换得到的序列相加得到的序列，n为正整数；处理单元，用于将原始数据码元序列中每隔m个数据码元插入所述n个训练码元，获得待发送码元序列，m为正整数，m/n为正整数。调制单元，根据所述待发送码元序列产生电信号，将所述电信号调制到光载波上产生光信号；发送单元，用于发送所述光信号至第一网络设备。
在一种可能的设计中，所述n个预设码元为n个直流数字码元，所述第二预设变换为分数阶傅里叶变换。
第四方面，一种信道损伤估计装置，该装置包括：
接收单元，用于接收第二网络设备发送的光信号；解调单元，用于将所述光信号转换成电信号，根据所述电信号获取码元序列；所述码元序列中包括n个训练码元，其中，所述n个训练码元对应的第一序列中包括具有第一峰值的码元，所述n个训练码元对应的第二序列中包括具有第二峰值的码元，所述n个训练码元对应的第一序列为对所述n个训练码元进行第一阶次的第一预设变换得到的序列，所述n个训练码元对应的第二序列为对所述n个训练码元进行第二阶次的所述第一预设变换得到的序列，n为正整数；处理单元，用于依次将所述码元序列中每n个码元作为一个待检测序列，确定每个待检测序列对应的第一序列和每个待检测序列对应的第二序列，其中，第i个待检测序列对应第一序列是对所述第i个待检测序列进行所述第一阶次的所述第一预设变换得到的序列，第i个待检测序列对应第二序列是对所述第i个待检测序列进行所述第二阶次的所述第一预设变换得到的序列，i为正整数；确定目标待检测序列，其中，所述目标待检测序列对应的第一序列中包括具有所述第一峰值的码元且所述目标待检测序列对应的第二序列中包括具有所述第二峰值的码元；确定第一偏移量和第二偏移量，其中，所述第一偏移量为所述目标待检测序列对应的第一序列中具有所述第一峰值的码元的编号与所述n个训练码元对应的第一序列中具有所述第一峰值的码元的编号的差值，所述第二偏移量为所述目标待检测序列对应的第二序列中具有所述第二峰值的码元的编号与所述n个训练码元对应的第二序列中具有所述第二峰值的码元的编号的差值；根据所述第一偏移量和所述第二偏移量确定所述目标待检测序列相对于所述n个训练码元的时间偏移量和频率偏移量。
在一种可能的设计中，所述第一预设变换为分数阶傅里叶变换。
在一种可能的设计中，所述n个训练码元是对n个预设码元进行第三阶次的第二预设变换得到的序列和对所述n个预设码元进行第四阶次的所述第二预设变换得到的序列相加得到的序列，其中，所述第一阶次与所述第三阶次满足第一预设关系，所述第二阶次与所述第四阶次满足第二预设关系。
在一种可能的设计中，所述n个预设码元为n个直流数字码元，所述第一预设变换与所述第二预设变换均为分数阶傅里叶变换，所述第一阶次与所述第三阶次之和为1，所述第二阶次与所述第四阶次之和为1。
在一种可能的设计中，所述时间偏移量tt为：
其中，
α＝p1·π/2，β＝p2·π/2
p1为所述第三阶次，p2为所述第四阶次，pp为所述第一偏移量，qq为所述第二偏移量。
在一种可能的设计中，所述频率偏移量为fo：
其中，
α＝p1·π/2，β＝p2·π/2
p1为所述第三阶次，p2为所述第四阶次，pp为所述第一偏移量，qq为所述第二偏移量，δf为预设频率间隔。
在一种可能的设计中，所述处理单元，还用于：所述码元序列为经过以一倍波特率重采样后得到的码元序列。
在一种可能的设计中，所述预设频率间隔为所述一倍波特率的倒数。
在一种可能的设计中，所述处理单元，还用于：确定所述目标待检测序列中起始码元的位置；根据所述时间偏移量和所述目标待检测序列中起始码元的位置确定所述n个训练码元中起始码元的位置。
第五方面，一种网络设备，包括处理器，调制器和通信接口，其中，处理器，示例性地，可以为数字信号处理器，用于生成n个训练码元，将原始数据码元序列中每隔m个数据码元插入所述n个训练码元，获得待发送码元序列。调制器，用于根据待发送码元序列产生电信号，将电信号调制到光载波上，产生光信号。示例性地，调制器可以具体包括但不限于任意波形发生器、光源、相干调制器、偏振合束器、偏振分束器等，其中，任意波形发生器用于根据待发送码元序列产生电信号，光源、双偏振相干调制器、偏振合束器、偏振分束器用于将电信号调制到光载波上，产生光信号。通信接口用于发送产生的光信号。示例性地，通信接口可以为光纤接口。
具体执行步骤可以参见第一方面，此处不在赘述。
其中，第三方面中的处理单元可以通过处理器实现，调制单元可以通过调制器实现，发送单元可以通过通信接口实现。
第六方面，一种网络设备，包括处理器，解调器和通信接口，其中，通信接口用于接收光信号，示例性地，通信接口可以为光纤接口。解调器用于将光信号转换成电信号，根据电信号获取码元序列。示例性地，解调器可以具体包括但不限于光源、相干接收器、数字存储示波器等，光源和相干接收器用于将光信号转换成电信号，数字存储示波器用于根据电信号获取码元序列。处理器，示例性地，可以为数字信号处理器，用于依次将所述码元序列中每n个码元作为一个待检测序列，确定每个待检测序列对应的第一序列和每个待检测序列对应的第二序列，确定待检测序列中的目标待检测序列，确定目标待检测序列对应的第一偏移量和第二偏移量，根据第一偏移量和该第二偏移量确定目标待检测序列相对于n个训练码元的时间偏移量和频率偏移量。
具体执行步骤可以参见第二方面，此处不在赘述。
其中，第三方面中的接收单元可以通过通信接口实现，解调单元可以通过解调器实现，处理单元可以通过处理器实现。
第七方面，本申请还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，当该计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。
第八方面，本申请还提供一种包含程序的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。
附图说明
图1为本申请实施例中的光传输系统的架构图；
图2为本申请实施例中信道损伤估计方法的概述流程图之一；
图3(a)、图3(b)和图3(c)为本申请实施例中生成n个训练码元的示意图；
图4为本申请实施例中待发送码元序列的帧结构的示意图；
图5为本申请实施例中信道损伤估计方法的概述流程图之二；
图6(a)、图6(b)和图6(c)为本申请实施例中确定目标待检测序列的示意图；
图7(a)和图7(b)为本申请实施例中第一偏移量和第二偏移量以及确定的时间偏移量和频率偏移量的示意图，；
图8(a)、图8(b)和图8(c)为本申请实施例中在不同时间偏移量下的码元序列经过帧同步算法之后得到的同步度量的示意图；
图9为本申请实施例提供的方法得到的帧粗同步结果；
图10为本申请实施例确定时间偏移量修正值的示意图；
图11为本申请实施例中修正后时间偏移量的估计结果；
图12为本申请实施例中频率偏移量的估计结果；
图13为本申请实施例中信道损伤估计装置的结构示意图之一；
图14为本申请实施例中信道损伤估计装置的结构示意图之二；
图15为本申请实施例中网络设备的结构示意图之一；
图16为本申请实施例中网络设备的结构示意图之二。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。
如图1所示，为本申请实施例适用的光传输系统的架构图。该系统中至少包括以下设备：
第一网络设备，又可称为接收设备，包括dsp、光源(ecl2)，相干接收器(coherentreceiver)、数字存储示波器(digitalstorageoscilloscope，dso)、通信接口等。通信接口用于接收光信号，ecl2和coherentreceiver用于将接收到的光信号变成电信号，dso用于根据电信号获取码元序列，dsp用于对码元序列进行相关处理。
第二网络设备，又可称为发送设备，包括离线数字信号处理(offlinedigitalsignalprocessing,offlinedsp)、任意波形发生器(awg)、光源(externalcavitylaser，ecl)1，双偏振相干调制器(i/qmodulator)，偏振合束器(polarizationbeamcouple，pbc)，偏振分束器(polarizationbeamsplitter，pbs)、通信接口等。其中，offlinedsp用于产生待发送码元序列，awg用于产生电信号。ecl1，i/qmodulator，pbc，pbs，用于将电信号调制到光载波上，产生光信号。通信接口用于发送光信号。
光纤链路用于传输光信号，光纤链路具体包括放大器(erbium-dopedopticalfiberamplifier，edfa)，光纤和光滤波器(opticalbandpassfilter，obpf)，声光调制器(acousto-opticmodulator，aom)等。
上述第一网络设备和第二网络设备中的通信接口可以为光纤接口，其中，光传输系统中的设备可以同时具备第一网络设备和第二网络设备的功能。
应理解的是，本申请实施例的改进不涉及硬件改进，图1所示的系统架构图仅为示例，不作为本申请的限定。
参阅图2所示，本申请实施例提供一种信道损伤估计方法，针对发送端，该方法包括：
步骤200：第二网络设备生成n个训练码元。
其中，n个训练码元是对n个预设码元进行第三阶次的第二预设变换得到的序列和对n个预设码元进行第四阶次的第二预设变换得到的序列相加得到的序列，n为正整数。
在一种可能的设计中，n个预设码元为n个直流数字码元，第二预设变换为分数阶傅里叶变换。
例如，如图3(a)所示为n个直流数字码元的示意图，对图3(a)所示的n个直流数据码元分别进行阶次为p1和p2的分数阶傅里叶变换，得到如图3(b)所示的两个分数阶序列。其中，经变换之后的分数阶序列的时频分布呈现线性分布特性，其中倾斜角与分数阶傅里叶变换的阶次关系为：α＝p1*π/2，β＝p2*π/2。
在一种可能的设计中，为了减小色散的影响，p1和p2不宜太大，例如，p1和p2绝对值均不超过0.4。
进一步地，并将如图3(b)所示的两个分数阶序列相加，得到一个分数阶序列t，即n个训练码元，如图3(c)所示。
n个训练码元的产生过程具体如下公式所示：
t(t)＝frft(s(t),p1)+frft(s(t),p2)
其中，s(t)为n个直流数字码元，其值全为1，frft函数为分数阶傅里叶变换函数，p表示分数阶傅里叶变换的阶次，对s(t)分别进行阶次为p1和p2的分数阶傅里叶变换后将其相加得到分数阶序列t。
步骤210：第二网络设备将原始数据码元序列中每隔m个数据码元插入n个训练码元，获得待发送码元序列。
待发送码元序列的帧结构如图4所示，每隔m个数据码元插入n个训练码元。
应理解的是，m,n的值可以根据实际具体要求进行设计，例如，m,n的一组有效的取值为215和256。其中，m能够整除n。
步骤200和步骤210均由第二网络设备中的处理器执行，例如这里的处理器可以为图1中的offlinedsp。
步骤220：第二网络设备根据待发送码元序列产生电信号，将电信号调制到光载波上产生光信号。
具体的，第二网络设备将待发送码元序列利用任意波形发生器产生电信号，利用光源、相干调制器、偏振合束器、偏振分束器将电信号调制到光载波上，产生光信号。
步骤230：第二网络设备向第二网络设备发送待发送码元序列。
具体的，第二网络设备将光信号通过光纤链路发送至第一网络设备。
综上，第二网络设备确定上述n个训练码元的复杂度较低，训练码元和数据码元交叉分布，以便于接收设备准确估计信道损伤。
相应的，参阅图5所示，本申请实施例提供一种信道损伤估计方法，针对接收端，该方法包括：
步骤500：第一网络设备接收第二网络设备发送的光信号。
步骤510：第一网络设备将光信号转换成电信号，根据电信号获取码元序列。
具体的，第一网络设备利用光源、相干接收器等将接收到的光信号变成电信号，利用数字存储示波器根据电信号获取码元序列。
应理解的是，由于直接根据电信号获取的码元序列的波特率与第二网络设备实际发送的码元序列的波特率可能并不完全一致，第二网络设备实际发送的码元序列的波特率为一倍波特率，因此，数字存储示波器需要根据数字信号处理器的控制将直接根据电信号获取的码元序列以一倍波特率进行重采样得到重采样后的码元序列。因此，本申请实施例中所指的码元序列是指对根据电信号直接获取的码元序列进行重采样后得到的码元序列。
其中，码元序列中每相邻两个码元组之间有n个训练码元，n个训练码元对应的第一序列中包括具有第一峰值的码元，n个训练码元对应的第二序列中包括具有第二峰值的码元，n个训练码元对应的第一序列为对n个训练码元进行第一阶次的第一预设变换得到的序列，n个训练码元对应的第二序列为对n个训练码元进行第二阶次的第一预设变换得到的序列，n为正整数。
在一种可能的设计中，第一预设变换为分数阶傅里叶变换。
在一种可能的设计中，n个训练码元是对n个预设码元进行第三阶次的第二预设变换得到的序列和对n个预设码元进行第二阶次的第二预设变换得到的序列相加得到的序列，其中，第一阶次与第三阶次满足第一预设关系，第二阶次与第四阶次满足第二预设关系。
因此，第一网络设备对n个训练码元进行第一预设变换时所采用的阶次，与第二网络设备对n个预设码元进行第二预设变换时所采用的阶次满足预设关系。
在一种可能的设计中，第一阶次与第三阶次之和为2n+1，n为大于或等于1的正整数。第二阶次与第四阶次之和为2m+1，m为大于或等于1的正整数。其中，第一预设关系与第二预设关系相互独立，第二预设关系可以与第一预设关系相同，或不同。例如，第一阶次与第三阶次之和为3，第二阶次与第四阶次之和为1。
在一种可能的设计中，假设n个预设码元为n个直流数字码元，第一预设变换与第二预设变换均为分数阶傅里叶变换，则第一阶次与第三阶次之和为1，第二阶次与第四阶次之和为1。
步骤520：第一网络设备依次将码元序列中每n个码元作为一个待检测序列，确定每个待检测序列对应的第一序列和每个待检测序列对应的第二序列。
其中，第i个待检测序列对应第一序列是对第i个待检测序列进行第一阶次的第一预设变换得到的序列，第i个待检测序列对应第二序列是对第i个待检测序列进行第二阶次的第一预设变换得到的序列，i为正整数。
每个待检测序列包括n个码元，参阅如图4所示的帧结构，每一帧中包括m个数据码元和n个训练码元，则每一帧可以提取[(m/n)+1]个待检测序列。
具体的，假设扫描间隔为n个码元，第一网络设备以该扫描间隔提取待检测序列：
如图6(a)所示，第一个帧可以提取[(m/n)+1]个待检测序列，包括
进一步地，假设n个预设码元为n个直流数字码元，第一预设变换与第二预设变换均为分数阶傅里叶变换，则第三阶次p1与第一阶次q1之和为1，第四阶次p2与第二阶次q2之和为1。
第一网络设备将提取的每个待检测序列进行q1＝1-p1阶次的分数阶傅里叶变换得到第一序列，
第一网络设备将提取的每个待检测序列进行q2＝1-p2阶次的分数阶傅里叶变换得到第二序列,
步骤530：第一网络设备确定目标待检测序列。
其中，目标待检测序列对应的第一序列中包括具有第一峰值的码元且目标待检测序列对应的第二序列中包括具有第二峰值的码元。
由于信道损伤造成的时间偏移，一个待检测序列包括的n个码元不能够完全包括n个训练码元，上述目标待检测序列为包括训练码元的数量最多的待检测序列。如图6(b)所示，只有覆盖大部分n个训练码元的待检测序列对应的第一序列包括具有第一峰值的码元，且该待检测序列对应的第二序列包括具有第二峰值的码元。应理解的是，图6(b)为各个待检测序列对应的第一序列和第二序列在一个坐标系下的示意图，图6(b)中的q11和q21对应于变换前图6(a)中的s1，q1m/n+2和q2m/n+2对应于变换前的sm/n+2。实际上目标待检测序列中包括的具有第一峰值的码元，与该目标待检测序列中包括的第二峰值的码元并非重叠，例如，q11和q21并非完全重叠，具体如图6(c)所示。
步骤540：第一网络设备确定第一偏移量和第二偏移量。
其中，第一偏移量为目标待检测序列对应的第一序列中具有第一峰值的码元的编号与n个训练码元对应的第一序列中具有第一峰值的码元的编号的差值，第二偏移量为目标待检测序列对应的第二序列中具有第二峰值的码元的编号与n个训练码元对应的第二序列中具有第二峰值的码元的编号的差值。
应理解的是，当理想条件下没有信道损伤时，目标待检测序列对应的第一序列中具有第一峰值的码元的编号与n个训练码元对应的第一序列中具有第一峰值的码元的编号相同，都是n个码元中位于中间位置的码元的编号，同理，目标待检测序列对应的第二序列中具有第二峰值的码元的编号与n个训练码元对应的第二序列中具有第二峰值的码元的编号相同，都是n个码元中位于中间位置的码元的编号。
如图7(a)和图7(b)所示，pmax表示目标待检测序列对应的第一序列中的第一峰值，pp为第一偏移量，qmax表示目标待检测序列对应的第二序列中的第二峰值，qq为第二偏移量。
步骤540：接收设备根据第一偏移量和第二偏移量确定目标待检测序列相对于n个训练码元的时间偏移量和频率偏移量。
在一种可能的设计中，时间偏移量tt为：
其中，
α＝p1·π/2，β＝p2·π/2
p1为第三阶次，p2为第四阶次，pp为第一偏移量，qq为第二偏移量。
在一种可能的设计中，频率偏移量为fo：
其中，
α＝p1·π/2，β＝p2·π/2
p1为第三阶次，p2为第四阶次，pp为第一偏移量，qq为第二偏移量，δf为预设频率间隔。
在一种可能的设计中，预设频率间隔为一倍波特率的倒数。
此外，通过上述步骤530，第一网络设备还可以确定目标检测序列中起始码元的位置，记为ti。第一网络设备根据时间偏移量tt和目标待检测序列中起始码元的位置ti确定n个训练码元中起始码元的位置toi＝tt+ti。
因此，第一网络设备通过首先确定时间偏移量能够进一步完成帧同步。
应理解的是，上述步骤500～步骤540可以由第一网络设备中的处理器执行，例如由图1中第一网络设备中的dsp执行。
综上，第一网络设备从码元序列中提取出为多个待检测序列，并确定其中的目标待检测序列，通过目标待检测序列确定第一偏移量和第二偏移量，进而获得时间偏移量和频率偏移量，因此上述过程比较简便，且得到的时间偏移量和频率偏移量具有可靠的估计精度和估计范围，此外，第一网络设备在执行上述过程之前无需执行解偏振操作，保证了估计结果的准确性。
设置如图1所示的58g波特率偏振复用正交相移键控(dp-qpsk58gbaud/s)长距传输系统验证提出本申请实施例的可行性。
仿真系统的参数设计如表1(其中dt为时间偏移量，df为频率偏移量)所示，一组时间偏移量和频率偏移量的数据组合，固定某一种信道损伤条件，在不同的色散值(loop数)情况下，采用本申请提供的信道损伤估计方法进行帧同步和频偏估计，得到估计出的时间偏移量和频率偏移量。
为了在仿真中验证帧同步的效果，在发送设备发送数据时人为引入一定的时间上的偏差，具体方法是在原本没有偏差的数据之前加入一定量的数据，所加数据的点数即为时间偏移量。为了在仿真中验证频偏估计的效果，通过在仿真软件(vpi)中改变本振光的中心率，使本振光的中心频率和信号光的中心频率偏差一定频率。具体参数设置如表1所示。
表1
图8(a)、图8(b)和图8(c)为在不同时间偏移量下的码元序列经过信道损伤估计算法之后得到的同步度量(timingmetric)。其中，横坐标表示采样点的位置，纵坐标表示强度。此时色散为32000ps/nm，光信噪比(opticalsignalnoiseratio，osnr)为11db，偏振相关损耗(polarizationdependentloss，pdl)为6db，差分群时延(differentialgroupdelay，dgd)为70ps。图8(a)、图8(b)和图8(c)中第一峰值和第二峰值均比较明显，此时能够通过每个图中两个峰值位置确定时间偏移量与频率偏移量。
如图9所示为采用本申请实施例提供的方法得到的帧粗同步结果，估计的时间偏移量与实际的时间偏移量可能会有几个到十几个采样点的差距，可以进一步用传统的同步方法进行修正。例如，当loop为20，dt为10000，df为3ghz时，粗同步的dt估计值为9996，之后再进行传统分数阶扫描，得到图10，确定修正值为5。考虑到得到的是分数阶序列第一个点的位置不是分数阶序列之前所加的时间偏移量的第一个点，因此还相差1，于是最终的估计值为9996+5-1＝10000。如图11所示，经过传统的同步方法修正之后的时间偏移量完全与设置的时间偏差量相等，说明采用本申请实施例提供的方法进行时间偏移量的估计的可行性。进一步地，如图12所示，所有的频偏估计误差在0.3ghz以下，说明了本申请实施例提供的方法进行频率偏移量的估计的可行性。
综上，通过仿真验证了本申请实施例提供的信道损伤估计方法在高色散，高dgd，低osnr条件下的可行性，证明本申请实施例提供的信道损伤估计方法为一种在较大信道损伤下帧同步和频偏估计的可靠方法。对于时间偏移量的估计，采用本申请实例提供的方法得到的时间偏移量与实际的时间偏移量可能会有几个到十几个采样点的差距，然后结合传统的同步方法对其进行修正可得到准确的时间偏移量，且总体的复杂度要小于完全使用传统的分数阶序列，使帧同步的整体性能得到了提升。对于频率偏移量的估计，采用本申请实例提供的方法得到的频率偏移量具有可靠的估计精度和估计范围，且能够在解偏振之前实现频率偏移量的估计。
基于上述实施例，本申请实施例提供一种信道损伤估计装置，参阅图13所示，该装置1300包括：
处理单元1301，用于生成n个训练码元，所述n个训练码元是对n个预设码元进行第三阶次的第二预设变换得到的序列和对所述n个预设码元进行第四阶次的所述第二预设变换得到的序列相加得到的序列，n为正整数；将原始数据码元序列中每隔m个数据码元插入所述n个训练码元，获得待发送码元序列。
调制单元1302，根据所述待发送码元序列产生电信号，将所述电信号调制到光载波上产生光信号；
发送单元1303，用于发送所述光信号至第一网络设备。
在一种可能的设计中，所述n个预设码元为n个直流数字码元，所述第二预设变换为分数阶傅里叶变换。
作为另一种可选的变形，本申请实施例还提供一种信道损伤估计装置，示例性地，可以为一种数字信号处理器，该装置包括处理模块和接口模块。其中，处理模块完成上述处理单元1301的功能，接口模块用于输出待发送码元序列。该装置还可以包括存储模块，存储模块用于存储可在处理模块上运行的程序，处理模块执行所述程序时实现上述处理单元1301的功能。
基于上述实施例，本申请实施例提供一种信道损伤估计装置，参阅图14所示，该装置1400包括：
接收单元1401，用于接收第二网络设备发送的光信号；
解调单元1402，用于将所述光信号转换成电信号，根据所述电信号获取码元序列；所述码元序列中包括n个训练码元，其中，所述n个训练码元对应的第一序列中包括具有第一峰值的码元，所述n个训练码元对应的第二序列中包括具有第二峰值的码元，所述n个训练码元对应的第一序列为对所述n个训练码元进行第一阶次的第一预设变换得到的序列，所述n个训练码元对应的第二序列为对所述n个训练码元进行第二阶次的所述第一预设变换得到的序列，n为正整数；
处理单元1403，用于依次将所述码元序列中每n个码元作为一个待检测序列，确定每个待检测序列对应的第一序列和每个待检测序列对应的第二序列，其中，第i个待检测序列对应第一序列是对所述第i个待检测序列进行所述第一阶次的所述第一预设变换得到的序列，第i个待检测序列对应第二序列是对所述第i个待检测序列进行所述第二阶次的所述第一预设变换得到的序列，i为正整数；确定目标待检测序列，其中，所述目标待检测序列对应的第一序列中包括具有所述第一峰值的码元且所述目标待检测序列对应的第二序列中包括具有所述第二峰值的码元；确定第一偏移量和第二偏移量，其中，所述第一偏移量为所述目标待检测序列对应的第一序列中具有所述第一峰值的码元的编号与所述n个训练码元对应的第一序列中具有所述第一峰值的码元的编号的差值，所述第二偏移量为所述目标待检测序列对应的第二序列中具有所述第二峰值的码元的编号与所述n个训练码元对应的第二序列中具有所述第二峰值的码元的编号的差值；根据所述第一偏移量和所述第二偏移量确定所述目标待检测序列相对于所述n个训练码元的时间偏移量和频率偏移量。
在一种可能的设计中，所述第一预设变换为分数阶傅里叶变换。
在一种可能的设计中，所述n个训练码元是对n个预设码元进行第三阶次的第二预设变换得到的序列和对所述n个预设码元进行第四阶次的所述第二预设变换得到的序列相加得到的序列，其中，所述第一阶次与所述第三阶次满足第一预设关系，所述第二阶次与所述第四阶次满足第二预设关系。
在一种可能的设计中，所述n个预设码元为n个直流数字码元，所述第一预设变换与所述第二预设变换均为分数阶傅里叶变换，所述第一阶次与所述第三阶次之和为1，所述第二阶次与所述第四阶次之和为1。
在一种可能的设计中，所述时间偏移量tt为：
其中，
α＝p1·π/2，β＝p2·π/2
p1为所述第三阶次，p2为所述第四阶次，pp为所述第一偏移量，qq为所述第二偏移量。
在一种可能的设计中，所述频率偏移量为fo：
其中，
α＝p1·π/2，β＝p2·π/2
p1为所述第三阶次，p2为所述第四阶次，pp为所述第一偏移量，qq为所述第二偏移量，δf为预设频率间隔。
在一种可能的设计中，所述处理单元，还用于：所述码元序列为经过以一倍波特率重采样后得到的码元序列。
在一种可能的设计中，所述预设频率间隔为所述一倍波特率的倒数。
在一种可能的设计中，所述处理单元1403，还用于：确定所述目标待检测序列中起始码元的位置；根据所述时间偏移量和所述目标待检测序列中起始码元的位置确定所述n个训练码元中起始码元的位置。
作为另一种可选的变形，本申请实施例提供一种信道损伤估计装置，示例性地，可以为一种数字信号处理器，该装置包括处理模块和接口模块。其中，处理模块完成上述处理单元1403的功能，接口模块用于输入码元序列。该装置还可以包括存储模块，存储模块于存储可在处理模块上运行的程序，处理模块执行所述程序时实现上述处理单元1403的功能。
基于以上实施例，本申请实施例还提供一种网络设备，如图15所示，包括处理器1501，调制器1502和通信接口1503，其中，处理器1501，示例性地，可以为数字信号处理器，用于生成n个训练码元，将原始数据码元序列中每隔m个数据码元插入所述n个训练码元，获得待发送码元序列。
调制器1502，用于根据待发送码元序列产生电信号，将电信号调制到光载波上，产生光信号。示例性地，调制器1502可以具体包括但不限于任意波形发生器、光源、相干调制器、偏振合束器、偏振分束器等，其中，任意波形发生器用于根据待发送码元序列产生电信号，光源、双偏振相干调制器、偏振合束器、偏振分束器用于将电信号调制到光载波上，产生光信号。
通信接口1503用于发送产生的光信号。示例性地，通信接口1503可以为光纤接口。
具体执行步骤可以参见如图2所示的实施例，此处不在赘述。
其中，图13中的处理单元1301，可以通过处理器1501实现，调制单元1302可以通过调制器1502实现，发送单元1303可以通过通信接口1303实现。网络设备1400的结构并不构成对本申请实施例的限定。
基于以上实施例，本申请实施例还提供一种网络设备，如图16所示包括处理器1601，解调器1602和通信接口1603，其中，通信接口1603用于接收光信号，示例性地，通信接口1603可以为光纤接口。
解调器1602用于将光信号转换成电信号，根据电信号获取码元序列。示例性地，解调器1602可以具体包括但不限于光源、相干接收器、数字存储示波器等，光源和相干接收器用于将光信号转换成电信号，数字存储示波器用于根据电信号获取码元序列。
处理器1603，示例性地，可以为数字信号处理器，用于依次将所述码元序列中每n个码元作为一个待检测序列，确定每个待检测序列对应的第一序列和每个待检测序列对应的第二序列，确定待检测序列中的目标待检测序列，确定目标待检测序列对应的第一偏移量和第二偏移量，根据第一偏移量和该第二偏移量确定目标待检测序列相对于n个训练码元的时间偏移量和频率偏移量。
具体执行步骤可以参见如图5所示的实施例，此处不在赘述。其中，图14中的接收单元1401可以通过通信接口1603实现，解调单元1402可以通过解调器1602实现，处理单元1403可以通过处理器1601实现。网络设备1600的结构并不构成对本申请实施例的限定。
综上，发送设备确定n个训练码元的复杂度较低，训练码元和数据码元交叉分布，以便于接收设备准确估计信道损伤。接收设备从码元序列中提取出为多个待检测序列，并确定其中的目标待检测序列，通过目标待检测序列确定第一偏移量和第二偏移量，进而获得时间偏移量和频率偏移量，因此上述过程比较简便，且得到的时间偏移量和频率偏移量具有可靠的估计精度和估计范围，此外，接收设备在执行上述过程之前无需执行解偏振操作，保证了估计结果的准确性。
本领域内的技术人员应明白，本申请实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请实施例是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
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