CN104852873A - 一种频偏估计方法、装置及帧同步子系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种频偏估计方法、装置及帧同步子系统。所述方法包括：对经过频偏补偿和相偏补偿的帧数据在同一偏振态内对应的I路和Q路软数据分别进行硬判决，得到I路和Q路比特数据；对I路和Q路比特数据、和预存帧头分别进行差分解码，得到差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头；根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，判断差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别是否发生反转，获取判断结果；根据所述判断结果，确定所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量；将所述相位偏移量作为频偏模糊值对频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值。本发明实施例不需要增加光传输负荷就能实现频偏估计值的修正。

Description

一种频偏估计方法、装置及帧同步子系统

技术领域

本发明实施例涉及通信领域，尤其涉及一种频偏估计方法、装置及帧同步子系统。 

背景技术

通信系统中，本地载波与调制载波的同步性是影响系统解调性能的主要原因之一。信号在传播过程中，因发送端和接收端的激光器频率不一致导致的频偏误差因素，是接收端的载波同步阶段必须要完成消除的。 

对于应用在骨干网承载大容量数据传输的密集波分复用（DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing）高速光传输系统，例如100G PM-QPSK系统，相干接收机设计时也同样存在载波同步频偏消除的要求。由于激光器的非理想特性，光相干接收机中本振激光器的振荡频率，可能会与载波频率之间存在一定的偏差。以常见的激光器为例，若激光器的振荡频率标称范围为设置频率的±1GHZ，则本振激光器与载波之间的最大可能为±2GHZ。该频率偏差反映在符号上，是相位的偏移，对于PM-QPSK这种相位调制系统来说，必须去除频偏带来的相位偏移，才有可能解调出最后的数据符号。所以，频偏估计是接收机中不可缺少的一个关键模块。 

一种应用的100G PM-QPSK光传输系统结构如图1所示，光纤（fiber）信道中的各种损伤，如色散、载波频偏、相位偏移等导致的信号损伤，都能在接收机中通过电域的数字信号处理DSP来灵活地补偿。对于接收机中的载波频偏的估计算法，一般有四次方估计和扫频估计方法。四次方估计算法和扫频估计算法对频偏估计范围的能力是一致的，均为[-fs/8,+fs/8]。 

但是随着激光器的老化，频偏范围会变大，有可能超出四次方估计算法和扫频估计算法的估计范围[-fs/8,+fs/8]，造成上述频偏估计算法失效。因此，引出一种频偏模糊的估计和补偿的方法，分为两个阶段：第一阶段，需要通过 四次方频偏估计法或者扫频估计算法计算出精确的频偏值；第二阶段：利用对接收端训练序列检测的方式，检测记录训练序列的状态，估计出频偏模糊值，用估计得到的频偏模糊值去修正四次方估计或者扫频估计得到的频偏值。 

但是，训练序列的引入，增加了光传输负荷。 

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种频偏估计方法、装置及帧同步子系统，以在不增加光传输负荷的情况下实现频偏估计值的修正。 

为解决上述技术问题，本发明实施例提供方案如下： 

本发明实施例提供一种频偏估计方法，用于光接收端，包括： 

对经过频偏补偿和相偏补偿的帧数据在同一偏振态内对应的I路和Q路软数据分别进行硬判决，得到I路和Q路比特数据，所述频偏补偿基于频偏估计值进行； 

对I路和Q路比特数据、和用于对所述第一帧数据进行帧同步的预存帧头分别进行差分解码，得到差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头； 

根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，判断差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别是否发生反转，获取判断结果； 

根据所述判断结果，确定所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量； 

将所述相位偏移量作为频偏模糊值对所述频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值。 

优选地，所述根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，判断差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别是否发生反转，获取判断结果包括： 

根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，检测差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头； 

分别判断差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头是否发生反转，获取所述判断结果。 

优选地，对于差分解码后的I路和Q路比特数据中的任一路比特数据，所 述根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，检测差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头的步骤中，所述任一路比特数据中的帧头通过如下方式检测得到： 

根据差分解码后的预存帧头，对所述任一路比特数据进行滑动搜索，当搜索到的帧头长度的比特数据与差分解码后的预存帧头相比，相同的比特数大于门限值或者小于所述帧头长度与所述门限值之差时，当前搜索到的帧头长度的比特数据为检测到的所述任一路比特数据中的帧头； 

所述分别判断差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头是否发生反转，获取所述判断结果的步骤中，检测到的所述任一路比特数据中的帧头与差分解码后的预存帧头相比，相同的比特数大于门限值，则表明所述任一路没有发生反转；相同的比特数小于帧头长度与门限值之差，则表明所述任一路发生反转。 

优选地，所述根据所述判断结果，确定所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量的步骤中，差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别发生反转和没有发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为pi/2； 

差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别没有发生反转和发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为-pi/2； 

差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头均发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为pi。 

优选地，所述频偏估计值为根据四次方估计算法或扫频估计算法对所述帧数据在所述频偏补偿前对应的数据进行频偏估计得到。 

优选地，所述修正后的频偏估计值用于对所述光接收端的本振激光器进行反馈控制。 

优选地，还包括： 

根据所述频偏模糊值对I路和Q路软数据分别进行频偏模糊补偿后输出。 

本发明实施例还提供一种频偏估计装置，用于光接收端，包括： 

硬判决单元，用于对经过频偏补偿和相偏补偿的帧数据在同一偏振态内对应的I路和Q路软数据分别进行硬判决，得到I路和Q路比特数据，所述频偏 补偿基于频偏估计值进行； 

差分解码单元，与所述硬判决单元连接，用于对I路和Q路比特数据、和用于对所述第一帧数据进行帧同步的预存帧头分别进行差分解码，得到差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头； 

帧头状态判断单元，与所述差分解码单元连接，用于根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，判断差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别是否发生反转，获取判断结果； 

相位偏移量确定单元，与所述帧头状态判断单元连接，用于根据所述判断结果，确定所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量； 

频偏估计值修正单元，与所述相位偏移量确定单元连接，用于将所述相位偏移量作为频偏估计模糊度对所述频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值。 

优选地，所述帧头状态判断单元包括： 

帧头检测子单元，与所述差分解码单元连接，用于根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，检测差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头； 

帧头状态判断子单元，与所述帧头检测子单元连接，用于分别判断差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头是否发生反转，获取所述判断结果。 

优选地，对于差分解码后的I路和Q路比特数据中的任一路比特数据，所述帧头检测子单元中，所述任一路比特数据中的帧头通过如下方式检测得到： 

根据差分解码后的预存帧头，对所述任一路比特数据进行滑动搜索，当搜索到的帧头长度的比特数据与差分解码后的预存帧头相比，相同的比特数大于门限值或者小于所述帧头长度与所述门限值之差时，当前搜索到的帧头长度的比特数据为检测到的所述任一路比特数据中的帧头； 

所述帧头状态判断子单元中，检测到的所述任一路比特数据中的帧头与差分解码后的预存帧头相比，相同的比特数大于门限值，则表明所述任一路没有发生反转；相同的比特数小于帧头长度与门限值之差，则表明所述任一路发生反转。 

优选地，所述相位偏移量确定单元中，差分解码后的I路和Q路比特数据 中的帧头分别发生反转和没有发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为pi/2； 

差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别没有发生反转和发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为-pi/2； 

差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头均发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为pi。 

本发明实施例还提供一种帧同步子系统，用于DWDM高速光传输系统的光接收端，包括以上所述的频偏估计装置，还包括： 

接收单元，与所述光接收端中的数据信号处理器DSP和所述硬判决单元连接，用于从所述DSP接收经过频偏补偿和相偏补偿的帧数据； 

对接收的数据进行硬判决，并与预存帧头序列进行滑动相关，找到帧头序列，判断帧头状态，推断频偏模糊值，并对接收数据进行频偏模糊补偿，同时输出频偏模糊值； 

输出单元，用于将修正后的频偏估计值输出。 

从以上所述可以看出，本发明实施例至少具有如下有益效果： 

通过差分解码的方式来判断同一偏振态内不同路比特数据中帧头的反转情况，据此确定帧数据对应的相位偏移量，将其作为频偏模糊值对频偏估计值进行修正，从而不需要增加光传输负荷就能实现频偏估计值的修正。 

附图说明

图1表示100G PM-QPSK光系统结构图； 

图2表示本发明实施例提供的一种频偏估计方法的步骤流程图； 

图3表示本发明实施例的较佳实施方式的频偏估计和补偿算法的框图； 

图4表示本发明实施例的较佳实施方式的频偏估计和补偿算法的流程图； 

图5表示本发明实施例提供的一种频偏估计装置的结构框图。 

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明实施例进行详细描述。 

图2表示本发明实施例提供的一种频偏估计方法的步骤流程图，参照图2，本发明实施例提供一种频偏估计方法，用于光接收端，包括如下步骤： 

步骤201，对经过频偏补偿和相偏补偿的帧数据在同一偏振态内对应的I路和Q路软数据分别进行硬判决，得到I路和Q路比特数据，所述频偏补偿基于频偏估计值进行； 

步骤202，对I路和Q路比特数据、和用于对所述第一帧数据进行帧同步的预存帧头分别进行差分解码，得到差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头； 

步骤203，根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，判断差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别是否发生反转，获取判断结果； 

步骤204，根据所述判断结果，确定所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量； 

步骤205，将所述相位偏移量作为频偏模糊值对所述频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值。 

可见，通过差分解码的方式来判断同一偏振态内不同路比特数据中帧头的反转情况，据此确定帧数据对应的相位偏移量，将其作为频偏模糊值对频偏估计值进行修正，从而不需要增加光传输负荷就能实现频偏估计值的修正。 

其中，所述光接收端在DWDM高速光传输系统中。 

本发明实施例中，所述根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，判断差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别是否发生反转，获取判断结果可以包括： 

根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，检测差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头； 

分别判断差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头是否发生反转，获取所述判断结果。 

其中，对于差分解码后的I路和Q路比特数据中的任一路比特数据，所述根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，检测差分解码后的I路和 Q路比特数据各自中的帧头的步骤中，所述任一路比特数据中的帧头可以通过如下方式检测得到： 

根据差分解码后的预存帧头，对所述任一路比特数据进行滑动搜索，当搜索到的帧头长度的比特数据与差分解码后的预存帧头相比，相同的比特数大于门限值或者小于所述帧头长度与所述门限值之差时，当前搜索到的帧头长度的比特数据为检测到的所述任一路比特数据中的帧头； 

所述分别判断差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头是否发生反转，获取所述判断结果的步骤中，检测到的所述任一路比特数据中的帧头与差分解码后的预存帧头相比，相同的比特数大于门限值，则可以表明所述任一路没有发生反转；相同的比特数小于帧头长度与门限值之差，则可以表明所述任一路发生反转。 

本发明实施例中，所述根据所述判断结果，确定所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量的步骤中，可以有： 

差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别发生反转和没有发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为pi/2； 

差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别没有发生反转和发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为-pi/2； 

差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头均发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为pi。 

其中，pi即圆周率。 

本发明实施例中，所述频偏估计值可以为根据四次方估计算法或扫频估计算法对所述帧数据在所述频偏补偿前对应的数据进行频偏估计得到。 

本发明实施例中，所述修正后的频偏估计值可以用于对所述光接收端的本振激光器进行反馈控制。 

本发明实施例中，还可以包括： 

根据所述频偏模糊值对I路和Q路软数据分别进行频偏模糊补偿后输出。 

<较佳实施方式> 

为将本发明实施例阐述得更加清楚明白，下面提供本发明实施例的较佳实施方式。 

本较佳实施方式提供一种应用在DWDM高速光传输系统中的频偏估计和补偿的方法和装置，涉及在DWDM高速光传输系统中，通过对帧头状态的监测的方式，达到对频偏模糊量的判断和估计的方法，相比四次方频偏估计算法或者扫频算法，可以扩大频偏估计补偿的范围，频偏估计的精度也没有损失，增加的运算量和逻辑量很少，而且便于ASIC实现。 

本较佳实施方式所要解决的技术问题是：在DWDM高速光传输系统中，提供一种扩大频偏估计范围的方法，该方法对四次方估计算法或扫频计算法估计出来的频偏值进行修正，从而得到正确的频偏估计值。该方法相比传统四次方估计算法和扫频算法，其估计范围更大，精度没有损失，增加的运算量和逻辑量很少，便于ASIC实现。 

本较佳实施方式中对DWDM高速光传输系统的相干接收机解调算法中，提供一种扩大频偏估计范围的方法，包括以下主要步骤：对相位恢复后的软数据进行硬判决，得到硬数据；对硬数据进行差分解码，以消除绝对的相位偏差，存在频偏模糊的输入数据经过差分解码后，偏转相位是固定的；对差分解码后的数据与差分解码后的预存的帧头序列进行滑动相关，找到帧头位置；监测帧头的状态，观察同一个偏振态内I和Q两路信号的反转状态，以此判断频偏的真实值是否超出了前级频偏估计补偿模块的无模糊补偿范围；若超出频偏补偿范围则对频偏估计值进行修正，同时对当前的帧数据进行相应补偿，保证数据流正常。 

经过实验分析和比较，采用本较佳实施方式提出的方法，频偏估计范围可以扩大很多倍，频偏估计精度没有损失，增加的运算量和逻辑量很少，便于ASIC实现。 

本较佳实施方式中的装置，包括：频偏估计单元，硬判决单元，差分解码单元，帧头滑动监测单元，帧头状态判断单元、频偏补偿单元和频偏估计值修正单元。 

本较佳实施方式提供了DWDM高速光传输系统中，一种扩大频偏估计范围的方法，频偏估计范围可以扩大很多倍，频偏估计精度没有损失，增加的运算量和逻辑量很少，便于ASIC实现。 

算法原理： 

由于四次方估计算法和扫频估计算法具有周期性，即超出[-fs/8,+fs/8]范围的频偏值都会归算到[-fs/8,+fs/8]内。 

假设频偏真实值为f，且f的范围满足(n+1)*(+fs/8)＞f＞(n-1)*(+fs/8)（或(n+1)*(-fs/8)＜f＜(n-1)*(-fs/8)），n=2,4,6...，则频偏模块估计值fe＝f-n*(+fs/8)（或fe＝f+n*(+fs/8)），频偏补偿值fc＝-fe，即-f+n*(+fs/8)(或-f-n*(+fs/8))，与实际需要补偿的频偏值-f相差了fs/8的偶数倍（该偶数可以为正数也可以为负数），这一现象称作频偏模糊。 

数据流上的频偏补偿公式：Am＝Am*exp(j*m*fc)，m=0，1，2...。将fc的表达式代入，Am＝Am*exp(j*m*(-f+n*(+fs/8)))（或Am＝Am*exp(j*m*(-f-n*(+fs/8)))）。用fc补偿的结果比用-f补偿的结果多旋转了exp(j*m*n*(fs/8))（或exp(j*m*(-n*(+fs/8)))）。把fs/8换算到角度就是pi/4，即Am多补偿了exp(j*m*n*(pi/4))（或exp(j*m*(-n*(+pi/4)))）。 

差分解码后Bm＝B*exp(j*(m*(-f+n*(+fs/8)))-((m-1)*(-f+n*(+fs/8))))＝B*exp(j*(-f+n*(pi/4)))（或B*exp(j*(-f-n*(pi/4)))），差分解码后的数据相比真实值旋转了pi/4的偶数倍，也就是pi/2的整数倍的一个固定相位。这个固定相位会造成I路或Q路反相，通过帧同步模块可以检测出来，并通过检测的结果判断频偏角度值，用该角度值补偿数据流里面旋转的角度，即可把频偏补偿回来，得到正常的数据流。同时将该角度值发送给频偏补偿值修正模块，用来修正四次方估计算法或者扫频估计算法得到的精确频偏值，并用修正后的频偏值来补偿本振激光器与发端激光器产生的频偏。 

下面给出本较佳实施方式的具体实例： 

如图1所示，光发送端激光器发射光经过PBS分束器分为两束偏转光，这两束偏振光分别经过与电信号的正交调制，得到两组正交信号经过PBC合束器，得到偏振复用的光信号，经过信道到达光接收端；相干接收机接收到发端信号后，经过PBS光分束器将两路偏振光信号分开，并分别与本振激光器发射的光信号进行解调，经光电转换，ADC采集，得到数字信号，并进行数字信号处理。 

信号进入到DSP中，经过粗均衡，估计色散值，并进行色散补偿；对消除色散后的数据进行时钟恢复和插值滤波等处理，计算时钟鉴相值反馈给 ADC，并使得采集得到的信号恢复到理想的采样点上；通过盲均衡以便消除残余的色散和偏振模色散，并将两个偏振态进行偏振解复用，即将X和Y偏振态进行分离；由于本振激光器和发端激光器存在频偏，激光器本身存在线宽等因素，需要对数据进行频偏估计和相位估计的处理，频偏补偿消除频偏，相偏补偿消除相偏；经过相偏补偿的数据已经可以正常得恢复出星座点，将经过相偏后的数据送入帧同步子系统进行同步处理。 

在帧同步子系统中，对获取的软数据流进行硬判，并做差分解码，与预存的帧头序列进行滑动相关，滑动搜索到帧头的位置，并检测帧头的状态；进行频偏模糊补偿及其他操作。 

因为随着激光器的老化，频偏范围会变大，超过[-pi/4,pi/4]的范围，此时四次方估计算法和扫频算法只能估计[-pi/4,pi/4]以内的频偏，因此利用帧头检测的状态对pi/2的整数倍频偏进行估计和补偿。 

本较佳实施方式中，DWDM高速光传输系统的相干接收机解调算法中，频偏估计和补偿算法的框图如图3所示：频偏估计得到频偏补偿值，送入频偏补偿值修正模块，这一步骤的频偏补偿对大于[-fs/8,+fs/8]范围的频偏会出现频偏模糊（见算法原理）；帧同步子系统获取软数据流，经过硬判决，差分解码；差分解码后数据已经不存在频偏模糊信息，而整体数据的相位变化体现了频偏模糊的值，通过对这个相位变化的计算来确定频偏模糊的值；[-pi/4,pi/4]以内的频偏值在频偏估计模块中已经被补偿掉，所以在帧同步子系统中频偏模糊的值都为pi/2的整数倍，在一个偏振态内，有I和Q两路信号，经过差分解码后，整体相位为一个固定的偏移量，可以通过偏振态的偏转来判断这个相位偏移值，如果I路被反转，Q路不变，则为pi/2，如果Q路被反转，I路不变，则为pi/2，如果I和Q两路都不变，则为0，如果I和Q两路都反转，则为pi，那么由此判断得到的相位偏移量就是送入帧同步子系统的软数据流的频偏模糊值，X和Y偏振态计算频偏模糊的方式同理；用计算得到的频偏模糊补偿数据流，同时将频偏模糊补偿值送到频偏补偿值修正模块，修正频偏估计模块计算得到的频偏补偿值；用修正后的频偏值来控制本振激光器。 

频偏模糊估计和补偿算法的实现流程图如图4所示，此处只对频偏模糊的估计和补偿做说明，具体实施时包括下列步骤： 

步骤401，硬判决。 

帧同步子系统从相偏输出端获取两个偏振态的软数据流，每个偏振态分别有I和Q两路数据，对软数据进行硬判决，得到二进制的比特（bit）流。 

步骤402，差分解码。 

对一个偏振态内两路bit流进行差分解码（DQPSK,differential quadrature phase shift keying），解码前的bit流存在频偏模糊，而解码后的bit流，由于是差分的形式，所以不存在频偏模糊，但是有一个pi/2的整数倍的相位；对于本地的预存的帧头也进行差分解码。 

步骤403，滑动搜索帧头。 

对帧头解码后的bit流与数据解码后的bit流进行滑动搜索，每次滑动一个bit，比较两个bit流有多少相同，设置帧头长度为M，门限为A，如果相同的bit数大于A或者小于M-A，则表示查找到了帧头，否则一直查找，直到找到帧头，否则退出频偏模糊估计补偿。 

步骤404，监测I和Q两路的帧头状态。 

找到帧头后，记录帧头的位置，并检测帧头的状态，如果相同的bit数大于A，则这一路没有反转，如果相同的bit数小于M-A，则表示这一路有反转。 

步骤405，判断频偏模糊的值。 

如果I路反转、Q路不反转，则频偏模糊值为pi/2；如果I路不反转、Q路反转，则频偏模糊的值为-pi/2；如果I路和Q路都反转，则频偏模糊值为pi；如果I路和Q路两路都不反转，则频偏模糊的值为0。 

步骤406，利用得到的频偏模糊的值对软数据进行补偿，并对频偏估计的值进行修正，用修正后的值来反馈控制本振激光器。 

本较佳实施方式中一种应用在DWDM高速光传输系统中，以对帧头状态的监测的方式对四次方算法或扫频算法补偿后的频偏模糊进行频偏估计和消除的较优化的方法，通过在帧同步子系统中增加对帧头状态的监测和判断的功能，可实现频偏模糊的估计补偿，非常易于ASIC硬件实现。 

图5表示本发明实施例提供的一种频偏估计装置的结构框图，参照图5，本发明实施例还提供一种频偏估计装置，用于光接收端，包括： 

硬判决单元，用于对经过频偏补偿和相偏补偿的帧数据在同一偏振态内对 应的I路和Q路软数据分别进行硬判决，得到I路和Q路比特数据，所述频偏补偿基于频偏估计值进行； 

差分解码单元，与所述硬判决单元连接，用于对I路和Q路比特数据、和用于对所述第一帧数据进行帧同步的预存帧头分别进行差分解码，得到差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头； 

帧头状态判断单元，与所述差分解码单元连接，用于根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，判断差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别是否发生反转，获取判断结果； 

相位偏移量确定单元，与所述帧头状态判断单元连接，用于根据所述判断结果，确定所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量； 

频偏估计值修正单元，与所述相位偏移量确定单元连接，用于将所述相位偏移量作为频偏估计模糊度对所述频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值。 

可见，通过差分解码的方式来判断同一偏振态内不同路比特数据中帧头的反转情况，据此确定帧数据对应的相位偏移量，将其作为频偏模糊值对频偏估计值进行修正，从而不需要增加光传输负荷就能实现频偏估计值的修正。 

本发明实施例中，所述帧头状态判断单元可以包括： 

帧头检测子单元，与所述差分解码单元连接，用于根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，检测差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头； 

帧头状态判断子单元，与所述帧头检测子单元连接，用于分别判断差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头是否发生反转，获取所述判断结果。 

其中，对于差分解码后的I路和Q路比特数据中的任一路比特数据，所述帧头检测子单元中，所述任一路比特数据中的帧头通过如下方式检测得到： 

根据差分解码后的预存帧头，对所述任一路比特数据进行滑动搜索，当搜索到的帧头长度的比特数据与差分解码后的预存帧头相比，相同的比特数大于门限值或者小于所述帧头长度与所述门限值之差时，当前搜索到的帧头长度的比特数据为检测到的所述任一路比特数据中的帧头； 

所述帧头状态判断子单元中，检测到的所述任一路比特数据中的帧头与差 分解码后的预存帧头相比，相同的比特数大于门限值，则表明所述任一路没有发生反转；相同的比特数小于帧头长度与门限值之差，则表明所述任一路发生反转。 

本发明实施例中，所述相位偏移量确定单元中，差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别发生反转和没有发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为pi/2； 

差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别没有发生反转和发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为-pi/2； 

差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头均发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为pi。 

本发明实施例还提供一种帧同步子系统，该系统用于DWDM高速光传输系统的光接收端，包括以上所述的频偏估计装置，还包括： 

接收单元，与所述光接收端中的数据信号处理器DSP和所述硬判决单元连接，用于从所述DSP接收经过频偏补偿和相偏补偿的帧数据； 

输出单元，用于将修正后的频偏估计值输出。 

该系统中，对接收的数据进行硬判决，并与预存帧头序列进行滑动相关，找到帧头序列，判断帧头状态，推断频偏模糊值，并对接收数据进行频偏模糊补偿，同时输出频偏模糊值。 

以上所述仅是本发明实施例的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明实施例的保护范围。 

Claims (12)

1.一种频偏估计方法，用于光接收端，其特征在于，包括：

对经过频偏补偿和相偏补偿的帧数据在同一偏振态内对应的I路和Q路软数据分别进行硬判决，得到I路和Q路比特数据，所述频偏补偿基于频偏估计值进行；

对I路和Q路比特数据、和用于对所述第一帧数据进行帧同步的预存帧头分别进行差分解码，得到差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头；

根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，判断差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别是否发生反转，获取判断结果；

根据所述判断结果，确定所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量；

将所述相位偏移量作为频偏模糊值对所述频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，判断差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别是否发生反转，获取判断结果包括：

根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，检测差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头；

分别判断差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头是否发生反转，获取所述判断结果。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于差分解码后的I路和Q路比特数据中的任一路比特数据，所述根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，检测差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头的步骤中，所述任一路比特数据中的帧头通过如下方式检测得到：

根据差分解码后的预存帧头，对所述任一路比特数据进行滑动搜索，当搜索到的帧头长度的比特数据与差分解码后的预存帧头相比，相同的比特数大于门限值或者小于所述帧头长度与所述门限值之差时，当前搜索到的帧头长度的比特数据为检测到的所述任一路比特数据中的帧头；

所述分别判断差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头是否发生反转，获取所述判断结果的步骤中，检测到的所述任一路比特数据中的帧头与差分解码后的预存帧头相比，相同的比特数大于门限值，则表明所述任一路没有发生反转；相同的比特数小于帧头长度与门限值之差，则表明所述任一路发生反转。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述判断结果，确定所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量的步骤中，差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别发生反转和没有发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为pi/2；

差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别没有发生反转和发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为-pi/2；

差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头均发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为pi。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频偏估计值为根据四次方估计算法或扫频估计算法对所述帧数据在所述频偏补偿前对应的数据进行频偏估计得到。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修正后的频偏估计值用于对所述光接收端的本振激光器进行反馈控制。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述频偏模糊值对I路和Q路软数据分别进行频偏模糊补偿后输出。

8.一种频偏估计装置，用于光接收端，其特征在于，包括：

硬判决单元，用于对经过频偏补偿和相偏补偿的帧数据在同一偏振态内对应的I路和Q路软数据分别进行硬判决，得到I路和Q路比特数据，所述频偏补偿基于频偏估计值进行；

差分解码单元，与所述硬判决单元连接，用于对I路和Q路比特数据、和用于对所述第一帧数据进行帧同步的预存帧头分别进行差分解码，得到差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头；

帧头状态判断单元，与所述差分解码单元连接，用于根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，判断差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别是否发生反转，获取判断结果；

相位偏移量确定单元，与所述帧头状态判断单元连接，用于根据所述判断结果，确定所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量；

频偏估计值修正单元，与所述相位偏移量确定单元连接，用于将所述相位偏移量作为频偏估计模糊度对所述频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述帧头状态判断单元包括：

帧头检测子单元，与所述差分解码单元连接，用于根据差分解码后的I路和Q路比特数据和预存帧头，检测差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头；

帧头状态判断子单元，与所述帧头检测子单元连接，用于分别判断差分解码后的I路和Q路比特数据各自中的帧头是否发生反转，获取所述判断结果。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，对于差分解码后的I路和Q路比特数据中的任一路比特数据，所述帧头检测子单元中，所述任一路比特数据中的帧头通过如下方式检测得到：

根据差分解码后的预存帧头，对所述任一路比特数据进行滑动搜索，当搜索到的帧头长度的比特数据与差分解码后的预存帧头相比，相同的比特数大于门限值或者小于所述帧头长度与所述门限值之差时，当前搜索到的帧头长度的比特数据为检测到的所述任一路比特数据中的帧头；

所述帧头状态判断子单元中，检测到的所述任一路比特数据中的帧头与差分解码后的预存帧头相比，相同的比特数大于门限值，则表明所述任一路没有发生反转；相同的比特数小于帧头长度与门限值之差，则表明所述任一路发生反转。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述相位偏移量确定单元中，差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别发生反转和没有发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为pi/2；

差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头分别没有发生反转和发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为-pi/2；

差分解码后的I路和Q路比特数据中的帧头均发生反转时，所述帧数据在所述同一偏振态内对应的相位偏移量为pi。

12.一种帧同步子系统，用于DWDM高速光传输系统的光接收端，其特征在于，包括如权利要求8至11中任一权利要求所述的频偏估计装置，还包括：

接收单元，与所述光接收端中的数据信号处理器DSP和所述硬判决单元连接，用于从所述DSP接收经过频偏补偿和相偏补偿的帧数据；

输出单元，用于将修正后的频偏估计值输出。