CN107592194A - 用于qpsk系统的时钟均衡方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于QPSK系统的时钟均衡方法、装置及系统，该方法包括：获取QPSK系统的QPSK信号或9QAM信号；根据QPSK系统的频谱效率的不同调整QPSK系统的时钟恢复算法和/或均衡算法。通过本发明，解决了相关技术中不同频谱效率下的最优接收性能的问题，进而提高了在不同频谱效率下的接收性能。

Description

用于QPSK系统的时钟均衡方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体而言，涉及一种用于QPSK系统的时钟均衡方法、装置及系统。

背景技术

近年来随着互联网以及电子商务的发展，人们对视频、音频等多媒体业务的需求也来越高，增加传输网的带宽已是刻不容缓，光传输作为通信网络的骨干网，其容量和速度提升的需求也是越来越迫切，因此，光通信技术的发展也显得尤为重要，提升谱效率是目前努力方向之一，即在发送端数字域或者模拟域对信号进行窄带滤波，压缩信号频谱，达到更加高效的利用带宽的目的。但是频谱的压缩对信号造成了一定程度的损伤，如何更好的将信号恢复出来便成了关注焦点，尤其是时钟恢复和均衡算法两个核心算法的匹配方案直接影响着系统的性能。

QPSK系统已经有很多的研究，其基本处理流程是：在发端，首先在数字域将信号作一些预均衡处理，然后输入到DAC，转换成模拟信号，两两作为一路驱动器，调制到两个偏振态上，两个偏振态分别记为：V、H；经光放大器、波长选择开关WSS等光器件的处理，进行光纤传输，其中频谱压缩可以在数字域通过数字滤波器完成也可通过WSS完成；在收端经光电转换、ADC采样等操作将信号接收下来，便开始进行数字信号的处理，基本处理流程如图1所示：首先对信号进行延时补偿，补偿硬件走线所带来的4路信号的延时不一致的情况，其次再针对器件带来的角度不平衡和幅度不平衡进行补偿，再次对光纤链路中的色度色散进行补偿，然后是针对收发时钟不一致的因素，进行时钟恢复以及针对信道其余损伤的均衡，最后是载波同步和相位同步。其中时钟恢复和均衡算法是信号恢复的两个核心算法，对性能有很大的影响，关于时钟恢复算法有很多的研究，有些在时域进行，有些在频域进行，但本质上可以归为平方鉴相和4次方鉴相，且由于在频域直接对时钟分量进行提取，因此较时域性能要好，下面是两种鉴相的公式。

假设频域信号分别为Xpd，Ypd，那么鉴相公式如下：

公式(1)是平方鉴相主要用于宽带系统；公式(2)是4次方鉴相主要用于窄带系统，4次方鉴相相对复杂，但其利用低频率成分进行鉴相，因此能够很好的对抗频谱压缩带来的损伤，在窄带系统中较平方鉴相有很大的优势。

另外均衡方案也出现了两种，一种是通过均衡算法(如CMA、LMS等算法)直接将信号恢复成QPSK信号，这里采用CMA算法，另一种是通过均衡算法将信号整形采样成类9QAM信号，再通过MLSE算法得到QPSK信号，类9QAM星座图(如图2)可以看成是2个圈一个点，这里采用CMMA算法。

我们知道带有反馈环的时钟均衡方案由于在时钟之前进行了预滤波，因此整体性能比时钟恢复和均衡各自独立的方案性能更好，因此优化的设计方案应该将两者作为一个整体，综合性能和复杂度去设计时钟均衡方案。

下面给出4种时钟均衡方案，并对其综合性能进行对比分析：

方案一(参见图3)和方案二(参见图4)是将信号恢复成QPSK信号的方案。这种方案首先对信号做FFT转换到频域，然后使用均衡算法反馈的均衡滤波器系数进行预均衡，对残余信道损伤的补偿，得到近乎无ISI的QPSK信号，再使用平方鉴相或者4次方鉴相的算法进行时钟误差的估计，从而得到精准的估计结果，经环路滤波用于插值，从而完成时钟恢复，此时再使用均衡滤波器进行滤波，得到高性能QPSK信号输出。然而如果反馈的均衡滤波系数对时钟鉴相前信号的ISI不能完全进行预补偿，将会影响鉴相的精度和均衡信号的质量。因此在ISI较大时使用4次方鉴相性能会更好，反之使用平方鉴相即可。在完成本次滤波的同时使用输入数据和输出进行均衡系数的更新计算，得到新的均衡系数，这种方案在QPSK信号频谱相对较宽的情况下，可以很好地工作。

方案三(参见图5)和方案四(参见图6)是将信号整形成类9-QAM信号的方案(文中提到的9QAM信号或者类9QAM信号均是指时钟恢复调整采样点位置对QPSK信号进行采样得到的星座图类似9QAM的信号)，这种方案主要用于信号频谱超窄信号ISI较强的情况，如果我们通过均衡算法来恢复此处的信号，虽然可以将QPSK信号恢复出来但势必引入较多的高频噪声，从而对后续的频偏估计和相偏估计带来影响，降低系统的性能，考虑到强滤波的效果使得信号更加接近于部分响应系统的信号，同时部分响应系统受强滤波影响较小，信号并没有发生太大的畸变，将其视为部分响应系统处理，同时结合类9-QAM信号的特征采用相应的均衡算法，将其恢复成类9QAM信号。这种方式得到的滤波系数在用于时钟恢复算法进行预滤波时得到的是滤除了残余色散等信道损伤的信号，但是有较强的人为加入的ISI，因此适合选择4次方鉴相，平方鉴相难以正常工作，因此方案三中的组合方式不是最优选择。

在宽带系统中方案一与方案二性能相当，但方案一时钟恢复模块和均衡模块相对都比较简单，综合性能、复杂度、功耗来看，方案一是最优设计；

在兼容窄带与宽带系统中，方案二在窄带情况下性能优于方案一，虽然时钟恢复模块相对方案一较复杂，但还是可以接受的，因此方案二是最优设计。

在兼容窄带与超窄带系统中，方案四性能最好且改善很大，虽然复杂度较方案一和方案二较高，但其性能是无可替代的，因此在这种系统中方案四是最佳设计。

但三种方案都只在一定频谱效率QPSK系统中性能是最优的，在实际应用中有一定的局限性。

发明内容

本发明提供了一种用于QPSK系统的时钟均衡方法、装置及系统，以至少解决相关技术中不同频谱效率下的最优接收性能问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于QPSK系统的时钟均衡方法，包括：获取QPSK系统的QPSK信号或9QAM信号；根据QPSK系统的频谱效率的不同调整QPSK系统的时钟恢复算法和/或均衡算法。

优选地，获取QPSK系统的QPSK信号或9QAM信号，包括：从QPSK系统的时钟恢复模块获取采用平方鉴相算法进行时钟恢复后的时钟信号；从QPSK系统的均衡模块获取采用QPSK算法进行均衡滤波后的均方误差信号；分别对时钟信号和MSE信号进行滤波以获取时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号。

优选地，根据QPSK系统的频谱效率的不同调整QPSK系统的时钟恢复算法和/或均衡算法，包括：判断第一条件是否成立，其中，第一条件为：时钟强度指示信号大于预设的第一时钟强度阈值，以及均衡收敛误差指示信号小于预设的均方误差阈值；如果第一条件成立，则确定QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

优选地，该方法还包括：如果第一条件不成立，则将QPSK系统进行时钟恢复所采用的平方鉴相算法调整为四次方鉴相算法；获取新的时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号；判断第二条件是否成立，其中，第二条件为：时钟强度指示信号大于预设的第二时钟强度阈值，以及均衡收敛误差指示信号小于预设的均方误差阈值；如果第二条件成立，则确定QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

优选地，该方法还包括：如果第二条件不成立，则将QPSK系统进行均衡滤波所采用的QPSK算法调整为9QAM算法；获取新的时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号；重新判断第二条件是否成立；如果第二条件成立，则确定QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

优选地，获取QPSK系统的QPSK信号或9QAM信号之前，还包括：将完成色散补偿的信号分成两路，一路进入缓存进行保存，另一路作FFT转换到频域后与均衡模块反馈的H系数相乘，再进行时钟误差估计；将估计结果经环路滤波后输出至插值模块，从缓存中取出信号进行插值，并将插值后的信号输出给均衡模块。

优选地，该方法还包括：根据输入均衡模块的信号构建M组第一信号和M组第二信号，其中，每组第二信号相对于每组第一信号的时间窗口向左滑一个样点，第一信号用于均衡系数H1的计算，并且其均衡系数H1采用偶样点输出；第二信号用于均衡系数H2的更新，并且其均衡系数H2采用奇样点输出，M为正整数。

优选地，均衡系数H1和H2分别采用如下公式进行补零：

H1＝[H(M+1:2M-1)0 0 0,…0,H(1:M-1)]；

H2＝[H(M:2M+1)0 0 0,…0,H(1:M-1)]；

其中，均衡滤波器的阶数为2*M+1.

优选地，均衡系数H1和H2分别采用如下公式1和公式2进行误差(errx,erry)的计算：

公式1：

公式2：

其中，(Xo,Yo)为均衡滤波的输出信号，R_cma为QPSK收敛半径，Ri为9QAM收敛半径,Wi为误差的加权系数。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于QPSK系统的时钟均衡装置，包括：获取模块，用于获取QPSK系统的QPSK信号或9QAM；调整模块，用于根据QPSK系统的频谱效率的不同调整QPSK系统的时钟恢复算法和/或均衡算法。

优选地，获取模块包括：第一获取单元，用于从QPSK系统的时钟恢复模块获取采用平方鉴相算法进行时钟恢复后的时钟信号，以及从QPSK系统的均衡模块获取采用QPSK算法进行均衡滤波后的均方误差信号；滤波单元，用于分别对时钟信号和MSE信号进行滤波以获取时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号。

优选地，调整模块包括：第一判断单元，用于判断第一条件是否成立，其中，第一条件为：时钟强度指示信号大于预设的第一时钟强度阈值，以及均衡收敛误差指示信号小于预设的均方误差阈值；第一确定单元，用于在第二条件成立的情况下，确定QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

优选地，调整模块还包括：第一调整单元，用于在第一条件不成立的情况下，将QPSK系统进行时钟恢复所采用的平方鉴相算法调整为四次方鉴相算法；第二获取单元，用于获取新的时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号；第二判断单元，用于判断第二条件是否成立，其中，第二条件为：时钟强度指示信号大于预设的第二时钟强度阈值，以及均衡收敛误差指示信号小于预设的均方误差阈值；第二确定单元，用于在第二条件成立的情况下，确定QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

优选地，调整模块还包括：第二调整单元，用于在第二条件不成立的情况下，将QPSK系统进行均衡滤波所采用的QPSK算法调整为9QAM算法；第三获取单元，用于获取新的时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号；第三判断单元，用于重新判断第二条件是否成立；第三确定单元，用于在第二条件成立的情况下，确定QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

根据本发明的再一方面，提供了一种用于QPSK系统，包括前文中的时钟均衡装置，其中，该时钟均衡装置分别与QPSK系统中的时钟恢复模块和均衡模块相连。

通过本发明，利用时钟信号和均衡算法提供的误差信号作为反馈信号，自适应地选择最优的鉴相方式和均衡算法，从而实现不同频谱效率下的最优接收性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的QPSK系统的收端信号处理框图；

图2是根据相关技术的QPSK和9QAM星座示意图；

图3是根据相关技术的平方鉴相时钟恢复+PQSK均衡流程示意图；

图4是根据相关技术的四次方鉴相时钟恢复+PQSK均衡流程示意图；

图5是根据相关技术的平方鉴相时钟恢复+9QAM均衡流程示意图；

图6是根据相关技术的四次方鉴相时钟恢复+9QAM均衡流程示意图；

图7是根据本发明实施例的时钟均衡方法流程图；

图8是根据本发明实施例的时钟均衡装置模块结构示意图；

图9是根据本发明实施例的QPSK系统结构示意图；

图10是根据本发明实施例的QPSK系统自适应控制过程示意图；

图11是根据本发明实施例的不同频谱效率的时钟均衡流程示意图；

图12是根据本发明实施例的用于CMA系数更新和CMMA系数更新的数组示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

在本实施例中提供了一种用于QPSK系统的时钟均衡方法，图7是根据本发明实施例的时钟均衡方法流程图，如图7所示，该流程包括如下步骤：

步骤S102，从时钟恢复模块获取采用平方鉴相算法进行时钟恢复后的时钟信号；

步骤S104，从均衡模块获取采用QPSK算法进行均衡滤波后的均方误差信号；

步骤S106，分别对时钟信号和MSE信号进行滤波以获取时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号；

步骤S108，判断所述时钟强度指示信号是否大于预设的第一时钟强度阈值，以及均衡收敛误差指示信号是否小于预设的均方误差阈值；

步骤S110，如果是，则确定所述QPSK正交相移键控系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

通过上述步骤，利用时钟信号和均衡算法提供的误差信号作为反馈信号，自适应地选择最优的鉴相方式和均衡算法，从而实现不同频谱效率下的最优接收性能。

优选地，如果上述步骤S108中的判断结果为否，则进一步执行如下步骤：

步骤S112，将QPSK正交相移键控系统进行时钟恢复所采用的平方鉴相算法调整为四次方鉴相算法；

步骤S114，获取新的时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号；

步骤S116，判断时钟强度指示信号是否大于预设的第二时钟强度阈值，以及均衡收敛误差指示信号是否小于预设的均方误差阈值；

步骤S118，如果是，则确定QPSK正交相移键控系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

优选地，如果上述步骤S116中的判断结果为否，则进一步执行如下步骤：

步骤S120，将QPSK正交相移键控系统进行均衡滤波所采用的QPSK算法调整为9QAM算法；

步骤S122，获取新的时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号；

步骤S124，重新判断时钟强度指示信号是否大于预设的第二时钟强度阈值，以及均衡收敛误差指示信号是否小于预设的均方误差阈值；

步骤S126，如果是，则确定QPSK正交相移键控系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

在本实施例中还提供了一种用于QPSK系统的时钟均衡装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图8是根据本发明实施例的时钟均衡装置模块结构示意图，如图8所示，该装置包括获取模块10和调整模块20。

其中，获取模块10用于获取QPSK系统的QPSK信号或9QAM信号；调整模块20用于根据QPSK系统的频谱效率的不同调整QPSK系统的时钟恢复算法和/或均衡算法。

优选地，获取模块10包括：第一获取单元101，用于从QPSK系统的时钟恢复模块获取采用平方鉴相算法进行时钟恢复后的时钟信号，以及从QPSK系统的均衡模块获取采用QPSK算法进行均衡滤波后的均方误差信号；滤波单元102，用于分别对时钟信号和MSE信号进行滤波以获取时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号。

优选地，调整模块20包括：第一判断单元201，用于判断第一条件是否成立，其中，第一条件为：时钟强度指示信号大于预设的第一时钟强度阈值，以及均衡收敛误差指示信号小于预设的均方误差阈值；第一确定单元202，用于在第二条件成立的情况下，确定QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

优选地，调整模块20还包括：第一调整单元203，用于在第一条件不成立的情况下，将QPSK系统进行时钟恢复所采用的平方鉴相算法调整为四次方鉴相算法；第二获取单元204，用于获取新的时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号；第二判断单元205，用于判断第二条件是否成立，其中，第二条件为：时钟强度指示信号大于预设的第二时钟强度阈值，以及均衡收敛误差指示信号小于预设的均方误差阈值；第二确定单元206，用于在第二条件成立的情况下，确定QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

优选地，调整模块20还包括：第二调整单元207，用于在第二条件不成立的情况下，将QPSK系统进行均衡滤波所采用的QPSK算法调整为9QAM算法；第三获取单元208，用于获取新的时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号；第三判断单元209，用于重新判断第二条件是否成立；第三确定单元210，用于在第二条件成立的情况下，确定QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

需要说明的是，上述各个模块和单元是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述模块分别位于多个处理器中。

在本实施例中还提供了一种QPSK系统，如图9所示，QPSK系统包括前文中的时钟均衡装置(图中表示为自适应控制模块)，该时钟均衡装置分别与QPSK系统中的时钟恢复模块和均衡模块相连。

在现有技术中QPSK信号经过发射端数字域滤波或者WSS滤波后，频谱效率不同，信号受损伤也不同，因此想通过背景技术中所介绍的三种方案中的某一种作为通用方案对各种实际场景均获得最优的性能是不可能的，本发明提供一种自适应时钟均衡方案，如图9所示，在时钟恢复算法和均衡算法之间增加一个自适应控制模块，利用时钟信号和均衡算法提供的误差信号作为反馈信号，自适应控制光模块算法选择最优的鉴相方式和均衡算法，从而实现不同频谱效率下的最优接收性能，达到兼容上述三种方案的效果。

该自适应流程如图10所示：

步骤一：光模块默认选择平方鉴相+QPSK均衡进行时钟恢复和均衡，并从时钟恢复模块获取时钟信号C、从均衡模块获取均方误差MSE，对时钟信号C_avg，对MSE滤波得到MSE_avg，C_avg是时钟强度指示信号，由于频谱效率是通过发端滤波来完成的，因此频谱效率不同，发端滤波也不同，那么时钟信号被削弱的程度也不同，随着频谱效率增大，时钟强度也是越来越小，C_avg逐渐减小，C_Thresh1代表平方鉴相时钟信号的最小强度，时钟强度大于这个值时，频谱效率相对较低，平方鉴相就可以很好的进行鉴相,C_Thresh2代表四次方鉴相时钟信号的最小强度；MSE_avg均衡收敛误差指示信号，该值越小，均衡效果越好，该值越大，均衡效果越差；

步骤二：判定以下两个条件是否成立：C_avg>C_Thresh1；同时MSE_avg<MSE_Thresh。如果成立，则说明时钟信号较强，均衡效果较好，频谱效率识别为较低频谱效率，光模块为默认选择；否则说明时钟信号较弱，平方鉴相不能很好的完成时钟恢复，频谱效率可能更高，需要调整为：4次方鉴相+QPSK均衡进行时钟恢复和均衡，使用低频成分进行鉴相，以便对频谱效率作进一步的判断，同时跳到步骤三；

步骤三：判定以下两个条件是否成立：C_avg>C_Thresh2；同时MSE_avg<MSE_Thresh。如果成立，则说明四次方鉴相得到的时钟信号较强，均衡效果较好，频谱效率识别为相对较高频谱效率，光模块保持该选择；否则说明四次方鉴相得到的时钟信号仍然较弱，四次鉴相不能很好的完成时钟恢复，频谱效率可能更高，需要调整为：4次方鉴相+9QAM均衡进行时钟恢复和均衡，减少高频噪声的影响，以便对频谱效率作进一步的判断，同时跳到步骤四；

步骤四：判定以下两个条件是否成立：C_avg>C_Thresh2；同时MSE_avg<MSE_Thresh。如果成立，则说明四次方鉴相得到的时钟信号较强，均衡效果较好，频谱效率识别为超高频谱效率，光模块保持该选择；否则说明四次方鉴相得到的时钟信号仍然较弱，四次鉴相不能很好的完成时钟恢复，频谱效率可能更高，需要寻求新的解决方案。

上述实施例采用自适应控制的方式，通过对时钟信号和均方误差信号的大小判定完成对频谱效率的逐步识别，从而达到频谱效率的自行识别的目的，再通过相应算法模块的自行选择即可实现最优时钟均衡效果，与现有技术相比，不仅应用范围更加广泛，性能更好，而且功耗、复杂度也没有增加，达到了自适应不同频谱效率QPSK系统的效果。

图11是根据本发明实施例的不同频谱效率的时钟均衡流程示意图，分别包括低频谱效率QPSK系统、相对高频谱效率QPSK系统和高频谱效率QPSK系统。

实施例一：低频谱效率QPSK系统。在这种系统中，频谱不需要进行过多的压缩，ISI较小，因此该方案是适用的，实施步骤如下：

步骤一：如图11所示，将完成色散补偿的信号分成两路，一路直接进入缓存BUF，保存起来，一路用于时钟误差的估计，用于时钟估计的信号首先作FFT转换到频域，然后与均衡算法的反馈的H系数相乘滤除PMD、残余色散等损伤，再进行时钟误差估计，估计结果经环路滤波后给插值模块，此时从缓存中取出信号，进行插值，插值后的信号输出给均衡算法，同时对时钟信号C进行滤波得到稳定的时钟信号Ck，并监控Ck的大小辅助鉴相方式的选择，预期：系统会监控到Ck>Ck_Thresh1同时MSE<MSE_Thresh，所以系统维持默认选择。

步骤二：将信号分成两路，一路信号使用之前计算的系数H1进行滤波，滤波通过频域相乘的方式完成，一路直接用于H系数的更新。

步骤三：如图11所示，均衡算法根据输入信号构建M(例如32)组信号A和B，每组样点数和均衡滤波器阶数相同，如图12所示，若样点序列为1,2,3,…,N,N+1,…,N+M,….，则每组B相当于每组A的时间窗口向左滑一个样点，每组数据对应该组数据均衡滤波的输出，若均衡系数选择为偶样点输出系数H1，则使用CMA进行均衡，系数计算使用A组信号；若均衡系数选择为奇样点输出系数H2，系数更新计算使用B组信号，由于CMMA收敛阶段均衡滤波器将输出向前调整了一个样点，所以作为滤波器输入的B相对于A也向前移了一个样点，系统启动阶段根据时钟信号Ck和MSE的大小进行H1、H2的选择，同时也对A组和B组信号进行相应的选择，预期：如图9系统会监控到Ck>Ck_Thresh1同时MSE<MSE_Thresh，所以系统维持默认选择。

步骤四：如图11所示，输出数据除了作为输出外，还用于误差的计算，为了实现奇偶样点的选择，我们对用于均衡滤波的均衡系数采用不同的补零方式：假设滤波器H的阶数为2*M+1，则滤波器补零方式见下：

H1＝[H(M+1:2M-1)0 0 0,…0,H(1:M-1)]； (5)

H2＝[H(M:2M+1)0 0 0,…0,H(1:M-1)]； (6)

当采用H1进行滤波，输出为偶样点，当采用H2进行滤波，输出奇样点，也就是类9QAM信号，系统启动阶段根据时钟信号Ck和MSE的大小进行H1、H2的选择，预期：如图9系统会监控到Ck>Ck_Thresh1同时MSE<MSE_Thresh，所以系统维持默认选择。

步骤五：对信号和滤波器系数H1/H2作FFT变换，然后将两者作频域相乘完成滤波，再通过作IFFT转换成时域信号，最后降采样输出。

步骤六：在得到输出数据之后，取32个数据进行误差计算，对应32组输入的输出结果，记输出为Xo,Yo，QPSK收敛半径为R_cma，9QAM收敛半径为R1、R2、R3,误差为errx、erry，若均衡系数选择为偶样点输出系数H1，则使用公式1进行误差计算，若均衡系数选择为奇样点输出系数H2，使用公式2进行误差计算：

计算公式1：

计算公式2：

当均衡系数选择为偶样点输出系数H2时，均衡滤波输出即从偶样点调整为奇样点，均衡算法也从CMA调整为CMMA，预期：系统启动阶段根据时钟信号Ck和MSE的大小进行H1、H2的选择相应也进行误差公式的选择，预期：系统会监控到Ck>Ck_Thresh1同时MSE<MSE_Thresh，所以系统维持选择公式1进行误差计算。

通过以上步骤完成算法模块的选择，达到适应低频谱效率的效果。

实施例二：相对高频谱效率QPSK系统

步骤一：如图11所示，将完成色散补偿的信号分成两路，一路直接进入缓存BUF，保存起来，一路用于时钟误差的估计，用于时钟估计的信号首先作FFT转换到频域，然后与均衡算法的反馈的H系数相乘滤除PMD、残余色散等损伤，再进行时钟误差估计，估计结果经环路滤波后给插值模块，此时从缓存中取出信号，进行插值，插值后的信号输出给均衡算法，同时对时钟信号C进行滤波得到稳定的时钟信号Ck，并监控Ck的大小辅助鉴相方式的选择，预期：系统会监控到Ck<Ck_Thresh1同时MSE>MSE_Thresh，系统重新选择4次方鉴相，最后监控到Ck>Ck_Thresh2同时MSE<MSE_Thresh，系统保持该选择。

步骤二：将信号分成两路，一路信号使用之前计算的系数H1进行滤波，滤波通过频域相乘的方式完成，一路直接用于H系数的更新。

步骤三：如图11所示，均衡算法根据输入信号构建M(例如32)组信号A和B，每组样点数和均衡滤波器阶数相同，如图12所示，若样点序列为1,2,3,…,N,N+1,…,N+M,….，则每组B相当于每组A的时间窗口向左滑一个样点，每组数据对应该组数据均衡滤波的输出，若均衡系数选择为偶样点输出系数H1，则使用CMA进行均衡，系数计算使用A组信号；若均衡系数选择为奇样点输出系数H2，系数更新计算使用B组信号，由于CMMA收敛阶段均衡滤波器将输出向前调整了一个样点，所以作为滤波器输入的B相对于A也向前移了一个样点，系统启动阶段根据时钟信号Ck和MSE的大小进行H1、H2的选择，同时也对A组和B组信号进行相应的选择。预期：系统会监控到Ck<Ck_Thresh1同时MSE>MSE_Thresh，系统重新选择4次方鉴相，同时系数仍为H1，所以系统仍选择A组，最后监控到Ck>Ck_Thresh2同时MSE<MSE_Thresh，系统仍选择A组。

步骤四：如图11所示，输出数据除了作为输出外，还用于误差的计算，为了实现奇偶样点的选择，我们对用于均衡滤波的均衡系数采用不同的补零方式：假设滤波器H的阶数为2*M+1，则滤波器补零方式见下：

H1＝[H(M+1:2M-1)0 0 0,…0,H(1:M-1)]；

H2＝[H(M:2M+1)0 0 0,…0,H(1:M-1)]；

当采用H1进行滤波，输出为偶样点，当采用H2进行滤波，输出奇样点，也就是类9QAM信号，系统启动阶段根据时钟信号Ck和MSE的大小进行H1、H2的选择。预期：系统会监控到Ck<Ck_Thresh1同时MSE>MSE_Thresh，系统重新选择4次方鉴相，同时系数仍为H1，最后监控到Ck>Ck_Thresh2同时MSE<MSE_Thresh，因此系统后续仍使用系数H1。

步骤五：对信号和滤波器系数H1/H2作FFT变换，然后将两者作频域相乘完成滤波，再通过作IFFT转换成时域信号，最后降采样输出。

步骤六：在得到输出数据之后，取32个数据进行误差计算，对应32组输入的输出结果，记输出为Xo,Yo，QPSK收敛半径为R_cma，9QAM收敛半径为R1、R2、R3,误差为errx、erry，若均衡系数选择为偶样点输出系数H1，则使用公式1进行误差计算，若均衡系数选择为奇样点输出系数H2，使用公式2进行误差计算：

计算公式1：

计算公式2：

当均衡系数选择为偶样点输出系数H2时，均衡滤波输出即从偶样点调整为奇样点，均衡算法也从CMA调整为CMMA。预期：系统会监控到Ck<Ck_Thresh1同时MSE>MSE_Thresh，系统重新选择4次方鉴相，同时系数仍为H1，所以系统保持适用CMA进行均衡，使用误差计算公式1进行误差计算，最后监控到Ck>Ck_Thresh2同时MSE<MSE_Thresh，因此系统后续使用误差计算公式1进行误差计算。

通过以上步骤完成算法模块的选择，达到适应相对高频谱效率的效果。

实施用三：高频谱效率QPSK系统

在这种系统中，频谱被较大程度的压缩，ISI非常大，该方案是适用的，实施步骤如下：

步骤一：如图11所示，将完成色散补偿的信号分成两路，一路直接进入缓存BUF，保存起来，一路用于时钟误差的估计，用于时钟估计的信号首先作FFT转换到频域，然后与均衡算法的反馈的H系数相乘滤除PMD、残余色散等损伤，再进行时钟误差估计，估计结果经环路滤波后给插值模块，此时从缓存中取出信号，进行插值，插值后的信号输出给均衡算法，同时对时钟信号C进行滤波得到稳定的时钟信号Ck，并监控Ck的大小辅助鉴相方式的选择，预期：系统会监控到Ck<Ck_Thresh1同时MSE>MSE_Thresh，系统重新选择4次方鉴相，但仍监控到Ck<Ck_Thresh2同时MSE>MSE_Thresh，系统重新选择系数H2进行均衡滤波，最后监控到Ck>Ck_Thresh2同时MSE<MSE_Thresh，系统保持该选择。

步骤二：将信号分成两路，一路信号使用之前计算的系数H1进行滤波，滤波通过频域相乘的方式完成，一路直接用于H系数的更新。

步骤三：如图11所示，均衡算法根据输入信号构建M(例如32)组信号A和B，每组样点数和均衡滤波器阶数相同，如图12所示，若样点序列为1,2,3,…,N,N+1,…,N+M,….，则每组B相当于每组A的时间窗口向左滑一个样点，每组数据对应该组数据均衡滤波的输出，若均衡系数选择为偶样点输出系数H1，则使用CMA进行均衡，系数计算使用A组信号；若均衡系数选择为奇样点输出系数H2，系数更新计算使用B组信号，由于CMMA收敛阶段均衡滤波器将输出向前调整了一个样点，所以作为滤波器输入的B相对于A也向前移了一个样点，系统启动阶段根据时钟信号Ck和MSE的大小进行H1、H2的选择，同时也对A组和B组信号进行相应的选择。预期：系统会监控到Ck<Ck_Thresh1同时MSE>MSE_Thresh，系统重新选择4次方鉴相，同时系数仍为H1，所以系统仍选择A组，但仍监控到Ck<Ck_Thresh2同时MSE>MSE_Thresh，系统重新选择系数H2进行均衡滤波，最后监控到Ck>Ck_Thresh2同时MSE<MSE_Thresh，系统仍选择A组。

步骤四：如图11所示，输出数据除了作为输出外，还用于误差的计算，为了实现奇偶样点的选择，我们对用于均衡滤波的均衡系数采用不同的补零方式：假设滤波器H的阶数为2*M+1，则滤波器补零方式见下：

H1＝[H(M+1:2M-1)0 0 0,…0,H(1:M-1)]；

H2＝[H(M:2M+1)0 0 0,…0,H(1:M-1)]；

当采用H1进行滤波，输出为偶样点，当采用H2进行滤波，输出奇样点，也就是类9QAM信号，系统启动阶段根据时钟信号Ck和MSE的大小进行H1、H2的选择。预期：系统会监控到Ck<Ck_Thresh1同时MSE>MSE_Thresh，系统重新选择4次方鉴相，同时系数仍为H1，但仍监控到Ck<Ck_Thresh2同时MSE>MSE_Thresh，系统重新选择系数H2进行均衡滤波，最后监控到Ck>Ck_Thresh2同时MSE<MSE_Thresh，因此系统后续仍使用系数H1。

步骤五：对信号和滤波器系数H1/H2作FFT变换，然后将两者作频域相乘完成滤波，再通过作IFFT转换成时域信号，最后降采样输出。

步骤六：在得到输出数据之后，取32个数据进行误差计算，对应32组输入的输出结果，记输出为Xo,Yo，QPSK收敛半径为R_cma，9QAM收敛半径为R1、R2、R3,误差为errx、erry，若均衡系数选择为偶样点输出系数H1，则使用公式1进行误差计算，若均衡系数选择为奇样点输出系数H2，使用公式2进行误差计算：

计算公式1：

计算公式2：

当均衡系数选择为偶样点输出系数H2时，均衡滤波输出即从偶样点调整为奇样点，均衡算法也从CMA调整为CMMA。预期：如图9系统会监控到Ck<Ck_Thresh1同时MSE>MSE_Thresh，系统重新选择4次方鉴相，同时系数仍为H1，所以系统保持适用CMA进行均衡，使用误差计算公式1进行误差计算，但仍监控到Ck<Ck_Thresh2同时MSE>MSE_Thresh，系统重新选择系数H2进行均衡滤波，最后监控到Ck>Ck_Thresh2同时MSE<MSE_Thresh，因此系统后续使用误差计算公式1进行误差计算。

通过以上步骤完成算法模块的选择，达到适应高频谱效率的效果。

本发明的另一实施例还提供了一种存储介质。该存储介质可以被设置为存储用于执行上述步骤的程序代码：在本实施例中，该存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种用于QPSK正交相移键控系统的时钟均衡方法，其特征在于，包括：

获取所述QPSK系统的QPSK信号或9QAM信号；

根据所述QPSK系统的频谱效率的不同调整所述QPSK系统的时钟恢复算法和/或均衡算法。

2.根据权利要求1所述的时钟均衡方法，其特征在于，获取所述QPSK系统的QPSK信号或9QAM信号，包括：

从所述QPSK系统的时钟恢复模块获取采用平方鉴相算法进行时钟恢复后的时钟信号；

从所述QPSK系统的均衡模块获取采用QPSK算法进行均衡滤波后的均方误差信号；

分别对所述时钟信号和所述均方误差信号进行滤波以获取时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号。

3.根据权利要求2所述的时钟均衡方法，其特征在于，根据所述QPSK系统的频谱效率的不同调整所述QPSK系统的时钟恢复算法和/或均衡算法，包括：

判断第一条件是否成立，其中，所述第一条件为：所述时钟强度指示信号大于预设的第一时钟强度阈值，以及所述均衡收敛误差指示信号小于预设的均方误差阈值；

如果所述第一条件成立，则确定所述QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

4.根据权利要求3所述的时钟均衡方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果所述第一条件不成立，则将所述QPSK系统进行时钟恢复所采用的平方鉴相算法调整为四次方鉴相算法；

获取新的时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号；

判断第二条件是否成立，其中，所述第二条件为：所述时钟强度指示信号大于预设的第二时钟强度阈值，以及所述均衡收敛误差指示信号小于预设的均方误差阈值；

如果所述第二条件成立，则确定QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

5.根据权利要求4所述的时钟均衡方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果所述第二条件不成立，则将所述QPSK系统进行均衡滤波所采用的QPSK算法调整为9QAM算法；

获取新的时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号；

重新判断第二条件是否成立；

如果所述第二条件成立，则确定QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

6.根据权利要求1所述的时钟均衡方法，其特征在于，获取所述QPSK系统的QPSK信号或9QAM信号之前，还包括：

将完成色散补偿的信号分成两路，一路进入缓存进行保存，另一路作FFT转换到频域后与均衡模块反馈的H系数相乘，再进行时钟误差估计；

将估计结果经环路滤波后输出至插值模块，从所述缓存中取出所述信号进行插值，并将插值后的信号输出给均衡模块。

7.根据权利要求6所述的时钟均衡方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据输入所述均衡模块的信号构建M组第一信号和M组第二信号，其中，每组所述第二信号相对于每组所述第一信号的时间窗口向左滑一个样点，所述第一信号用于均衡系数H1的计算，并且其均衡系数H1采用偶样点输出；所述第二信号用于均衡系数H2的更新，并且其均衡系数H2采用奇样点输出，M为正整数。

8.根据权利要求7所述的时钟均衡方法，其特征在于，所述均衡系数H1和H2分别采用如下公式进行补零：

H1＝[H(M+1:2M-1)0 0 0,…0,H(1:M-1)]；

H2＝[H(M:2M+1)0 0 0,…0,H(1:M-1)]；

其中，均衡滤波器的阶数为2*M+1。

9.根据权利要求8所述的时钟均衡方法，其特征在于，所述均衡系数H1和H2分别采用如下公式1和公式2进行误差(errx,erry)的计算：

公式1：

公式2：

其中，(Xo,Yo)为均衡滤波的输出信号，R_cma为QPSK收敛半径，Ri为9QAM收敛半径,Wi为误差的加权系数。

10.一种用于QPSK正交相移键控系统的时钟均衡装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取所述QPSK系统的QPSK信号或9QAM信号；

调整模块，用于根据所述QPSK系统的频谱效率的不同调整所述QPSK系统的时钟恢复算法和/或均衡算法。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述获取模块包括：

第一获取单元，用于从所述QPSK系统的时钟恢复模块获取采用平方鉴相算法进行时钟恢复后的时钟信号，以及从所述QPSK系统的均衡模块获取采用QPSK算法进行均衡滤波后的均方误差信号；

滤波单元，用于分别对所述时钟信号和所述MSE信号进行滤波以获取时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述调整模块包括：

第一判断单元，用于判断第一条件是否成立，其中，所述第一条件为：所述时钟强度指示信号大于预设的第一时钟强度阈值，以及所述均衡收敛误差指示信号小于预设的均方误差阈值；

第一确定单元，用于在所述第二条件成立的情况下，确定QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，调整模块还包括：

第一调整单元，用于在所述第一条件不成立的情况下，将所述QPSK系统进行时钟恢复所采用的平方鉴相算法调整为四次方鉴相算法；

第二获取单元，用于获取新的时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号；

第二判断单元，用于判断第二条件是否成立，其中，所述第二条件为：所述时钟强度指示信号大于预设的第二时钟强度阈值，以及所述均衡收敛误差指示信号小于预设的均方误差阈值；

第二确定单元，用于在所述第二条件成立的情况下，确定QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述调整模块还包括：

第二调整单元，用于在所述第二条件不成立的情况下，将所述QPSK系统进行均衡滤波所采用的QPSK算法调整为9QAM算法；

第三获取单元，用于获取新的时钟强度指示信号和均衡收敛误差指示信号；

第三判断单元，用于重新判断第二条件是否成立；

第三确定单元，用于在所述第二条件成立的情况下，确定QPSK系统的时钟恢复和均衡滤波有效。

15.一种QPSK正交相移键控系统，其特征在于，包括：权利要求10至14任一项所述的时钟均衡装置，所述时钟均衡装置分别与所述QPSK系统中的时钟恢复模块和所述均衡模块相连。