CN104243378A - 一种应用于dqpsk系统的频偏补偿模块及其补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块及其补偿方法，本发明方法中每组矢量信号数据预补偿过程中采用相位放大和归一化运算计算得到单位频偏相位偏移，对N个相位数据求平均，并除以四，获得残余的单位频偏相位偏移值；将残余频偏和预补偿频偏相加，然后再乘上N个数据各自的编号，获得各自的频偏相位值；将预补偿前的原始相位值，减去其进行频偏相位计算后得到的频偏相位，完成频偏相位补偿；本发明装置及其方法的补偿过程无需对激光器进行控制，增强了系统的稳定性，使系统更易于实现，降低了成本。

Description

一种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块及其补偿方法

技术领域

本发明提出了一种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块及其补偿方法，特别是涉及一种应用于光通信领域中的偏振复用的相移键控系统中能补偿大范围频偏，具有较强频偏变化跟踪能力的补偿模块及其补偿方法，本发明属于低速、高速相干光通信技术领域。

背景技术

随着通信技术的进步，偏振复用的相移键控相干光通信系统，能在符号速率一定的情况下，实现多倍于符号速率的通信速率，并且，对光信号的处理，全部转移到电域中进行，减少了对光学器件要求的同时，能获得更大的信号处理和恢复质量，被普遍认为是100G光通信系统的传输解决方案。另外，相对于强度调制方式，偏振复用的相移键控调制方式对接收端的光信噪比要求较低，也被应用在长距传输场合。

偏振复用的相移键控通信系统，使用相干的方式实现光信号的接收，远端信号的调制使用一个本振光源，近端接收机使用另一个频率相近的本振光源进行相干接收。在两个光源之间，必然存在频率偏差，因而，必须对接收到的信号，进行频偏补偿处理，才能恢复出正确的数据。

在已有的文献中，介绍了多种类似的频偏补偿方法，它们存在的缺陷在于：能补偿的频偏的范围有限，必须不能超过符号速率的八分之一；或者通过根据信号中频率偏移的大小，调整外部的本振光源，这种方法的稳定性较差。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术存在的问题和不足，针对偏振复用相移键控系统，提出一种针对本振光源的频偏对信号相位造成的影响而进行补偿的频偏补偿模块及其补偿方法，本发明方法实现简单，具有更好的稳定性。

本发明原理如下：对需要进行频偏补偿的矢量信号数据，先对其进行预处理，然后计算其相位值，并设定合理的相位数据表示比特宽度，使其覆盖整个相位值范围。然后进行预补偿操作，得到一个参与的单位频偏相位值，对连续的一段数据进行平均运算，求得这个参与的频偏相位值，再结合之前预补偿部分，得到当前连续数据的单位频偏相位，最后根据相位的累积，求得当前连续数据的频偏相位，从原始相位中减去频偏相位值，完成频偏的补偿。

首先，对数据进行预处理，使得矢量信号的某一分量信号数据达到满比特宽度，然后进行相位计算，并设定相位数据的表示宽度与实际相位的对应关系为：当前比特宽度下能表示的最大数，无限接近2π，0则为0。然后通过相位的计算，实现频偏的预补偿和单位频偏的计算，最后根据频偏的累积效应，将单位频偏相位转换为当前矢量数据的频偏相位，并从原始相位数据中减去这个值，完成补偿。

第k个数据的相位可以表示为

$\mathrm{phase}\left(k\right)=\frac{\mathrm{\π}}{4}+\frac{\mathrm{n\π}}{2}+k\·2\mathrm{\π}\·\mathrm{\Δf}\·T+\mathrm{\θ}+\mathrm{\δ}$

进行预补偿处理后

phase'(k)＝2π·Δf'·T+δ

对连续N个求平均

mean(phase'(k))＝2π·Δf′·T

平均值加上之前预补偿处理中，减去的频偏相位部分，得到2π·Δf·T。然后在根据数据的序号，乘上单位频偏相位，得到频偏相位。

最后通过减法操作，实现频偏相位补偿。

$\mathrm{phase}\left(k\right)-k\·2\mathrm{\π}\·\mathrm{\Δf}\·T=\frac{\mathrm{\π}}{4}+\frac{\mathrm{n\π}}{2}+\mathrm{\θ}+\mathrm{\δ}$

本发明技术方案是：

一种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块，包括如下模块设置于数字处理芯片中：分组模块：对矢量信号数据按照时间先后顺序分组，每组包括N个连续数据进入预处理模块；预处理模块：对组内矢量信号数据的虚实部进行2的m次方倍数同比例放大，m表示设置宽度减去数据值表示需要的最小比特宽度值；相位计算模块：对预处理模块输出信号数据采用cordic算法计算，获得矢量信号数据相位值在[0,2π)范围内的相位值，然后送入频偏预补偿模块；频偏预补偿模块：对每组数据进行逐组处理，对当前组内的每一个相位数据P_i(1＜＝i＜＝N)，减去与其对应的频偏相位预补偿量P_pre-i，得到初步处理后的数据P′_i＝P_i-P_pre-i；残余频偏计算模块：对频偏相位预补偿模块处理后信号的组内N个相位数据，前后两两相减，对所得差值求平均值P′_mean，再将平均值P′_mean扩大四倍，并将其归一化到[-π,+π)的范围内，对归一化后的相位数据缩小四倍，得到残余的单位频偏相位偏移P_fo-s；残余频偏补偿模块：将残余频偏计算模块中计算得到的残余的单位频偏相位偏移值P_fo-s，分别乘以组内数据的编号i(1＜＝i＜＝N)，得到N个补偿相位量，然后将经频偏预补偿模块处理后的P′_i减去与其编号相对应的乘积，完成补偿，获得消除频偏相位偏移的相位值P_end-i；频偏预补偿量更新模块：计算当前组内最后一个数据的频偏相位偏移P_fo-N＝P_pre-N+P_fo-s×N，P_pre-N为频偏相位预补偿中组内最后一个相位数据的相位预补偿量，P_fo-s×N为残余频偏补偿模块中组内最后一个数据的残余频偏相位预补偿量；计算该组数据对应的单位频偏相位大小P_fo＝P′_fo+P_fo-s，其中：P′_fo为更新前的值，其初值为零，P_fo-s为残余的单位频偏相位偏移；预补偿频偏相位计算模块：频偏预补偿量计算更新模块计算的变量P_fo-N、P_fo，由P_pre-i＝P_fo-N+P_fo×i，1＜＝i＜＝N获得对应于每个数据的预补偿频偏相位值P_pre-i，并反馈至频偏预补偿模块。

所述预处理模块内设置有移位寄存器，移位寄存器用于延迟矢量信号数据，使矢量信号数据和与其对应的E值保持同步。

所述每组数据中的N值由偏振复用相移键控系统中的激光器线宽变化速度和数字处理芯片运行速度确定，与激光器线宽变化速度成反比关系，与数字处理芯片运行速度正相关。

所述N值优选为16或32或64。

一种应用于DQPSK系统的频偏补偿方法，对矢量信号数据的虚实部进行同比例放大的预处理；计算矢量信号数据的相位大小；在相位数据计算设定的相位数据格式下，通过前后相位值的减法，消除频偏相位的累积特征；每组矢量信号数据预补偿过程中采用相位放大和归一化运算计算得到单位频偏相位偏移，对N个相位数据求平均，并除以四，获得残余的单位频偏相位偏移值；将残余频偏和预补偿频偏相加，然后再乘上N个数据各自的编号，获得各自的频偏相位值；将预补偿前的原始相位值，减去其进行频偏相位计算后得到的频偏相位，完成频偏相位补偿。

所述矢量信号数据的预处理包括如下步骤：首先判断矢量信号数据的实虚部的正负符号位值，实部数据和虚部数据判断同时进行；当实部位值大于等于零时，进入步骤202，预处理模块计算1所在的最高比特位数R2；否则进入步骤201，计算0所在的最高比特位数R1；由步骤205对步骤201和步骤202的有效比特位数进行选择，为当实部数据为负时，R＝R2；否则R＝R1；当虚部位值大于等于零时，进入步骤203，预处理模块计算1所在的最高比特位置，得到最高有效比特位数I1；否则进入步骤204，计算0所在的最高比特位置，得到最高有效比特位数I2；由步骤206对步骤203和步骤204的有效比较特位数进行选择，为当虚部数据为负时，I＝I2，否则I＝I1；然后预处理模块比较实部和虚部的有效比特位数的大小，即比较I和R，得到两者的较大值max(R,I)。由预处理模块中设置的公式E＝M-1-max(R,I)，由步骤207得到最大可扩比特位数E，其中M表示每个数据在数字处理芯片中表示时所占用的比特位数；最后，步骤209对矢量信号数据进行有效比特位扩展，将矢量信号数据的实虚部同时左移E个比特位。

所述矢量信号数据采用移动寄存器的延迟同步方法，使矢量信号数据和与其对应的最大可扩比特位数E值保持同步。

其预补偿步骤具体包括如下：步骤301：频偏相位预补偿：将原始相位数据P_i(1＜＝i＜＝N)减去与其对应的预补偿相位P_pre-i，得到P′_i＝P_i-P_pre-i，第一组数据对应的相位预补偿量P_pre-i为零；步骤302：预补偿之后的相位数据两两相减(P′_i+1-P′_i)得到相位差值，对差值求平均，获得差值求平均值)步骤303：将步骤302计算得到的P′_mean左移2位，保留相位数据的低16位，再经过归一化运算，消除相位值中的调制相位，获得中间变量P_temp，用公式表示为P_temp＝(P′_mean×4)％65536；步骤304：对中间变量P_temp右移2位，补偿步骤303中的放大运算，得到单位残余频偏相位P_fo-s＝P_temp/4；步骤306：将步骤304中计算得到的单位残余频偏相位P_fo-s，由获得完全消除频偏干扰的相位数据P_end-i，完成残余频偏相位的补偿；步骤307：预补偿相位数据更新：对P_fo-N进行更新，更新为P_fo-N＝P_pre-N+P_fo-s×N，其中P_pre-N为上一组相位数据中最后一个数据所包含的频偏相位偏移，其初值为零，P_fo-s为步骤304计算得到的当前相位数据组的单位残余频偏相位偏移；对单位频偏相位偏移P_fo进行更新，更新为P_fo＝P′_fo+P_fo-s，其中P′_fo为上一组数据的单位频偏相位偏移，其初值为零；步骤308：根据步骤307更新参数值，由P_pre-i＝P_fo-N+P_fo×i，1＜＝i＜＝N计算下一组数据的频偏相位预补偿量。

所述步骤306之前设置有步骤305采用设置移位寄存器延迟同步方法，使移位寄存器深度设置为步骤302、303、304在数字处理芯片中运行完成所需要的时钟周期数，使预补偿后的一组相位数据与其对应的残余频偏相位偏移数据保持同步。

本发明的优点是:

本发明方法能对大范围的频偏进行补偿，克服了常规四次方法对频偏范围的要求，一方面使较低速率的相干光通信得到实现，一方面降低了相干光通信系统对本振光源的参数要求；

本发明方法在常规算法的基础上，加入了频偏预补偿，从而能实现对大范围频率偏移的跟踪补偿，并具有良好的稳定性和准确性。本发明的补偿过程无需对激光器进行控制，增强了系统的稳定性，使系统更易于实现，降低了成本。

附图说明

图1是本发明方法流程图；

图2是本发明预处理方法流程图；

图3是本发明残余相位偏移计算方法流程图；

图4是未采用本发明方法进行相位偏移补偿前数据的星座图；

图5是采用本发明方法计算得到的残余相位偏移量值图示；

图6是采用现有技术四次方算法得到的相位噪声大小图示；

图7是采用本发明方法补偿完成后的数据星座图；

图8是采用现有技术四次方算法补偿完成后的数据星座图；

其中：

100：分组模块；

101：数据预处理模块；

102：相位计算模块；

103：频偏预补偿模块；

104：残余频偏计算模块；

105：残余频偏补偿模块；

106：频偏预补偿量更新模块；

107：预补偿频偏相位计算模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述；

图1是本发明这种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块方法实现的整体流程图，频偏补偿模块包括有：分组模块100、数据预处理模块101、相位计算模块102、频偏预补偿模块103、残余频偏计算模块104、残余频偏补偿模块105、频偏预补偿量更新模块106、预补偿频偏相位计算模块107。

如图1所示，为本发明方法整体的流程图；进行频偏补偿前的数据，幅度已经得到补偿，主要是相位噪声影响数据解调，如图4所示为进行频偏补偿前的数据的星座图。

本发明方法包括：

对数据进行预处理：一对正交数据的比特宽度均设定为M，求得表达当前正交数据实际所用的比特宽度N，前者减去后者的差值为K，即M-N＝K，对正交数据同时放大2的K次方倍。然后，使用cordic算法进行相位计算，计算之前，设定相位数据的比特宽度，并使得该比特宽度能表达的数的范围，刚好覆盖[0,2π]或者[-π,+π]，再利用cordic算法计算正交数据相位大小。

在进行频偏补偿之前，第k个正交数据的相位值可以表示为

$\mathrm{phase}\left(k\right)=\frac{\mathrm{\π}}{4}+\frac{n_k\mathrm{\π}}{2}+2\mathrm{\π}f\·T\·k+\mathrm{\θ}+\mathrm{\δ},n_k=\mathrm{0,1,2,3},k=\mathrm{1,2,3}.....$     式1

其中，为调制相位，包含了发送的数据信息，θ为激光器线宽导致的相位偏移，δ为相位白噪声，2πf·T·k为频偏导致的相位偏移，f为频偏大小，T为系统的码元周期，也就是数据对应的光信号持续的时间，由于累积效应，之后要乘上数据在所有数据中的总编号k。

在对数据进行分组处理后，数据的总编号k，可以表示为k＝(M-1)×N+i,1＜＝i＜＝N，其中M为组编号，N为每组的数据个数，i为组内数据编号。因而，结合式1，第M组内的第i个数据的相位可以表示为

$\mathrm{phase}\left(i\right)=\frac{\mathrm{\π}}{4}+\frac{n_k\mathrm{\π}}{2}+2\mathrm{\π}f\·T\·[(M-1)\×N+i]+\mathrm{\θ}+\mathrm{\δ}$

$=\frac{\mathrm{\π}}{4}+\frac{n_k\mathrm{\π}}{2}+2\mathrm{\πf}\·T\·i+P_{\mathrm{fo}-N}^{M-1}+\mathrm{\θ}+\mathrm{\δ}$      式2

其中代表第M-1组中最后一个数据(第N个)的频偏相位偏移大小。

考虑到光源之间的频偏并不是保持不变，而是随着时间、外界环境的改变而变化的，为了更准确的计算频偏相位偏移大小，本算法认为同一组内的信号数据具有一致的频偏大小，每组之间的频偏各不相同，同时，相对频偏相位偏移来说，线宽相位偏移变化更慢，可以认为相邻组之间，线宽相位偏移相差不大，因而，式2可以改写为

$\mathrm{phase}\left(i\right)=\frac{\mathrm{\π}}{4}+\frac{n_k\mathrm{\π}}{2}+2\mathrm{\π}{f}_M\·T\·i+P_{\mathrm{fo}-N}^{M-1}+\mathrm{\θ}+\mathrm{\δ}$      式3

先进行预补偿操作，对第M组内的第i个数据，其预补偿量为即其前一组中最后一个数据的频偏相位偏移，加上前一组频偏相位的累积，得到补偿后的相位值为(对于第一组数据，预补偿量为零)

$P_i^{\text{'}}=\mathrm{phase}\left(i\right)-P_{\mathrm{pre}-i}^M=\frac{\mathrm{\π}}{4}+\frac{n_k\mathrm{\π}}{2}+2\mathrm{\π}(f_M-f_{M-1})\·T\·i+\mathrm{\θ}+\mathrm{\δ}$     式4

预补偿之后，只剩下残余频偏(f_M-f_M-1)，相对于原始频偏来说，改值很小，从而避免了大频偏导致的相位计算错误的情况。

然后通过前后相位相减计算，消除频偏的累积特性、调制相位和线宽相位偏移

$P_i^{\text{'}}-P_{i-1}^{\text{'}}=\frac{n_k^{\text{'}}\mathrm{\π}}{2}+2\mathrm{\π}\·(f_M-f_{M-1})\·T+\mathrm{\δ}$      式5

为了消除相位白噪声对计算的影响，对组内的相减后的结果进行平均计算

$P_{\mathrm{mean}}^{\text{'}}=\left(\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(P_{i+1}^{\text{'}}-P_i^{\text{'}})\right)/(N-1)=\frac{\mathrm{n\π}}{2}+2\mathrm{\π}\·(f_M-f_{M-1})\·T$     式6

照式中关系推到，式中n为一整数。

对P′_mean乘以4，得到

P′_mean×4＝2nπ+2π·(f_M-f_M-1)·T·4          式7

通过相位归一化，保留[0,2π)或者[-π,+π)范围内的相位大小，即可得到2π·(f_M-f_M-1)·T·4，再对其除以四，得到单位残余频偏相位偏移2π·(f_M-f_M-1)·T。由于经过预补偿后，残余的频偏相位偏移很小，因而归一化操作不会对频偏相位部分造成影响。如图3所示，为残余频偏相位的值，图6为四次方算法计算得到的频偏相位值。

最后，根据上面计算得到的结果，对式4进行残余频偏补偿，得到消除了频偏相位后的相位数据

$P_{\mathrm{end}-i}=P_i^{\text{'}}-2\mathrm{\π}\·(f_M-f_{M-1})\·T\·i=\frac{\mathrm{\π}}{4}+\frac{n_k\mathrm{\π}}{2}+\mathrm{\θ}+\mathrm{\δ}$

如图7所示，为频偏补偿完成后数据的星座图，图8为常规四次方算法补偿后的星座图。

同时，计算对下一组(第M+1组)数据进行预补偿需要的和2πf_M·T。

2πf_M·T＝2π·f_M-1·T+2π·(f_M-f_M-1)·T

$P_{\mathrm{fo}-N}^M=P_{\mathrm{fo}-N}^{M-1}+2\mathrm{\π}\·f_M\·T\·N$

至此，算法原理介绍结束。

上述方法可采用数字处理芯片实施，这里的数字处理芯片可以是ASIC、DSP或者FPGA芯片等

在数字处理芯片中，借助于芯片本身的串并转换器，将高速的串行数据，转换为并行数据，即每次输入N个数据，N值根据芯片支持情况以及系统性能可设。为表达方便，将每组内N个数据按照时间先后顺序编号为i(1＜＝i＜＝N)。

在数字处理芯片中设置如下模块：分组模块100：对矢量信号数据按照时间先后顺序分组，每组包括N个连续数据；预处理模块101：对组内矢量信号数据的虚实部进行2的m次方倍数同比例放大，m表示数据设定的比特宽度与表示该数据所需要的最小比特宽度的差值。相位计算模块102：对预处理模块101输出信号数据采用cordic算法计算，获得矢量信号数据相位值在[0,2π)范围内的相位值，然后送入频偏预补偿模块103。频偏预补偿模块103：对每组数据进行逐组处理，对当前组内的每一个相位数据P_i(1＜＝i＜＝N)，减去与其对应的频偏相位预补偿量P_pre-i，得到初步处理后的数据P′_i＝P_i-P_pre-i，P_pre-i的值由预补偿频偏相位计算模块107计算得到。残余频偏计算模块104：对频偏预补偿模块103处理后信号的组内N个相位数据，前后两两相减，然后对得到的差值求平均值P′_mean，再将平均值P′_mean扩大四倍，并将其归一化到[-π,+π)的范围内，再对归一化后的相位数据缩小四倍，得到残余的单位频偏相位偏移P_fo-s。残余频偏补偿模块105：将残余频偏计算模块104中计算得到的单位频偏相位偏移P_fo-s，分别乘以组内数据的编号i(1＜＝i＜＝N)，得到N个补偿相位量，然后将经频偏预补偿模块103处理后的P′_i减去与其编号相对应的乘积，完成补偿得到消除了频偏相位偏移的相位值。频偏预补偿量更新模块106：该模块中对两个变量进行计算，分别是当前组内最后一个数据的频偏相位偏移，用P_fo-N表示，和该组数据对应的单位频偏相位大小，用P_fo表示。P_fo-N＝P_pre-N+P_fo-s×N，P_pre-N为频偏相位预补偿103中组内最后一个相位数据的相位预补偿量，P_fo-s×N代表残余频偏补偿模块105中组内最后一个数据的残余频偏相位预补偿量。P_fo的更新方式为，P_fo＝P′_fo+P_fo-s，其中P′_fo为更新前的值，其初值为零，P_fo-s为残余的单位频偏相位偏移。预补偿频偏相位计算模块107：为当前组内每个数据计算其预补偿相位，计算方法为，用预补偿频偏更新模块106中的P_fo乘以数据的组内编号i(1＜＝i＜＝N)，然后加上P_fo-N，得到对应于每个数据的预补偿频偏相位值P_pre-i。

本发明方法过程如下：

数据表示：本发明在数字处理器中实现时，采用补码对数据进行表示。每对矢量信号数据包含实部和虚部两个数据，每个数据使用补码表示，数据宽度16比特，数据取值范围为[-32768,32767]。

数据分组：激光器的频偏变化不会很快，连续矢量信号数据的频偏相位偏差区别不大；随机相位白噪声存在；数字信号处理芯片运行速度有限，无法实时的对单个矢量信号进行处理，但是能同时对多个数据进行计算处理；数字信号处理芯片带有串并转换器单元，能将高速的串行数据，自动地转化为低速的并行数据。由于这些原因，可以将每连续N个数据被分为一组，进行并行计算处理，N值取决于激光器波长变化速度和数字处理芯片运行速度。

本发明数据预处理、相位计算是针对一组数据进行处理，数字处理芯片可以同时对数据分组后的同一组数据同时处理。

对一组内的矢量信号数据进行预处理，如图2所示，预处理模块首先判断矢量信号数据的实虚部的正负符号位值，实部数据和虚部数据判断同时进行。当实部位值大于等于零时，进入步骤202，预处理模块计算1所在的最高比特位置，得到最高有效比特位数R2；否则进入步骤201，计算0所在的最高比特位置，得到最高有效比特位数R1。由步骤205对步骤201和步骤202的有效比特位数进行选择，当实部数据为负时，R＝R2；否则R＝R1。当虚部位值大于等于零时，进入步骤203，预处理模块计算1所在的最高比特位置，得到最高有效比特位数I1；否则进入步骤204，计算0所在的最高比特位置，得到最高有效比特位数I2。由步骤206对步骤203和步骤204的有效比较特位数进行选择，当虚部数据为负时，I＝I2；否则I＝I1。然后预处理模块比较实部和虚部的有效比特位数的大小，即比较I和R，得到两者的较大值max(R,I)。由预处理模块中设置的公式E＝M-1-max(R,I)，由步骤207得到最大可扩比特位数E，其中M表示每个数据在数字处理芯片中表示时所占用的比特位数。最后，步骤209对矢量信号数据进行有效比特位扩展，将矢量信号数据的实虚部同时左移E个比特位。预处理模块中还设置有移位寄存器，该移动寄存器实施正交数据延迟同步208步骤，移位寄存器用于延迟矢量信号数据，使矢量信号数据和与其对应的E值保持同步，该延迟同步手段用于补偿计算最大可扩比特位数E所占用的时间。此时完成矢量信号数据的预处理过程，矢量信号数据进入相位计算模块。

相位计算模块计算矢量信号数据的相位值，将相位值转化成以二进制形式表示。本发明设定相位数据的表示宽度与实际相位的对应关系为：使用16位二进制数(取值范围[0,65535])表示相位值，数值0对应零相位值，数值65536对应2π相位，因而16位相位数据按照从小到大的顺序，映射到相位[0,2π)的区间。

预补偿及之后的处理过程均以组为单位，每次对属于同一组的相位数据同时进行计算，具体过程如图3所示：

步骤301：频偏相位预补偿，用之前计算得到的原始相位数据P_i(1＜＝i＜＝N)，减去与其对应的预补偿相位P_pre-i，得到P′_i＝P_i-P_pre-i。第一组数据对应的相位预补偿量P_pre-i为零；

步骤302：预补偿之后的相位数据两两相减，消除频偏相位偏移的累加特性，以及线宽相位偏移对计算结果的影响。(P′_i+1-P′_i)得到相位差值，对差值求平均，得到 $P_{\mathrm{mean}}^{\text{'}}=\left(\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(P_{i+1}^{\text{'}}-P_i^{\text{'}})\right)/(N-1);$

步骤303：消除相位值中的调制相位。将步骤302计算得到的P′_mean左移2位，即扩大4倍，保留相位数据的低16位，一方面，使相位数据表示的相位值归一化到[0,2π)范围，根据相位的特性，也可认为是[-π,π)，另一方面，调制相位为的整数倍，放大四倍后，调试相位变为2π的整数倍，再经过归一化运算，从而消除了调制相位。计算得到P_temp＝(P′_mean×4)％65536；

步骤304：对P_temp右移2位，即缩小4倍，补偿步骤303中的放大运算，得到单位残余频偏相位P_fo-s＝P_temp/4；

步骤305：设置移位寄存器，其深度设置为步骤302、303、304在数字处理芯片中运行完成所需要的时钟周期数。当相位数据从移位寄存器输入端移出到输出端时，其对应的步骤302、303、304刚好计算完成，从而保证在步骤301中预补偿后的一组相位数据与其对应的残余频偏相位偏移数据保持同步；

步骤306：对预补偿后的相位再次进行处理，借助于步骤304中计算得到的单位残余频偏相位P_fo-s，结合频偏相位偏移的累加特性，通过公式P_end-i＝P′_i-P_fo-s×i,i∈[1,N]，完成残余频偏相位的补偿，得到完全消除了频偏干扰的相位数据P_end-i；

步骤307：预补偿相位数据更新。对P_fo-N进行更新，更新公式为P_fo-N＝P_pre-N+P_fo-s×N，其中P_pre-N为上一组相位数据中最后一个数据所包含的频偏相位偏移，其初值为零，P_fo-s为步骤304计算得到的当前相位数据组的单位残余频偏相位偏移；对单位频偏相位偏移P_fo进行更新，更新公式为P_fo＝P′_fo+P_fo-s，其中P′_fo为上一组数据的单位频偏相位偏移，其初值为零；

步骤308：根据步骤307提供的参数，结合频偏相位偏移的累加特性，计算下一组数据的频偏相位预补偿量，计算方法为P_pre-i＝P_fo-N+P_fo×i，1＜＝i＜＝N；

本发明方法的具体实施流程到此结束。

以上所说实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块，其特征在于：包括如下模块设置于数字处理芯片中：

分组模块(100)：对矢量信号数据按照时间先后顺序分组，每组包括N个连续数据进入预处理模块；

预处理模块(101)：对组内矢量信号数据的虚实部进行2的m次方倍数同比例放大，m表示设置宽度减去数据值表示需要的最小比特宽度值；

相位计算模块(102)：对预处理模块(101)输出信号数据采用cordic算法计算，获得矢量信号数据相位值在[0,2π)范围内的相位值，然后送入频偏预补偿模块(103)；

频偏预补偿模块(103)：对每组数据进行逐组处理，对当前组内的每一个相位数据P_i(1＜＝i＜＝N)，减去与其对应的频偏相位预补偿量P_pre-i，得到初步处理后的数据P′_i＝P_i-P_pre-i；

残余频偏计算模块(104)：对频偏相位预补偿模块(103)处理后信号的组内N个相位数据，前后两两相减，对所得差值求平均值P′_mean，再将平均值P′_mean扩大四倍，并将其归一化到[-π,+π)的范围内，对归一化后的相位数据缩小四倍，得到残余的单位频偏相位偏移P_fo-s；

残余频偏补偿模块(105)：将残余频偏计算模块(104)中计算得到的残余的单位频偏相位偏移值P_fo-s，分别乘以组内数据的编号i(1＜＝i＜＝N)，得到N个补偿相位量，然后将经频偏预补偿模块(103)处理后的P′_i减去与其编号相对应的乘积，完成补偿，获得消除频偏相位偏移的相位值P_end-i；

频偏预补偿量更新模块(106)：计算当前组内最后一个数据的频偏相位偏移P_fo-N＝P_pre-N+P_fo-s×N，P_pre-N为频偏相位预补偿(103)中组内最后一个相位数据的相位预补偿量，P_fo-s×N为残余频偏补偿模块(105)中组内最后一个数据的残余频偏相位预补偿量；计算该组数据对应的单位频偏相位大小P_fo＝P′_fo+P_fo-s，其中：P′_fo为更新前的值，其初值为零，P_fo-s为残余的单位频偏相位偏移；

预补偿频偏相位计算模块(107)：频偏预补偿量计算更新模块(106)计算的变量P_fo-N、P_fo，由P_pre-i＝P_fo-N+P_fo×i，1＜＝i＜＝N获得对应于每个数据的预补偿频偏相位值P_pre-i，并反馈至频偏预补偿模块(103)。

2.根据权利要求1所述一种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块，其特征在于：所述预处理模块内设置有移位寄存器，移位寄存器用于延迟矢量信号数据，使矢量信号数据和与其对应的E值保持同步。

3.根据权利要求1所述的一种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块，其特征在于：所述每组数据中的N值由偏振复用相移键控系统中的激光器线宽变化速度和数字处理芯片运行速度确定，与激光器线宽变化速度成反比关系，与数字处理芯片运行速度正相关。

4.根据权利要求3所述的一种应用于DQPSK系统的频偏补偿模块，其特征在于：所述N值优选为16或32或64。

5.根据权利要求1所述的一种应用于DQPSK系统的频偏补偿方法，其特征在于：对矢量信号数据的虚实部进行同比例放大的预处理；计算矢量信号数据的相位大小；在相位数据计算设定的相位数据格式下，通过前后相位值的减法，消除频偏相位的累积特征；每组矢量信号数据预补偿过程中采用相位放大和归一化运算计算得到单位频偏相位偏移，对N个相位数据求平均，并除以四，获得残余的单位频偏相位偏移值；将残余频偏和预补偿频偏相加，然后再乘上N个数据各自的编号，获得各自的频偏相位值；将预补偿前的原始相位值，减去其进行频偏相位计算后得到的频偏相位，完成频偏相位补偿。

6.一种应用于根据权利要求1所述的频偏补偿模块的频偏补偿方法，其特征在于：所述矢量信号数据的预处理包括如下步骤：首先判断矢量信号数据的实虚部的正负符号位值，实部数据和虚部数据判断同时进行；当实部位值大于等于零时，进入步骤202，预处理模块计算1所在的最高比特位数R2；否则进入步骤201，计算0所在的最高比特位数R1；由步骤205对步骤201和步骤202的有效比特位数进行选择，为当实部数据为负时，R＝R2；否则R＝R1；当虚部位值大于等于零时，进入步骤203，预处理模块计算1所在的最高比特位置，得到最高有效比特位数I1；否则进入步骤204，计算0所在的最高比特位置，得到最高有效比特位数I2；由步骤206对步骤203和步骤204的有效比较特位数进行选择，为当虚部数据为负时，I＝I2，否则I＝I1；然后预处理模块比较实部和虚部的有效比特位数的大小，即比较I和R，得到两者的较大值max(R,I)。由预处理模块中设置的公式E＝M-1-max(R,I)，由步骤207得到最大可扩比特位数E，其中M表示每个数据在数字处理芯片中表示时所占用的比特位数；最后，步骤209对矢量信号数据进行有效比特位扩展，将矢量信号数据的实虚部同时左移E个比特位。

7.根据权利要求6所述的频偏补偿方法，其特征在于：所述矢量信号数据采用移动寄存器的延迟同步方法，使矢量信号数据和与其对应的最大可扩比特位数E值保持同步。

8.根据权利要求6或7所述的频偏补偿方法，其特征在于：其预补偿步骤具体包括如下：

步骤301：频偏相位预补偿：将原始相位数据P_i(1＜＝i＜＝N)减去与其对应的预补偿相位P_pre-i，得到P′_i＝P_i-P_pre-i，第一组数据对应的相位预补偿量P_pre-i为零；

步骤302：预补偿之后的相位数据两两相减(P′_i+1-P′_i)得到相位差值，对差值求平均，获得差值求平均值

步骤303：将步骤302计算得到的P′_mean左移2位，保留相位数据的低16位，再经过归一化运算，消除相位值中的调制相位，获得中间变量P_temp，用公式表示为P_temp＝(P′_mean×4)％65536；

步骤304：对中间变量P_temp右移2位，补偿步骤303中的放大运算，得到单位残余频偏相位P_fo-s＝P_temp/4；

步骤306：将步骤304中计算得到的单位残余频偏相位由获得完全消除频偏干扰的相位数据P_end-i，完成残余频偏相位的补偿；

步骤307：预补偿相位数据更新：对P_fo-N进行更新，更新为P_fo-N＝P_pre-N+P_fo-s×N，其中P_pre-N为上一组相位数据中最后一个数据所包含的频偏相位偏移，其初值为零，P_fo-s为步骤304计算得到的当前相位数据组的单位残余频偏相位偏移；对单位频偏相位偏移P_fo进行更新，更新为P_fo＝P′_fo+P_fo-s，其中P′_fo为上一组数据的单位频偏相位偏移，其初值为零；

步骤308：根据步骤307更新参数值，由P_pre-i＝P_fo-N+P_fo×i，1＜＝i＜＝N计算下一组数据的频偏相位预补偿量。

9.根据权利要求8所述的频偏补偿方法，其特征在于：所述步骤306之前设置有步骤305采用设置移位寄存器延迟同步方法，使移位寄存器深度设置为步骤302、303、304在数字处理芯片中运行完成所需要的时钟周期数，使预补偿后的一组相位数据与其对应的残余频偏相位偏移数据保持同步。