CN102739574A - 一种频域载波频率纠偏方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

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-shift keying，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f1后，两两互连组成第二矢量集，其中f1为正的频率差值，满足f1＜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；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2πΔfkT，完成纠偏，其中Δf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达式为
Figure BSA00000731232500021
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。
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A101中所有信号频率偏移f1，即将每个信号乘以2πf1kT，其中f1为正的频率差值，满足f1＜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-1)，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：
1.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。
附图说明
图1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1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S0中的所有信号两两互连，组成第一矢量集S1；假设接收信号集S0中有N个接收符号，将其中任意符号S0i和S0j进行互连，则两两互连得到的矢量rij个数为N*(N-1)。
同时，将接收信号S0中的所有信号频率偏移f1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f1的实际做法是将每个信号乘以2πf1kT，其中f1为固定的正的频率差值，满足f1＜R/2，R为接收信号的波特率，k对应接收信号集S0中第k个符号，T为符号周期。
A102.分别计算第一矢量集S1和第二矢量集S2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S11和第二角度集合S21。以第一矢量集S1中的矢量rij为例，进行幅角运算的公式为
Figure BSA00000731232500041
其中xi、yi、xj、yj分别为符号S0i和S0j的横纵坐标。将arg(rij)对π/2取模并对齐到(-π/4，π/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S11相同，此处不再赘述。
A103.分别对第一角度集合S11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Δf1和第二频率差Δf2。所述求取尖峰所对应的第一频率差和第二频率差的求取表达式为：
Figure BSA00000731232500042
其中R为接收信号的波特率，x为FFT后峰值对应的频率，N为接收信号集S0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Δf1小于第二频率差Δf2，即Δf1＜Δf2，则实际频率偏差Δf为第一频率差，即Δf＝Δf1；若第一频率差Δf1大于第二频率差Δf2，则实际频率偏差Δf为第一频率差Δf1的负值，即Δf＝-Δf1。
A105.对接收信号集S0中的信号乘以对应的频率偏差2πΔfkT，完成纠偏，其中Δf为所述实际频率偏差，k对应接收信号集S0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。

Claims (7)

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f1后，两两互连组成第二矢量集，其中f1为正的频率差值，满足f1＜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；
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2πΔfkT，完成纠偏，其中Δf为所述实际频率偏差。
2.如权利要求1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
Figure FSA00000731232400011
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1所述的频域载波频率纠偏方法，其特征在于：所述A101中所有信号频率偏移f1，即将每个信号乘以2πf1kT，其中f1为正的频率差值，满足f1＜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1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-1)，组成第一矢量集。
6.如权利要求1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1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。
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