CN105763265A - 一种相干光接收装置中的载波相位估计方法 - Google Patents

Abstract

一种相干光接收装置中的载波相位估计方法，包括：将接收到的32QAM信号按照信号的幅度或功率分类，即按信号的幅度或功率从大到小依次分为R1、R2、R3、R4和R5共5类信号点；将R2类信号点旋转45度，再从R1、R2、R3、R4和R5类信号点中选出作为进行相位估计的信号点；对作为进行相位估计的信号点利用维特比相位估计方法进行相位估计，从而得到所述信号点所对应的信号的相位估计结果。本发明将可用于相位估计的32QAM符号从原来的25％提升到了75％，大大加强了相位估计算法容忍相位噪声的能力，即大大提升了相位估计性能。同时，本发明方法的计算流程可以与现有的处理流程很好的兼容，不需要对现有处理流程作出巨大的改变。

Description

一种相干光接收装置中的载波相位估计方法

技术领域

本发明涉及一种载波相位估计方法。特别是涉及一种相干光接收装置中的载波相位估计方法。

背景技术

随着光通信技术的不断发展，高速相干光通信因其具有较高的灵敏度和频谱利用率受到人们的广泛关注。一般而言，在相干光接收端中的数字处理算法中包括以下几个模块：定时恢复、色散补偿、信道均衡、频偏估计和相位估计等，其中相位估计是其中的一个重要的部分。

对于32阶正交幅度调制信号(QAM，quadratureamplitudemodulation)而言，现有技术是通过信号的幅度或功率将32QAM符号序列中信号相位为的符号选择出来，这种方法称为QPSK分圈法，筛选出的信号如图2中实心点所示，可以表示为

其中A_k表示第k个符号的幅度，表示第k个信号相位，表示相位噪声，N_k表示加性噪声，其余符号全部置0。

将S(k)进行4次方后，简化加性噪声的表示得到

由于仅仅有的符号被选择出来，4次方后为常量，所以不会影响相位噪声的估计结果。

将4次方后的信号乘以-1，归一化后，取数据序列均值以平滑加性噪声，最后取角度可得到相位估计的结果为

其中N为数据序列的长度。最后对求得的相位进行解绕处理，得到最终相位估计结果。

通过上述处理过程可知，利用现有技术的相位估计方法对于32QAM调制格式而言，可以利用的符号数较少，只有25％的符号可以使用，如此必须用较长的数据序列来进行估计，以保证数据序列中有可用的符号。那么，较长的数据序列不利于对快速相位变化的追踪，使得算法性能很差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够大大加强相位估计算法容忍相位噪声能力的相干光接收装置中的载波相位估计方法。

本发明所采用的技术方案：一种相干光接收装置中的载波相位估计方法，包括如下步骤：

1)将接收到的32QAM信号按照信号的幅度或功率分类，即按信号的幅度或功率从大到小依次分为R1、R2、R3、R4和R5共5类信号点；

2)将R2类信号点旋转45度，再从R1、R2、R3、R4和R5类信号点中选出作为进行相位估计的信号点；

3)对作为进行相位估计的信号点利用维特比相位估计方法进行相位估计，从而得到所述信号点所对应的信号的相位估计结果。

步骤1)所述的将接收到的32QAM信号按照信号的幅度或功率分类，是将接收到的32QAM信号根据幅度或功率大小与32QAM星座图上按幅度大小划分的5个信号圈相比，当将接收到的32QAM信号位于32QAM星座图上的一个圈上或者相对于32QAM星座图上其它4个圈更接近于这个圈的信号点划分到同一类，根据幅度或功率从大到小依次划分为R1、R2、R3、R4和R5类信号点。

步骤2)包括：在根据幅度或功率大小分类的R1、R2、R3、R4和R5类信号点中，将R2类信号点乘以旋转因子e^jπ/4，使R2类信号点旋转45度；将R1、R3、R5和旋转45度后的R2类信号点用于进行相位估计的信号点，将R4类信号点设置为0。

步骤3)包括：将所述R1、R3、R5和旋转45度后的R2类信号点进行4次方处理，然后对处理的幅度进行归一化；对4次方处理并归一化的信号进行均值滤波；对均值滤波之后的信号取相位，并对得到的相位进行解绕处理，然后除以4，最后得到相位估计结果。

本发明的一种相干光接收装置中的载波相位估计方法，将可用于相位估计的32QAM符号从原来的25％提升到了75％，大大加强了相位估计算法容忍相位噪声的能力。同时，本发明方法的计算流程可以与现有的处理流程很好的兼容，不需要对现有处理流程作出巨大的改变。从计算复杂度来说，唯一需要多出的计算量是将R2类符号乘以旋转因子，所以说增加的运算量并没有明显的提升，不会在现有技术上对硬件造成过多的负担，而相位估计性能的提升却是十分明显的。

附图说明

图1为本发明相干光接收装置中的载波相位估计方法的流程图；

图2为现有技术32QAM信号分类图；

图3为本发明32QAM信号分类图；

图4为本发明与现有技术对相位噪声容忍度的仿真结果图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种相干光接收装置中的载波相位估计方法做出详细说明。

如图1所示，本发明的一种相干光接收装置中的载波相位估计方法，包括如下步骤：

1)将接收到的32QAM信号按照信号的幅度或功率分类，即按信号的幅度或功率从大到小依次分为R1、R2、R3、R4和R5共5类信号点；

如图2所示，由于32QAM信号共有5个幅度，即按幅度大小划分的5个信号圈，将接收到的32QAM信号按照信号的幅度或功率分类，就是将接收到的32QAM信号根据幅度或功率大小与32QAM星座图上的5个信号圈对比，当将接收到的32QAM信号位于32QAM星座图上的一个圈上或者相对于32QAM星座图上其它4个圈更接近于这个圈的信号点，都划分到同一类，根据幅度或功率从大到小依次划分为R1、R2、R3、R4和R5类信号点。

2)将R2类信号点旋转45度，再从R1、R2、R3、R4和R5类信号点中选出作为进行相位估计的信号点；包括：

在根据幅度或功率大小分类的R1、R2、R3、R4和R5类信号点中，将R2类信号点乘以旋转因子e^jπ/4，使R2类信号点旋转45度；如图3所示，将R1、R3、R5和旋转45度后的R2类信号点用于进行相位估计的信号点，将R4类信号点设置为0。

3)对作为进行相位估计的信号点利用维特比相位估计方法进行相位估计，从而得到所述信号点所对应的信号的相位估计结果。包括：

将所述R1、R3、R5和旋转45度后的R2类信号点进行4次方处理，然后对处理的幅度进行归一化；对4次方处理并归一化的信号进行均值滤波；对均值滤波之后的信号取相位，并对得到的相位进行解绕处理，然后除以4，最后得到相位估计结果。

其中进行解绕处理是为了消除相位周跳的影响，根据相位变化的连续性，设定前后相邻两个输入信号点相位θ₁和θ₂间隔跨越π/2，由于相位变化的连续性，θ₁和θ₂相差值应该很小，因此根据前后相位的差别来判断是否在他们之间出现了相位跳变，设Δθ＝θ₂-θ₁，则根据θ₁得到新的θ′₂

${\mathrm{\&theta;}}_2^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&theta;}}_2-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}& \mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&theta;}>\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}\\ 0& -\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}\&le;\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&theta;}\&le;\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}\\ {\mathrm{\&theta;}}_2+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}& \mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&theta;}<-\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}\end{array}\right.---\left(4\right)$

图4所示的是本发明所提出的算法与现有技术QPSK分圈法对相位噪声容忍度对比的仿真结果。仿真使用了1,000,000个32QAM调制符号来计算误码率，考虑到目前最先进的前向纠错技术，将目标误码率(BER，biterrorrate)设为10^-2。仿真比较了在误码率为10^-2时在不同激光器线宽Δv与符号周期T_s乘积下所需要的性噪比(SNR，signal-to-noiseratio)。从图中可以看到，在1dB性噪比代价下，本发明提出的相位估计方法比现有技术QPSK分圈方法提升了约85％。

本发明的一种相干光接收装置中的载波相位估计方法，将可用于相位估计的32QAM符号从原来的25％提升到了75％，大大加强了相位估计算法容忍相位噪声的能力。同时，与现有技术相比，本发明提出的方法的计算流程可以与现有技术很好的兼容，不需要对现有处理流程作出巨大的改变。从计算复杂度来说，唯一需要多出的计算量是将R2类符号乘以旋转因子，所以说增加的运算量并没有明显的提升，不会在现有技术上对硬件造成过多的负担，而相位估计性能的提升却是十分明显的。

Claims (4)

1.一种相干光接收装置中的载波相位估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将接收到的32QAM信号按照信号的幅度或功率分类，即按信号的幅度或功率从大到小依次分为R1、R2、R3、R4和R5共5类信号点；

2)将R2类信号点旋转45度，再从R1、R2、R3、R4和R5类信号点中选出作为进行相位估计的信号点；

3)对作为进行相位估计的信号点利用维特比相位估计方法进行相位估计，从而得到所述信号点所对应的信号的相位估计结果。

2.根据权利要求1所述的一种相干光接收装置中的载波相位估计方法，其特征在于，步骤1)所述的将接收到的32QAM信号按照信号的幅度或功率分类，是将接收到的32QAM信号根据幅度或功率大小与32QAM星座图上按幅度大小划分的5个信号圈相比，当将接收到的32QAM信号位于32QAM星座图上的一个圈上或者相对于32QAM星座图上其它4个圈更接近于这个圈的信号点划分到同一类，根据幅度或功率从大到小依次划分为R1、R2、R3、R4和R5类信号点。

3.根据权利要求1所述的一种相干光接收装置中的载波相位估计方法，其特征在于，步骤2)包括：在根据幅度或功率大小分类的R1、R2、R3、R4和R5类信号点中，将R2类信号点乘以旋转因子e^jπ/4，使R2类信号点旋转45度；将R1、R3、R5和旋转45度后的R2类信号点用于进行相位估计的信号点，将R4类信号点设置为0。

4.根据权利要求1所述的一种相干光接收装置中的载波相位估计方法，其特征在于，步骤3)包括：将所述R1、R3、R5和旋转45度后的R2类信号点进行4次方处理，然后对处理的幅度进行归一化；对4次方处理并归一化的信号进行均值滤波；对均值滤波之后的信号取相位，并对得到的相位进行解绕处理，然后除以4，最后得到相位估计结果。