CN104410367A - 基于120°混频器的消除频差相差的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于120°混频器的消除频差相差的系统及方法，涉及光通信系统领域，该系统的接收端包括120°混频器、3个PD、9个减法器、9个延时器、9个加法器和6个平方器；该系统采用差分的PSK调制信号，光信号与本地激光源经过120°混频器后的PD输出，经过减法器得到一组接收信号；再经过一组减法器得到一组正交信号，两组信号分别进行延时并错位相加各得到一阶延时差分信号，两者平方相加得到幅度归一化的信号，消除信号中的频差引起的相位累积，仅残留一个固定相位值；将得到的信号延时一个PSK信号的符号周期并错位相减，消除信号中残留的固定相位值；同时消除相差。本发明无需导频，能有效补偿接收信号的频差和相差。

Description

基于120°混频器的消除频差相差的系统及方法

技术领域

本发明涉及光通信系统领域，具体是涉及一种基于120°混频器的消除频差相差的系统及方法。

背景技术

相干光通信中，由于接收端的本地激光源无法做到与发送端的激光源频率完全一致，因而接收信号存在频率偏移。另一方面，本地激光源和发端激光源的线宽也决定了接收信号存在着相位偏移。在接收端的信号处理过程中，需要对信号进行载波恢复处理，即进行频差补偿和相差补偿。现有的频差补偿算法和相差补偿算法有传统的盲估计和载波恢复两种方式，这两种方式均只适用90°混频器的相干接收机，不适用基于120°混频器的相干接收信号。在载波恢复的过程中，导频会使系统速率产生一定的损失，但是，传统的载波恢复方式只有基于导频，才能实现载波恢复。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于120°混频器的消除频差相差的系统及方法，该方法无需导频，能够有效补偿接收信号的频差和相差，该系统结构稳定，能适用于各阶PSK调制格式。

本发明提供一种基于120°混频器的消除频差相差的系统，该系统的接收端包括120°混频器、3个光电二极管PD、9个减法器、9个延时器、9个加法器和6个平方器；所述系统采用差分的相移键控PSK调制信号，光信号与本地激光源经过120°混频器后，经由3个PD输出；3个PD输出的3个端口信号分别经过减法器，得到消除了直流分量的一组接收信号；再分别经过一次减法器，得到一组正交信号；

该组接收信号经过延时一个PSK信号的符号周期并错位相加后，得到第一组一阶延时差分信号；该一组正交信号经过延时一个PSK信号的符号周期并错位相加后，得到第二组一阶延时差分信号；第一组一阶延时差分信号与第二组一阶延时差分信号相互正交，两组一阶延时差分信号进行平方相加后，得到一组幅度归一化的信号；至此，消除了信号中的频差引起的相位累积，仅残留一个固定相位值；

将得到的信号进行延时一个PSK信号的符号周期并错位相减，消除信号中残留的固定相位值，同时消除了相差，得到一组输出信号；对于采用差分PSK调制的信号，最终实现直接解调恢复原始数据。

在上述技术方案的基础上，所述系统采用差分的相移键控PSK调制信号j是虚数单位，t表示时序，Θ_n是t时刻PSK调制信号的相位，n取值从1至M，M是信号的调制阶数，t＝nT，T为一个PSK信号的符号周期；光信号与本地激光源经过120°混频器后的3个PD输出为：

$\left[\begin{array}{c}{p}_1\left(t\right)\\ p_2\left(t\right)\\ p_3\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{c}{A}_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ})\\ A_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ A_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(1\right)$

其中，p₁，p₂和p₃分别是120°混频器3个端口的输出电流值，Δf是本地激光源与信号光载波的频差，Δθ是本地激光源与信号光载波的相差，A_S是信号光的强度，A_LO是本地激光源的光强度；

3个PD输出的3个端口信号分别经过减法器，得到消除了直流分量的一组接收信号P₁，P₂和P₃，如下式所示：

$\left[\begin{array}{c}{P}_1\\ P_2\\ P_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{p}_1-p_2\\ p_2-p_3\\ p_3-p_1\end{array}\right]=\frac{2\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\mathrm{\π})\\ \sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(2\right)$

再分别经过一次减法器得到一组正交信号P₁'，P₂'和P₃'，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_1^{\′}\\ P_2^{\′}\\ P_3^{\′}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\frac{P_2-P_3}{\sqrt{3}}\\ \frac{P_3-P_1}{\sqrt{3}}\\ \frac{P_1-P_2}{\sqrt{3}}\end{array}\right]=\frac{2\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\mathrm{\π})\\ \cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(3\right)$

(2)式的信号经过延时一个PSK信号的符号周期T并错位相加后，得到第一组一阶延时差分信号：和表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_1\left(t\right)\\ \stackrel{\‾}{P_2}\left(t\right)\\ \stackrel{\‾}{P_3}\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{4\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\mathrm{\π})\\ \sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right];$

(3)式得到的信号经过延时一个PSK信号的符号周期T并错位相加后，得到第二组一阶延时差分信号：和表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_1^{\′}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_2^{\′}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_3^{\′}\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{4\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\mathrm{\π})\\ \cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right];$

第一组一阶延时差分信号和与第二组一阶延时差分信号和相互正交，两组一阶延时差分信号进行平方相加后，得到一组幅度归一化的信号：P₁₁、P₁₂和P₁₃，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_{11}\left(t\right)\\ P_{12}\left(t\right)\\ P_{13}\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\left({\stackrel{\‾}{P}}_1\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_1^{\′}\left(t\right)\right)}^2\\ {\left({\stackrel{\‾}{P}}_2\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_2^{\′}\left(t\right)\right)}^2\\ {\left({\stackrel{\‾}{P}}_3\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_3^{\′}\left(t\right)\right)}^2\end{array}\right]=\frac{8A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\left[\begin{array}{c}\cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n-\frac{2\mathrm{\π}}{3})+1\\ \cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n)+1\\ \cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n+\frac{2\mathrm{\π}}{3})+1\end{array}\right];$

至此，消除了信号中的频差引起的相位累积，仅残留一个固定相位值；

将得到的信号进行延时一个PSK信号的符号周期T并错位相减，得到信号和表示如下：

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_{11}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_{12}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_{13}\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{16A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2})\×\\ \left[\begin{array}{c}\sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right]\end{array};$

从而消除信号中残留的固定相位值；Δθ_n+2+Δθ_n-2Δθ_n+1趋近于0，同时消除了相差，得到一组输出信号：P_out1(t)、P_out2(t)、P_out3(t)，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{out}1}\left(t\right)\\ P_{\mathrm{out}2}\left(t\right)\\ P_{\mathrm{out}3}\left(t\right)\end{array}\right]=k\left[\begin{array}{c}\sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \sin \left(\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}\right)\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],$

其中， $k=\frac{16A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}),$ k是一个固定的模值；对于采用差分PSK调制的信号，最终实现直接解调恢复原始数据。

在上述技术方案的基础上，所述k通过模值归一化来消除。

本发明还提供一种适用于上述系统的基于120°混频器的消除频差相差的方法，包括以下步骤：

所述系统采用差分的相移键控PSK调制信号，光信号与本地激光源在经过120°混频器后，经由3个PD输出；3个PD输出的3个端口信号分别经过减法器，得到消除了直流分量的一组接收信号；再分别经过一次减法器，得到一组正交信号；

该组接收信号经过延时一个PSK信号的符号周期并错位相加后，得到第一组一阶延时差分信号；该组正交信号经过延时一个PSK信号的符号周期并错位相加后，得到第二组一阶延时差分信号；第一组一阶延时差分信号与第二组一阶延时差分信号相互正交，两组一阶延时差分信号进行平方相加后，得到一组幅度归一化的信号；至此，消除了信号中的频差引起的相位累积，仅残留一个固定相位值；

将得到的信号进行延时一个PSK信号的符号周期并错位相减，消除信号中残留的固定相位值，同时消除了相差，得到一组输出信号；对于采用差分PSK调制的信号，最终实现直接解调恢复原始数据。

在上述技术方案的基础上，所述系统采用差分的相移键控PSK调制信号j是虚数单位，t表示时序，Θ_n是t时刻PSK调制信号的相位，n取值从1至M，M是信号的调制阶数，t＝nT，T为一个PSK信号的符号周期；光信号与本地激光源经过120°混频器后的3个PD输出为：

$\left[\begin{array}{c}{p}_1\left(t\right)\\ p_2\left(t\right)\\ p_3\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{c}{A}_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ})\\ A_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ A_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(1\right)$

其中，p₁，p₂和p₃分别是120°混频器3个端口的输出电流值，Δf是本地激光源与信号光载波的频差，Δθ是本地激光源与信号光载波的相差，A_S是信号光的强度，A_LO是本地激光源的光强度；

3个PD输出的3个端口信号分别经过减法器，得到消除了直流分量的一组接收信号P₁，P₂和P₃，如下式所示：

$\left[\begin{array}{c}{P}_1\\ P_2\\ P_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{p}_1-p_2\\ p_2-p_3\\ p_3-p_1\end{array}\right]=\frac{2\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\mathrm{\π})\\ \sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(2\right)$

再分别经过一次减法器得到一组正交信号P₁'，P₂'和P₃'，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_1^{\′}\\ P_2^{\′}\\ P_3^{\′}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\frac{P_2-P_3}{\sqrt{3}}\\ \frac{P_3-P_1}{\sqrt{3}}\\ \frac{P_1-P_2}{\sqrt{3}}\end{array}\right]=\frac{2\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\mathrm{\π})\\ \cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(3\right)$

(2)式的信号经过延时一个PSK信号的符号周期T并错位相加后，得到第一组一阶延时差分信号：和表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_1\left(t\right)\\ \stackrel{\‾}{P_2}\left(t\right)\\ \stackrel{\‾}{P_3}\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{4\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\mathrm{\π})\\ \sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right];$

(3)式得到的信号经过延时一个PSK信号的符号周期T并错位相加后，得到第二组一阶延时差分信号：和表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_1^{\′}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_2^{\′}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_3^{\′}\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{4\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\mathrm{\π})\\ \sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right];$

第一组一阶延时差分信号和与第二组一阶延时差分信号和相互正交，两组一阶延时差分信号进行平方相加后，得到一组幅度归一化的信号：P₁₁、P₁₂和P₁₃，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_{11}\left(t\right)\\ P_{12}\left(t\right)\\ P_{13}\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\left({\stackrel{\‾}{P}}_1\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_1^{\′}\left(t\right)\right)}^2\\ {\left({\stackrel{\‾}{P}}_2\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_2^{\′}\left(t\right)\right)}^2\\ {\left({\stackrel{\‾}{P}}_3\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_3^{\′}\left(t\right)\right)}^2\end{array}\right]=\frac{8A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\left[\begin{array}{c}\cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n-\frac{2\mathrm{\π}}{3})+1\\ \cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n)+1\\ \cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n+\frac{2\mathrm{\π}}{3})+1\end{array}\right];$

至此，消除了信号中的频差引起的相位累积，仅残留一个固定相位值；

将得到的信号进行延时一个PSK信号的符号周期T并错位相减，得到信号和表示如下：

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_{11}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_{12}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_{13}\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{16A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2})\×\\ \left[\begin{array}{c}\sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right]\end{array};$

从而消除信号中残留的固定相位值；Δθ_n+2+Δθ_n-2Δθ_n+1趋近于0，同时消除了相差，得到一组输出信号：P_out1(t)、P_out2(t)、P_out3(t)，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{out}1}\left(t\right)\\ P_{\mathrm{out}2}\left(t\right)\\ P_{\mathrm{out}3}\left(t\right)\end{array}\right]=k\left[\begin{array}{c}\sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \sin \left(\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}\right)\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],$

其中， $k=\frac{16A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}),$ k是一个固定的模值；对于采用差分PSK调制的信号，最终实现直接解调恢复原始数据。

在上述技术方案的基础上，所述k通过模值归一化来消除。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明针对120°混频器的特殊结构，采用差分PSK调制技术，提出一种无需导频的盲估计算法，能够有效补偿接收信号的频差和相差。本发明的系统结构稳定，能适用于各阶PSK调制格式。

附图说明

图1是本发明实施例中基于120°混频器的消除频差相差的系统的接收端的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1所示，本发明实施例提供一种基于120°混频器的消除频差相差的系统，该系统的接收端包括120°混频器、3个PD(PhotoDiode，光电二极管)、9个减法器、9个延时器、9个加法器和6个平方器。

本发明实施例提供一种适用于上述系统的基于120°混频器的消除频差相差的方法，包括以下步骤：

该系统采用差分的相移键控PSK(Phase-Shift Keying，相移键控)调制信号，光信号与本地激光源经过120°混频器后，经由3个PD输出；3个PD输出的3个端口信号分别经过减法器，得到消除了直流分量的一组接收信号；再分别经过一次减法器，得到一组正交信号。

该组接收信号经过延时一个PSK信号的符号周期并错位相加后，得到第一组一阶延时差分信号；该组正交信号经过延时一个PSK信号的符号周期并错位相加后，得到第二组一阶延时差分信号；第一组一阶延时差分信号与第二组一阶延时差分信号相互正交，两组一阶延时差分信号进行平方相加后，得到一组幅度归一化的信号。至此，消除了信号中的频差引起的相位累积，仅残留一个固定相位值。

将得到的信号进行延时一个PSK信号的符号周期并错位相减，消除信号中残留的固定相位值，同时消除了相差，得到一组输出信号；对于采用差分PSK调制的信号，最终实现直接解调恢复原始数据。

下面通过一个具体实施例来进行详细说明。

上述系统采用差分的PSK调制信号j是虚数单位，t表示时序，Θ_n是t时刻PSK调制信号的相位，n取值从1至M，M是信号的调制阶数，t＝nT，T为一个PSK信号的符号周期。光信号与本地激光源在经过120°混频器后的3个PD输出为：

$\left[\begin{array}{c}{p}_1\left(t\right)\\ p_2\left(t\right)\\ p_3\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{c}{A}_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ})\\ A_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ A_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(1\right)$

其中，p₁，p₂和p₃分别是120°混频器3个端口的输出电流值，Δf是本地激光源与信号光载波的频差，Δθ是本地激光源与信号光载波的相差，A_S是信号光的强度，A_LO是本地激光源的光强度。

参见图1所示，3个PD输出的3个端口信号分别经过减法器，得到消除了直流分量的一组接收信号P₁，P₂和P₃，如下式所示：

$\left[\begin{array}{c}{P}_1\\ P_2\\ P_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{p}_1-p_2\\ p_2-p_3\\ p_3-p_1\end{array}\right]=\frac{2\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\mathrm{\π})\\ \sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(2\right)$

再分别经过一次减法器，得到一组正交信号P₁'，P₂'和P₃'，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_1^{\′}\\ P_2^{\′}\\ P_3^{\′}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\frac{P_2-P_3}{\sqrt{3}}\\ \frac{P_3-P_1}{\sqrt{3}}\\ \frac{P_1-P_2}{\sqrt{3}}\end{array}\right]=\frac{2\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\mathrm{\π})\\ \cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(3\right)$

(2)式的信号经过延时一个PSK信号的符号周期T并错位相加后，得到第一组一阶延时差分信号：和表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_1\left(t\right)\\ \stackrel{\‾}{P_2}\left(t\right)\\ \stackrel{\‾}{P_3}\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{4\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\mathrm{\π})\\ \sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right];$

(3)式得到的信号经过延时一个PSK信号的符号周期T并错位相加后，得到第二组一阶延时差分信号：和表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_1^{\′}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_2^{\′}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_3^{\′}\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{4\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\mathrm{\π})\\ \sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right];$

第一组一阶延时差分信号和与第二组一阶延时差分信号和相互正交，两组一阶延时差分信号进行平方相加后，得到一组幅度归一化的信号：P₁₁、P₁₂和P₁₃，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_{11}\left(t\right)\\ P_{12}\left(t\right)\\ P_{13}\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\left({\stackrel{\‾}{P}}_1\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_1^{\′}\left(t\right)\right)}^2\\ {\left({\stackrel{\‾}{P}}_2\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_2^{\′}\left(t\right)\right)}^2\\ {\left({\stackrel{\‾}{P}}_3\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_3^{\′}\left(t\right)\right)}^2\end{array}\right]=\frac{8A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\left[\begin{array}{c}\cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n-\frac{2\mathrm{\π}}{3})+1\\ \cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n)+1\\ \cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n+\frac{2\mathrm{\π}}{3})+1\end{array}\right];$

至此，消除了信号中的频差引起的相位累积，仅残留一个固定相位值。

将得到的信号进行延时一个PSK信号的符号周期T并错位相减，得到信号和表示如下：

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_{11}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_{12}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_{13}\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{16A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2})\×\\ \left[\begin{array}{c}\sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right]\end{array};$

从而消除信号中残留的固定相位值。

由于相差的变化相对缓慢，可以认为一段时间内相差基本相同，即Δθ_n+2+Δθ_n-2Δθ_n+1趋近于0，因此，同时消除了相差。那么，得到一组输出信号：P_out1(t)、P_out2(t)、P_out3(t)，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{out}1}\left(t\right)\\ P_{\mathrm{out}2}\left(t\right)\\ P_{\mathrm{out}3}\left(t\right)\end{array}\right]=k\left[\begin{array}{c}\sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \sin \left(\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}\right)\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],$

其中， $k=\frac{16A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}),$ k是一个固定的模值，k通过模值归一化来消除。对于采用差分PSK调制的信号，最终实现直接解调恢复原始数据。

上述方法无需导频，能够有效补偿接收信号的频差和相差。

上述系统结构稳定，能适用于各阶PSK调制格式。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种基于120°混频器的消除频差相差的系统，其特征在于：该系统的接收端包括120°混频器、3个光电二极管PD、9个减法器、9个延时器、9个加法器和6个平方器；所述系统采用差分的相移键控PSK调制信号，光信号与本地激光源经过120°混频器后，经由3个PD输出；3个PD输出的3个端口信号分别经过减法器，得到消除了直流分量的一组接收信号；再分别经过一次减法器，得到一组正交信号；

该组接收信号经过延时一个PSK信号的符号周期并错位相加后，得到第一组一阶延时差分信号；该一组正交信号经过延时一个PSK信号的符号周期并错位相加后，得到第二组一阶延时差分信号；第一组一阶延时差分信号与第二组一阶延时差分信号相互正交，两组一阶延时差分信号进行平方相加后，得到一组幅度归一化的信号；至此，消除了信号中的频差引起的相位累积，仅残留一个固定相位值；

将得到的信号进行延时一个PSK信号的符号周期并错位相减，消除信号中残留的固定相位值，同时消除了相差，得到一组输出信号；对于采用差分PSK调制的信号，最终实现直接解调恢复原始数据。

2.如权利要求1所述的基于120°混频器的消除频差相差的系统，其特征在于：所述系统采用差分的相移键控PSK调制信号j是虚数单位，t表示时序，Θ_n是t时刻PSK调制信号的相位，n取值从1至M，M是信号的调制阶数，t＝nT，T为一个PSK信号的符号周期；光信号与本地激光源经过120°混频器后的3个PD输出为：

$\left[\begin{array}{c}{p}_1\left(t\right)\\ p_2\left(t\right)\\ p_3\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{c}{A}_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ})\\ A_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ A_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(1\right)$

其中，p₁，p₂和p₃分别是120°混频器3个端口的输出电流值，Δf是本地激光源与信号光载波的频差，Δθ是本地激光源与信号光载波的相差，A_S是信号光的强度，A_LO是本地激光源的光强度；

3个PD输出的3个端口信号分别经过减法器，得到消除了直流分量的一组接收信号P₁，P₂和P₃，如下式所示：

$\left[\begin{array}{c}{P}_1\\ P_2\\ P_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{p}_1-p_2\\ p_2-p_3\\ p_3-p_1\end{array}\right]=\frac{2\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\mathrm{\π})\\ \sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(2\right)$

再分别经过一次减法器得到一组正交信号P′₁，P′₂和P′₃，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_1^{\′}\\ P_2^{\′}\\ P_3^{\′}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\frac{P_2-P_3}{\sqrt{3}}\\ \frac{P_3-P_1}{\sqrt{3}}\\ \frac{P_1-P_2}{\sqrt{3}}\end{array}\right]=\frac{2\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\mathrm{\π})\\ \cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(3\right)$

(2)式的信号经过延时一个PSK信号的符号周期T并错位相加后，得到第一组一阶延时差分信号：和表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_1\left(t\right)\\ \stackrel{\‾}{P_2}\left(t\right)\\ \stackrel{\‾}{P_3}\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{4\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\mathrm{\π})\\ \sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right];$

(3)式得到的信号经过延时一个PSK信号的符号周期T并错位相加后，得到第二组一阶延时差分信号：和表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_1^{\′}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_2^{\′}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_3^{\′}\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{4\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\mathrm{\π})\\ \cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right];$

第一组一阶延时差分信号和与第二组一阶延时差分信号和相互正交，两组一阶延时差分信号进行平方相加后，得到一组幅度归一化的信号：P₁₁、P₁₂和P₁₃，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_{11}\left(t\right)\\ P_{12}\left(t\right)\\ P_{13}\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\left({\stackrel{\‾}{P}}_1\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_1^{\′}\left(t\right)\right)}^2\\ {\left({\stackrel{\‾}{P}}_2\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_2^{\′}\left(t\right)\right)}^2\\ {\left({\stackrel{\‾}{P}}_3\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_3^{\′}\left(t\right)\right)}^2\end{array}\right]=\frac{8A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\left[\begin{array}{c}\cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n-\frac{2\mathrm{\π}}{3})+1\\ \cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n)+1\\ \cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n+\frac{2\mathrm{\π}}{3})+1\end{array}\right];$

至此，消除了信号中的频差引起的相位累积，仅残留一个固定相位值；

将得到的信号进行延时一个PSK信号的符号周期T并错位相减，得到信号和表示如下：

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_{11}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_{12}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_{13}\left(T\right)\end{array}\right]=\frac{16A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2})\×\\ \left[\begin{array}{c}\sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{n+1}}{2}+\frac{2\mathrm{\π}}{3});\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{n+1}}{2})\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right]\end{array}$

从而消除信号中残留的固定相位值；Δθ_n+2+Δθ_n-2Δθ_n+1趋近于0，同时消除了相差，得到一组输出信号：P_out1(t)、P_out2(t)、P_out3(t)，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{out}1}\left(t\right)\\ P_{\mathrm{out}2}\left(t\right)\\ P_{\mathrm{out}3}\left(t\right)\end{array}\right]=k\left[\begin{array}{c}\sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \sin \left(\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}\right)\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],$

其中， $k=\frac{16A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}),$ k是一个固定的模值；对于采用差分PSK调制的信号，最终实现直接解调恢复原始数据。

3.如权利要求2所述的基于120°混频器的消除频差相差的系统，其特征在于：所述k通过模值归一化来消除。

4.一种适用于权利要求1所述系统的基于120°混频器的消除频差相差的方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述系统采用差分的相移键控PSK调制信号，光信号与本地激光源在经过120°混频器后，经由3个PD输出；3个PD输出的3个端口信号分别经过减法器，得到消除了直流分量的一组接收信号；再分别经过一次减法器，得到一组正交信号；

该组接收信号经过延时一个PSK信号的符号周期并错位相加后，得到第一组一阶延时差分信号；该组正交信号经过延时一个PSK信号的符号周期并错位相加后，得到第二组一阶延时差分信号；第一组一阶延时差分信号与第二组一阶延时差分信号相互正交，两组一阶延时差分信号进行平方相加后，得到一组幅度归一化的信号；至此，消除了信号中的频差引起的相位累积，仅残留一个固定相位值；

将得到的信号进行延时一个PSK信号的符号周期并错位相减，消除信号中残留的固定相位值，同时消除了相差，得到一组输出信号；对于采用差分PSK调制的信号，最终实现直接解调恢复原始数据。

5.如权利要求4所述的基于120°混频器的消除频差相差的方法，其特征在于：所述系统采用差分的相移键控PSK调制信号j是虚数单位，t表示时序，Θ_n是t时刻PSK调制信号的相位，n取值从1至M，M是信号的调制阶数，t＝nT，T为一个PSK信号的符号周期；光信号与本地激光源经过120°混频器后的3个PD输出为：

$\left[\begin{array}{c}{p}_1\left(t\right)\\ p_2\left(t\right)\\ p_3\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{c}{A}_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ})\\ A_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ A_S^2+A_{\mathrm{LO}}^2+2A_S{A}_{\mathrm{LO}}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(1\right)$

其中，p₁，p₂和p₃分别是120°混频器3个端口的输出电流值，Δf是本地激光源与信号光载波的频差，Δθ是本地激光源与信号光载波的相差，A_S是信号光的强度，A_LO是本地激光源的光强度；

3个PD输出的3个端口信号分别经过减法器，得到消除了直流分量的一组接收信号P₁，P₂和P₃，如下式所示：

$\left[\begin{array}{c}{P}_1\\ P_2\\ P_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{p}_1-p_2\\ p_2-p_3\\ p_3-p_1\end{array}\right]=\frac{2\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\mathrm{\π})\\ \sin ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(2\right)$

再分别经过一次减法器得到一组正交信号P′₁，P′₂和P′₃，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_1^{\′}\\ P_2^{\′}\\ P_3^{\′}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\frac{P_2-P_3}{\sqrt{3}}\\ \frac{P_3-P_1}{\sqrt{3}}\\ \frac{P_1-P_2}{\sqrt{3}}\end{array}\right]=\frac{2\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}+\mathrm{\π})\\ \cos ({\mathrm{\Θ}}_n+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\Δ\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],---\left(3\right)$

(2)式的信号经过延时一个PSK信号的符号周期T并错位相加后，得到第一组一阶延时差分信号：和表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_1\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_2\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_3\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{4\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\mathrm{\π})\\ \sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right];$

(3)式得到的信号经过延时一个PSK信号的符号周期T并错位相加后，得到第二组一阶延时差分信号：和表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_1^{\′}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_2^{\′}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_3^{\′}\left(t\right)\end{array}\right]=\frac{4\sqrt{3}{A}_S{A}_{\mathrm{LO}}}{3}\left[\begin{array}{c}\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}-\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\mathrm{\π})\\ \cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_n+{\mathrm{\Θ}}_{n+1}}{2}+2\mathrm{\π\Δft}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_n+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2})\cos (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right];$

第一组一阶延时差分信号和与第二组一阶延时差分信号和相互正交，两组一阶延时差分信号进行平方相加后，得到一组幅度归一化的信号：P₁₁、P₁₂和P₁₃，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_{11}\left(t\right)\\ P_{12}\left(t\right)\\ P_{13}\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\left({\stackrel{\‾}{P}}_1\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_1^{\′}\left(t\right)\right)}^2\\ {\left({\stackrel{\‾}{P}}_2\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_2^{\′}\left(t\right)\right)}^2\\ {\left({\stackrel{\‾}{P}}_3\left(t\right)\right)}^2+{\left({\stackrel{\‾}{P}}_3^{\′}\left(t\right)\right)}^2\end{array}\right]=\frac{8A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\left[\begin{array}{c}\cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n-\frac{2\mathrm{\π}}{3})+1\\ \cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n)+1\\ \cos (({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n+\frac{2\mathrm{\π}}{3})+1\end{array}\right];$

至此，消除了信号中的频差引起的相位累积，仅残留一个固定相位值；

将得到的信号进行延时一个PSK信号的符号周期T并错位相减，得到信号和表示如下：

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{P}}_{11}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_{12}\left(t\right)\\ {\stackrel{\‾}{P}}_{13}\left(T\right)\end{array}\right]=\frac{16A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2})\×\\ \left[\begin{array}{c}\sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{n+1}}{2}+\frac{2\mathrm{\π}}{3});\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{n+1}}{2})\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}+{\mathrm{\Δ\θ}}_n-2{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+1}}{2}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right]\end{array}$

从而消除信号中残留的固定相位值；Δθ_n+2+Δθ_n-2Δθ_n+1趋近于0，同时消除了相差，得到一组输出信号：P_out1(t)、P_out2(t)、P_out3(t)，表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{out}1}\left(t\right)\\ P_{\mathrm{out}2}\left(t\right)\\ P_{\mathrm{out}3}\left(t\right)\end{array}\right]=k\left[\begin{array}{c}\sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \sin \left(\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}\right)\\ \sin (\frac{({\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_{n+1})-({\mathrm{\Θ}}_{n+1}-{\mathrm{\Θ}}_n)}{2}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right],$

其中， $k=\frac{16A_S^2{A}_{\mathrm{LO}}^2}{3}\sin (\frac{{\mathrm{\Θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Θ}}_n}{2}+2\mathrm{\π\Δf\Δt}+\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{n+2}-{\mathrm{\Δ\θ}}_n}{2}),$ k是一个固定的模值；对于采用差分PSK调制的信号，最终实现直接解调恢复原始数据。

6.如权利要求5所述的基于120°混频器的消除频差相差的方法，其特征在于：所述k通过模值归一化来消除。