CN106130546A - 一种相位检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种相位检测方法和装置，应用于时钟恢复领域，其中,所述相位检测方法包括：获取数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同；当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差。本发明实施例通过消除所述数字信号内的两个相邻信号的相位干扰，针对同相相邻信号提出定时误差计算方法，解决了传统时钟恢复算法在两个相邻信号同相时失效的问题。

Description

一种相位检测方法和装置

技术领域

本发明涉及时钟恢复领域，特别涉及一种相位检测方法和装置。

背景技术

当前，随着互联网的快速发展，人们对网络传输速度的要求越来越高，从而引发了各种各样的致力于低成本、高速率的光纤传输系统的研究与开发。在诸多新型高速光传输技术中，相干光传输技术保留了信号的幅度和相位信息，极大的提高了光接收机接收灵敏度，同时可结合偏振复用和多进制调制技术有效降低系统传输的信号速率，提高频谱利用率，增大了对光谱偏移的容忍。

在相干光通信系统中，同步是进行信息传输的前提。在发送端的信号传输到接收端的过程中，往往会发生信号畸变，同时，由于发送端和接收端激光器的线宽也会导致信号相位的偏移，除此之外，在信号进行混频等处理的时候，也会引入相位噪声。如果不在接收信号时作任何处理，就无法得到发送端发送的原始信号。在实际的接收机中，为了保证信息能够可靠传输，通常需要进行时钟恢复。

但是，现有的传统时钟恢复算法在恢复时钟过程中，对同相相邻信号不灵敏，当相邻信号同相时，传统定时时钟恢复算法便会失效。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种相位检测方法和装置，解决传统时钟恢复算法在两个相邻信号同相时失效的问题。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种相位检测方法，包括：

获取数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同；

当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述同相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[(y_{k-1/2}^{*}+y_{k-1}^{*})(y_{k-1/2}+y_k)(y_k{y}_k^{*}-y_{k-1}{y}_{k-1}^{*})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]>0\end{array}$

其中，为相邻信号同相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

较优地，在所述获取数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同之后，所述相位检测方法，还包括：

当所述两个相邻信号相位相反时，将所述两个相邻信号的相位进行相加，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过反相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述反相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[y_{k-1/2}^{*}(y_k-y_{k-1})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]\≤0\end{array}$

其中，为相邻信号反相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种相位检测方法，包括：

获取模拟信号，将所述模拟信号进行模数转换，得到转换后的数字信号；

获取所述转换后的数字信号，并对所述转换后的数字信号进行插值运算，得到所述数字信号；

获取所述数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同；

当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述同相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[(y_{k-1/2}^{*}+y_{k-1}^{*})(y_{k-1/2}+y_k)(y_k{y}_k^{*}-y_{k-1}{y}_{k-1}^{*})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]>0\end{array}$

其中，为相邻信号同相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

较优地，在所述获取数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同之后，所述相位检测方法还包括：

当所述两个相邻信号相位相反时，将所述两个相邻信号的相位进行相加，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过反相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述反相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[y_{k-1/2}^{*}(y_k-y_{k-1})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]\≤0\end{array}$

其中，为相邻信号反相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种相位检测方法，包括：

获取模拟信号，将所述模拟信号进行模数转换，得到转换后的数字信号；

获取所述转换后的数字信号，并对所述转换后的数字信号进行插值运算，得到插值运算后的数字信号；

对所述插值运算后的数字信号进行色度色散补偿，输出补偿后的数字信号；

对所述补偿后的数字信号进行偏振解复用，得到所述数字信号；

获取所述数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同；

当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述同相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[(y_{k-1/2}^{*}+y_{k-1}^{*})(y_{k-1/2}+y_k)(y_k{y}_k^{*}-y_{k-1}{y}_{k-1}^{*})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]>0\end{array}$

其中，为相邻信号同相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

较优地，在所述获取所述数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同之后，所述相位检测方法，还包括：

当所述两个相邻信号相位相反时，将所述两个相邻信号的相位进行相加，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过反相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述反相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[y_{k-1/2}^{*}(y_k-y_{k-1})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]\≤0\end{array}$

其中，为相邻信号反相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

较优地，所述输出所述定时误差之后，所述相位检测方法，还包括：

去除所述定时误差的高频噪声，并输出去除高频噪声后的定时误差；

接收所述去除误差高频噪声后的定时误差，并产生内插基点和分数间隔。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种相位检测装置，包括：

符号检测模块，用于获取数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同；

同相相位修整模块，用于当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

计算模块，用于获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述同相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[(y_{k-1/2}^{*}+y_{k-1}^{*})(y_{k-1/2}+y_k)(y_k{y}_k^{*}-y_{k-1}{y}_{k-1}^{*})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]>0\end{array}$

其中，为相邻信号同相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

较优地，所述相位检测装置，还包括：

反相相位修整模块，用于当所述两个相邻信号相位相反时，将所述两个相邻信号的相位进行相加，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

所述计算模块，还用于获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过反相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述反相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[y_{k-1/2}^{*}(y_k-y_{k-1})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]\≤0\end{array}$

其中，为相邻信号反相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种相位检测装置，包括：

模数转换模块，用于获取模拟信号，将所述模拟信号进行模数转换，得到转换后的数字信号，并将所述转换后的数字信号发送给内插滤波模块；

所述内插滤波模块，用于获取所述转换后的数字信号，并对所述转换后的数字信号进行插值运算，得到所述数字信号；

符号检测模块，用于获取所述数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同；

同相相位修整模块，用于当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

计算模块，用于获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述同相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[(y_{k-1/2}^{*}+y_{k-1}^{*})(y_{k-1/2}+y_k)(y_k{y}_k^{*}-y_{k-1}{y}_{k-1}^{*})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]>0\end{array}$

其中，为相邻信号同相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

较优地，所述相位检测装置，还包括：

反相相位修整模块，用于当所述两个相邻信号相位相反时，将所述两个相邻信号的相位进行相加，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

所述计算模块，还用于获取所述消除相位干扰后的数字信号，使用反相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述反相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[y_{k-1/2}^{*}(y_k-y_{k-1})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]\≤0\end{array}$

其中，为相邻信号反相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种相位检测装置，包括：

模数转换模块，用于获取模拟信号，将所述模拟信号进行模数转换，得到转换后的数字信号，并将所述转换后的数字信号发送给内插滤波模块；

所述内插滤波模块，用于获取所述转换后的数字信号，并对所述转换后的数字信号进行插值运算，得到插值运算后的数字信号；

色度色散补偿模块，用于获取所述插值运算后的数字信号，并对所述插值运算后的数字信号进行色度色散补偿，输出补偿后的数字信号；

偏振均衡模块，用于获取所述补偿后的数字信号，并对所述补偿后的数字信号进行偏振解复用，得到所述数字信号；

符号检测模块，用于获取所述数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同；

同相相位修整模块，用于当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

计算模块，用于获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述同相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[(y_{k-1/2}^{*}+y_{k-1}^{*})(y_{k-1/2}+y_k)(y_k{y}_k^{*}-y_{k-1}{y}_{k-1}^{*})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]>0\end{array}$

其中，为相邻信号同相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

较优地，所述相位检测装置还包括：

反相相位修整模块，用于当所述两个相邻信号相位相反时，将所述两个相邻信号的相位进行相加，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

所述计算模块，还用于获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过反相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述反相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[y_{k-1/2}^{*}(y_k-y_{k-1})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]\≤0\end{array}$

其中，为相邻信号反相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

较优地，所述相位检测装置还包括：

环路滤波模块，用于去除所述定时误差的高频噪声，并输出去除高频噪声后的定时误差；

数字控制模块，用于接收所述去除误差高频噪声后的定时误差，并产生内插基点和分数间隔。

由上述的技术方案可见，本发明实施例通过消除所述数字信号内的两个相邻信号的相位干扰，针对同相相邻信号提出定时误差计算方法，解决了传统时钟恢复算法在两个相邻信号同相时失效的问题，减小时钟恢复算法对滚降因子的敏感度，降低了误码率，提高了系统的定时灵敏度。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的相位检测方法的一种流程图；

图2为本发明实施例的相位检测方法应用于时钟恢复方法的一种流程图；

图3为本发明实施例的相位检测方法应用于时钟恢复方法的另一种流程图；

图4为本发明实施例的相位检测装置的一种结构框图；

图5为本发明实施例的相位检测装置应用于时钟恢复系统的一种结构框图；

图6为本发明实施例的相位检测装置应用于时钟恢复系统的另一种结构框图；

图7为现有技术的经过100km的光纤后接收端的星座图；

图8为现有技术中时钟恢复系统增加色度色散补偿模块和偏振均衡模块后的星座图；

图9为本发明实施例的相位检测装置应用于时钟恢复系统的星座图；

图10为本发明实施例的相位检测方法的定时检测算法与传统gardner算法仿真对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1为本发明实施例的相位检测方法的一种流程图，包括：

S100：获取数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同；

S110：当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

S120：获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述同相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[(y_{k-1/2}^{*}+y_{k-1}^{*})(y_{k-1/2}+y_k)(y_k{y}_k^{*}-y_{k-1}{y}_{k-1}^{*})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]>0\end{array}$

其中，为相邻信号同相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

可见，应用本发明实施例的相位检测方法，通过对两个同相相邻信号的相位进行相减，消除了所述数字信号的相位干扰，同时对同相相邻信号提出同相定时检测算法，解决了传统时钟恢复算法在相邻信号同相时传统时钟恢复算法失效的问题。

参见图2，图2为本发明实施例的相位检测方法应用于时钟恢复方法的一种流程图,包括：

S200：获取模拟信号，将所述模拟信号进行模数转换，得到转换后的数字信号；

S210：获取所述转换后的数字信号，并对所述转换后的数字信号进行插值运算，得到所述数字信号；

S220：获取所述数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同；

S230：当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

S231：获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述同相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[(y_{k-1/2}^{*}+y_{k-1}^{*})(y_{k-1/2}+y_k)(y_k{y}_k^{*}-y_{k-1}{y}_{k-1}^{*})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]>0\end{array}$

其中，为相邻信号同相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值；

S240：当所述两个相邻信号相位相反时，将所述两个相邻信号的相位进行相加，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

S241:获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过反相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述反相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[y_{k-1/2}^{*}(y_k-y_{k-1})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]\≤0\end{array}$

其中，为相邻信号反相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值；

S250：获取所述定时误差，去除所述定时误差的高频噪声，并输出去除高频噪声后的定时误差；

S260：接收所述去除误差高频噪声后的定时误差，并产生内插基点和分数间隔。

可见，本发明实施例的相位检测方法还可以消除所述数字信号内两个反相相邻信号的相位干扰，同时所述对反相相邻信号提出反相定时检测算法，提高了时钟恢复系统的定时灵敏度。

参见图3，图3为本发明实施例的相位检测方法应用于时钟恢复方法的另一种流程图，包括：

S300：获取模拟信号，将所述模拟信号进行模数转换，得到转换后的数字信号；

S310：获取所述转换后的数字信号，并对所述转换后的数字信号进行插值运算，得到插值运算后的数字信号；

S320：对所述插值运算后的数字信号进行色度色散补偿，输出补偿后的数字信号；

S330：对所述补偿后的数字信号进行偏振解复用，得到所述数字信号；

S340：获取所述数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同；

S350：当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

S351：获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述同相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[(y_{k-1/2}^{*}+y_{k-1}^{*})(y_{k-1/2}+y_k)(y_k{y}_k^{*}-y_{k-1}{y}_{k-1}^{*})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]>0\end{array}$

其中，为相邻信号同相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值；

S360：当所述两个相邻信号相位相反时，将所述两个相邻信号的相位进行相加，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

S361:获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过反相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述反相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[y_{k-1/2}^{*}(y_k-y_{k-1})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]\≤0\end{array}$

其中，为相邻信号反相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值；

S370：获取所述定时误差，去除所述定时误差的高频噪声，并输出去除高频噪声后的定时误差；

S380：接收所述去除误差高频噪声后的定时误差，并产生内插基点和分数间隔。

可见，本发明实施例的相位检测方法，能够对在信道中受到色散干扰的数字信号进行色散补偿；并且能够消除光纤传输过程中差分群时延对所述数字信号的影响；

参见图4，图4为本发明实施例的相位检测装置的一种结构框图，包括：

符号检测模块400，用于获取数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同。

同相相位修整模块410，用于当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号。

计算模块420，用于获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述同相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[(y_{k-1/2}^{*}+y_{k-1}^{*})(y_{k-1/2}+y_k)(y_k{y}_k^{*}-y_{k-1}{y}_{k-1}^{*})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]>0\end{array}$

其中，为相邻信号同相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

可见，应用本发明实施例的相位检测装置，通过对两个同相相邻信号的相位进行相减，消除了所述数字信号的相位干扰，同时对同相相邻信号提出同相定时检测算法，解决了传统时钟恢复算法在相邻信号同相时传统时钟恢复算法失效的问题，通过在计算定时误差前增加同相相位修整模块消除相位干扰，可以进一步减小方差，从而得到平滑的时钟误差。

参见图5，图5为本发明实施例的相位检测装置应用于时钟恢复系统的一种结构框图，包括：

模数转换模块500，用于获取模拟信号，将所述模拟信号进行模数转换，得到转换后的数字信号，并将所述转换后的数字信号发送给内插滤波模块510。

所述内插滤波模块510，用于获取所述转换后的数字信号，并对所述转换后的数字信号进行插值运算，得到所述数字信号。

符号判决模块400，用于获取所述数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同。

同相相位修整模块410，用于当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号。

计算模块420，用于获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述同相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[(y_{k-1/2}^{*}+y_{k-1}^{*})(y_{k-1/2}+y_k)(y_k{y}_k^{*}-y_{k-1}{y}_{k-1}^{*})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]>0\end{array}$

其中，为相邻信号同相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

反相相位修整模块520，用于当所述两个相邻信号相位相反时，将所述两个相邻信号的相位进行相加，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号。

所述计算模块420，还用于获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过反相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述反相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[y_{k-1/2}^{*}(y_k-y_{k-1})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]\≤0\end{array}$

其中，为相邻信号反相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

环路滤波模块530，用于获取所述定时误差并去除所述定时误差的高频噪声，输出去除高频噪声后的定时误差。

数字控制模块540，用于接收所述去除误差高频噪声后的定时误差，并产生内插基点和分数间隔。

所述数字控制模块540，还用于将所述内插基点和所述分数间隔发送给所述内插滤波模块510，形成时钟恢复系统。

其中，所述数字控制模块540通过以下公式产生所述内插基点m_k和所述分数间隔μ_k：

m_k＝n

${\mathrm{\μ}}_k=\frac{N\left(n\right)}{W\left(n\right)T_s}$

其中：N(n)＝[N(n-1)-W(n-1)]mod1，T_s为采样周期，n为记录控制字的个数。

可见，使用本发明实施例的相位检测装置的时钟恢复系统，使用的是反馈式的时钟恢复结构，不仅实现简单，而且对信号的采样速率要求低。

参见图6，图6为本发明实施例的相位检测装置应用于时钟恢复系统的另一种结构框图，包括：

模数转换模块500，用于获取模拟信号，将所述模拟信号进行模数转换，得到转换后的数字信号，并将所述转换后的数字信号发送给内插滤波模块510。

所述内插滤波模块510，用于获取所述转换后的数字信号，并对所述转换后的数字信号进行插值运算，得到插值运算后的数字信号。

色度色散补偿模块600，用于获取所述插值运算后的数字信号，并对所述插值运算后的数字信号进行色度色散补偿，输出补偿后的数字信号。

具体地，所述色度色散补偿模块600通过以下公式进行色度色散补偿：

y_{CDC_out}＝y_k*g_cdeq(z,t)

其中，y_{CDC_out}为信号经过所述色度色散模块进行色度色散补偿之后的信号值，y_k为当前接收信号的采样点，g_cdeq(z,t)为色散的时域冲击响应，z为色散距离，t为时间。

偏振均衡模块610，用于获取所述补偿后的数字信号，并对所述补偿后的数字信号进行偏振解复用，得到所述数字信号。

符号检测模块400，用于获取所述数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同。

同相相位修整模块410，用于当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号。

计算模块420，用于获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述同相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[(y_{k-1/2}^{*}+y_{k-1}^{*})(y_{k-1/2}+y_k)(y_k{y}_k^{*}-y_{k-1}{y}_{k-1}^{*})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]>0\end{array}$

其中，为相邻信号同相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

反相相位修整模块520，用于当所述两个相邻信号相位相反时，将所述两个相邻信号的相位进行相加，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号。

所述计算模块420，还用于获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过反相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述反相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[y_{k-1/2}^{*}(y_k-y_{k-1})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]\≤0\end{array}$

其中，为相邻信号反相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

环路滤波模块530，用于获取所述定时误差并去除所述定时误差的高频噪声，输出去除高频噪声后的定时误差。

具体地，所述环路滤波模块530为比例加积分结构，比例部分负责相位跟踪，积分部分负责频率跟踪。其中，所述环路滤波模块530通过以下公式去除高频噪声

W(n)＝W(n-1)+c₁·[τ_err(n)-τ_err(n-1)]+c₂·τ_err(n)

其中，c₁、c₂为环路滤波器系数，W(n)为环路滤波器输出的控制字，n为记录控制字的个数，τ_err为定时误差。

数字控制模块540，用于接收所述去除误差高频噪声后的定时误差，并产生内插基点和分数间隔。

具体地，如图6虚线框所示，所述数字控制模块540还包括：数控振荡模块541和分数间隔计算模块542。

其中，所述数控振荡模块541的实质，是一个寄存器，当寄存器过零点的时候，便提供一个插值指示，调整时钟的偏移，所述插值指示的出现周期即为内插滤波模块的插值周期。

可见，使用本发明实施例的相位检测装置的时钟恢复系统，既能够消除光纤信道中色度色散和偏振模式色散对时钟恢复所引起的抖动，降低信号对滚降因子的敏感度，也能够提高时钟恢复系统抗噪声的能力。

参见图7、图8、图9，图7为现有技术的经过100km的光纤后接收端的星座图；图8为现有技术中时钟恢复系统增加色度色散补偿模块和偏振均衡模块后的星座图；图9为本发明实施例的相位检测装置应用于时钟恢复系统的星座图。可以看出应用本发明实施例的相位检测装置的时钟恢复系统对光纤通道中的色度色散引起的时钟抖动起到了较好的消除作用。

参见图10，图10为本发明实施例的相位检测方法的定时检测算法与传统gardner算法(该gardner算法是由gardner提出的一种时钟误差检测算法，可运用于全数字时钟恢复电路)仿真对比图，横坐标为滚降因子，纵坐标为定时误差检测斜率K_d，所述定时误差检测斜率K_d的大小是决定同步性能好坏的关键因素之一，同时也决定了环路滤波模块参数的值；S曲线S(ε)＝E[u_k,|ε|≤1/2]，ε＝τ/T为归一化的时钟偏移，T为时间，E[·]为期望，u_k为定时误差。通过S曲线可以看出，所述定时误差检测斜率K_d的值越大，说明定时检测算法的灵敏度越高，性能越好。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种相位检测方法，其特征在于，包括：

获取数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同；

当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述同相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[(y_{k-1/2}^{*}+y_{k-1}^{*})(y_{k-1/2}+y_k)(y_k{y}_k^{*}-y_{k-1}{y}_{k-1}^{*})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]>0\end{array}$

其中，为相邻信号同相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

2.根据权利要求1所述的相位检测方法，其特征在于，在所述获取数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同之后，所述相位检测方法,还包括：

当所述两个相邻信号相位相反时，将所述两个相邻信号的相位进行相加，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过反相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述反相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[y_{k-1/2}^{*}(y_k-y_{k-1})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]\≤0\end{array}$

其中，为相邻信号反相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

3.根据权利要求1或2所述的相位检测方法，其特征在于，所述获取数字信号，包括：

获取模拟信号，将所述模拟信号进行模数转换，得到转换后的数字信号；

接收所述转换后的数字信号并对所述转换后的数字信号进行插值运算，得到所述数字信号。

4.根据权利要求1或2所述的相位检测方法，其特征在于，所述获取数字信号，包括：

获取模拟信号，将所述模拟信号进行模数转换，得到转换后的数字信号；

对所述转换后的数字信号进行插值运算，得到并输出插值运算后的数字信号；

对所述插值运算后的数字信号进行色度色散补偿，输出补偿后的数字信号；

对所述补偿后的数字信号进行偏振解复用，得到所述数字信号。

5.根据权利要求1或2所述的相位检测方法，其特征在于，所述输出所述定时误差之后，所述相位检测方法，还包括：

去除所述定时误差的高频噪声，并输出去除高频噪声后的定时误差；

接收所述去除误差高频噪声后的定时误差，并产生内插基点和分数间隔。

6.一种相位检测装置，其特征在于，包括：

符号检测模块，用于获取数字信号，并检测所述数字信号内的两个相邻信号的相位是否相同；

同相相位修整模块，用于当所述两个相邻信号相位相同时，将所述两个相邻信号的相位进行相减，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

计算模块，用于获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过同相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述同相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[(y_{k-1/2}^{*}+y_{k-1}^{*})(y_{k-1/2}+y_k)(y_k{y}_k^{*}-y_{k-1}{y}_{k-1}^{*})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]>0\end{array}$

其中，为相邻信号同相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

7.根据权利要求6所述的相位检测装置，其特征在于，所述相位检测装置，还包括：

反相相位修整模块，用于当所述两个相邻信号相位相反时，将所述两个相邻信号的相位进行相加，消除所述数字信号的相位干扰，并输出消除相位干扰后的数字信号；

所述计算模块，还用于获取所述消除相位干扰后的数字信号，通过反相定时检测算法计算所述消除相位干扰后的数字信号的定时误差，并输出所述定时误差，其中，所述反相定时检测算法为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\τ}}_{err}=E\{\mathrm{Re}\[y_{k-1/2}^{*}(y_k-y_{k-1})\]\}& \mathrm{Re}\[y_k^{*}{y}_{k-1}\]\≤0\end{array}$

其中，为相邻信号反相，τ_err为定时误差，y_k为当前时刻数字信号的采样点，y_k-1为所述当前时刻相邻的上一时刻数字信号的采样点，y_k-1/2为所述当前时刻数字信号的采样点与所述上一时刻数字信号的采样点的中间值，k为当前时刻，*为取采样点的共轭，Re[]为取实部，E{}为取均值。

8.根据权利要求6或7所述的相位检测装置，其特征在于，所述相位检测装置，还包括：

模数转换模块，用于获取模拟信号，将所述模拟信号进行模数转换，得到转换后的数字信号，并将所述转换后的数字信号发送给内插滤波模块；

所述内插滤波模块，用于获取所述转换后的数字信号，并对所述转换后的数字信号进行插值运算，得到所述数字信号。

9.根据权利要求6或7所述的相位检测装置，其特征在于，所述相位检测装置，还包括：

模数转换模块，用于获取模拟信号，将所述模拟信号进行模数转换，得到转换后的数字信号，并将所述转换后的数字信号发送给内插滤波模块；

所述内插滤波模块，用于获取所述转换后的数字信号，并对所述转换后的数字信号进行插值运算，得到插值运算后的数字信号；

色度色散补偿模块，用于获取所述插值运算后的数字信号，并对所述插值运算后的数字信号进行色度色散补偿，输出补偿后的数字信号；

偏振均衡模块，用于获取所述补偿后的数字信号，并对所述补偿后的数字信号进行偏振解复用，得到所述数字信号。

10.根据权利要求6或7所述的相位检测装置，其特征在于，所述相位检测装置，还包括：

环路滤波模块，用于去除所述定时误差的高频噪声，并输出去除高频噪声后的定时误差；

数字控制模块，用于接收所述去除误差高频噪声后的定时误差，并产生内插基点和分数间隔。