CN109309532B - 一种色散估计方法、装置及光接收机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种色散估计方法、装置及光接收机，涉及通信技术领域。色散估计方法包括：将待估计信号的时域功率波形平均划分为多个分块后，计算每个分块的特征值，其中，每个分块包括M个数据，且M≥2；基于特征值计算得到时域功率波形的自相关函数；根据自相关函数的峰值脉冲位置计算得到色散估计值。本发明能够实现大范围的快速色散估计。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体是涉及一种色散估计方法、装置及光接收机。
背景技术
数字相干光通信技术利用相干探测得到光信号的幅度、相位、频率、偏振等全部光场信息，可以极大地提高光纤信道的传输速率和容量，因此在长距骨干100G光通信系统中得到广泛商用，甚至将在单波400G光传输中发挥更加重要的作用，成为未来高速大容量光纤通信领域的主要发展趋势。不仅如此，数字相干光通信技术正逐渐渗透到一些带宽密集型的中短距应用场景，如城域网及数据中心网络中。
目前，在高速相干光通信系统中，通过数字信号处理(Digital SignalProcessor，DSP)芯片在电域对光信号经历的损伤进行均衡或补偿，可以极大地提高信号抗噪声、抗干扰和损伤的能力，从而延长传输距离。由于光纤链路中色度色散(ChromaticDispersion，CD)随着温度、压力等环境条件，以及路由的动态配置所引起的光纤长度、路径上变化等因素而动态变化，在对光信号进行偏振模色散补偿、载波恢复等其他传输损伤补偿之前，如果光纤色散不能完全补偿，光信号中将存在较大的码间干扰((Inter SymbolInterference，ISI)，最终导致整个DSP芯片算法失效。在通信设备初次部署、DSP芯片初次上电复位期间或者业务中断恢复后通信设备重新上电时，快速有效地进行色度色散的估计和补偿，是保证通信设备正常工作以及业务及时开通的前提，而现有的色散估计方法的计算复杂度高，耗时长，难以满足这些应用场景的需要。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种色散估计方法、装置及光接收机，实现大范围的快速色散估计。
本发明提供一种色散估计方法，其包括：
将待估计信号的时域功率波形平均划分为多个分块后，计算每个分块的特征值，其中，每个分块包括M个数据，且M≥2；
基于所述特征值计算得到所述时域功率波形的自相关函数；
根据自相关函数的峰值脉冲位置计算得到色散估计值。
在上述技术方案的基础上，在获取所述时域功率波形之前，所述方法还包括：使用预先设置的色散初始值CD0对所述待估计信号进行色散均衡预处理，-a≤CD0≤a，a为正实数。
在上述技术方案的基础上，计算所述色散估计值的方法包括：根据所述自相关函数的第二个峰值脉冲位置计算色散估计绝对值，并确定色散估计值为
或者
其中，
CD为色散估计绝对值。
在上述技术方案的基础上，所述色散估计绝对值的计算公式为：
其中，CD为色散估计绝对值，c为真空中的光速，Pindx为所述自相关函数的第二个峰值的位置序号，λ为所述待估计信号的光载波的波长，Fs为采样速率，BaudRate为波特率。
在上述技术方案的基础上，确定所述色散估计值的方法包括：
将
作为所述色散估计值；或者，
选择
或者
对所述待估计信号进行色散均衡处理后，重新计算得到色散均衡后的色散估计绝对值；当色散均衡后的色散估计绝对值小于阈值时，将选择的数值作为所述色散估计值；否则，将未被选择的数值作为所述色散估计值，其中，阈值＝0.1*选择的数值；或者，
分别使用
和
对所述待估计信号进行色散均衡处理后，计算得到相应的代价函数的数值；将得到较小的代价函数的数值所对应的数值的
或者
作为所述色散估计值。
在上述技术方案的基础上，所述特征值为所述M个数据的总和、平均值、最大值或者最小值。
在上述技术方案的基础上，计算所述自相关函数的方法包括：
基于所有所述分块的特征值计算得到一组时域信号序列；
通过快速付里叶变换将时域信号序列变换为频域信号序列，并求取频域信号序列的模方以获得对应的频谱；
通过快速付里叶逆变换将频谱变换到时域，得到所述自相关函数。
本发明还提供一种色散估计装置，其包括：
色散估计器，其用于将待估计信号的时域功率波形平均划分为多个分块后，计算每个分块的特征值，其中，每个分块包括M个数据，且M≥2；基于所述特征值计算得到所述时域功率波形的自相关函数，并根据自相关函数的峰值脉冲位置计算输出色散估计值；
主控制器，其用于控制色散估计器。
在上述技术方案的基础上，所述装置还包括：
抽头查找表，其根据色散值计算并配置抽头系数，色散值包括预先设置的色散初始值CD0，-a≤CD0≤a，a为正实数；
色散均衡器，其用于使用抽头系数对所述待估计信号进行色散均衡预处理后输出；
所述主控制器还用于控制抽头查找表和色散均衡器。
在上述技术方案的基础上，所述色散估计器还用于根据所述自相关函数的第二个峰值脉冲位置计算色散估计绝对值，并确定色散估计值为
或者
其中，
CD为色散估计绝对值。
在上述技术方案的基础上，所述主控制器或者所述色散估计器用于将
作为所述色散估计值；或者，
所述色散估计器用于将选择的
或者
作为所述色散值输出到所述抽头查找表；还用于对经过所述色散均衡器色散均衡处理后的所述待估计信号重新计算色散估计绝对值；所述主控制器或色散估计器用于当色散均衡后的色散估计绝对值小于阈值时，将选择的数值作为所述色散估计值；否则，将未被选择的数值作为所述色散估计值，其中，阈值＝0.1*选择的数值；或者，
所述主控制器或者色散估计器还用于将
和
作为所述色散值分别输出到所述抽头查找表；对经过所述色散均衡器色散均衡处理后的所述待估计信号，计算得到相应的代价函数；将具有较小的代价函数的数值的
或者
作为所述色散估计值。
在上述技术方案的基础上，所述色散估计器包括：
整形滤波器，其用于对所述待估计信号进行整形滤波；
分块混叠器，其用于对整形滤波后的数据信号求得所述时域功率波形，并以M个数据为分块长度，将所述时域功率波形划分为多个所述分块，计算每个所述分块的特征值得到一组时域信号序列；
时-频域变换器，其用于通过快速付里叶变换将时域信号序列变换为频域信号序列，求取频域信号序列的模方以获得对应的频谱；
频-时域变换器，其用于通过快速付里叶逆变换将频谱变换到时域，得到所述自相关函数；
峰值位置检测器，其用于找到所述自相关函数的第二个峰值脉冲位置；
色散计算模块，其用于根据第二个峰值脉冲位置计算得到所述色散估计值；
色散输出模块，其用于输出所述色散估计值。
本发明还提供一种光接收机，所述光接收机包括上述的色散估计装置。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)将待估计信号的时域功率波形划分为多个分块后，根据每个分块的特征值计算时域功率波形的自相关函数以及色散估计值，极大地降低了自相关函数的计算复杂度，实现大范围的快速色散估计。
(2)使用预先设置的色散初始值对待估计信号进行色散均衡预处理后得到色散估计绝对值，然后选择色散估计绝对值的一个可能取值作为色散值对待估计信号进行色散均衡处理后，重新计算得到色散估计绝对值。利用连续两次色散估计绝对值的相对大小来区分色散估计值的正负符号，使得色散估计计算更加简单、高效，适用于对延时敏感的高速相干接收机中DSP芯片中的快速色散估计需要，保证业务实时开通及恢复。
(3)使用预先设置的色散初始值对待估计信号进行色散均衡预处理，避免色散值较小时受到0处自相关峰的干扰而导致的估计失效/失准的问题，从而提高色散估计的精度。
附图说明
图1是在现有的单载波调制数字相干光纤通信系统中，接收端数字信号处理DSP的流程图；
图2是本发明第一实施例色散估计方法流程图；
图3是本发明第一实施例色散估计方法中各分块的示意图；
图4是本发明第二实施例色散估计方法中，步骤S250的具体流程图；
图5是本发明第四实施例色散估计装置的应用示意图；
图6是本发明第六实施例中色散估计器的示意图；
图7是本发明第七实施例中快速色散估计器仿真的自相关序列曲线示意图。
图中：
1-色散均衡器，2-抽头查找表，3-色散估计器，31-整形滤波器，32-分块混叠器，33-时-频域变换器，34-频-时域变换器，35-峰值位置检测器，36-色散计算模块，37-色散输出模块，4-主控制器。
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。
本发明实施例提供一种色散估计方法，包括：
将待估计信号的时域功率波形平均划分为多个分块后，计算每个分块的特征值，其中，每个分块包括M个数据，且M≥2。
基于特征值计算得到时域功率波形的自相关函数。
根据自相关函数的峰值脉冲位置计算得到色散估计值。
将待估计信号的时域功率波形划分为多个分块后，根据每个分块的特征值计算时域功率波形的自相关函数以及色散估计值，极大地降低了自相关函数的计算复杂度，实现大范围的快速色散估计。以下通过各实施例进行具体说明。
本发明第一实施例提供一种色散估计方法，可以用于数字相干接收机中，参见图1所示，典型的数字相干接收机的DSP处理流程包括光学前端补偿、色散估计及补偿、时钟恢复、偏振解复用自适应均衡、频偏和相位恢复、星座图解映射和前向纠错码(Forward ErrorCorrection，FEC)解码等过程及相应的模块。数字相干接收机接收的原始信号的调制格式是常见的相位调制或幅度相位调制，例如相移键控(Phase Shift Keying，PSK)，正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)，8种符号的正交振幅调制(QuadratureAmplitude Modulation，QAM)，16QAM，64QAM等。信号可以是单偏信号，也可以是偏振复用信号(如图1所示)。
通常情况下，色散估计过程的输入信号即待估计信号，待估计信号是经过光学前端补偿后的数据，其中，光学前端补偿包括对I和Q两路信号进行时延偏差补偿和幅度相位失配补偿。输入到色散估计模块中的数据可以为X偏振支路，也可以为Y偏振支路。
参见图2所示，色散估计方法包括以下步骤：
S120获取待估计信号的时域功率波形。
步骤S120包括对待估计信号进行整形滤波后，对整形滤波后的数据信号求得时域功率波形。
其中，整形滤波处理可以使用数字高通或带通滤波器，用于修正待估计信号的频谱，滤除待估计信号的低频分量并使之具有更好的对称性，从而使得最终的自相关函数的峰值变得更尖锐明显。
S130将待估计信号的时域功率波形平均划分为多个分块后，计算每个分块的特征值，其中，每个分块包括M个数据，且M≥2。
将待估计信号的时域功率波形平均划分为多个分块，每个分块中包括的数据总数相同，即以M个数据为分块长度，将时域功率波形平均划分为多个分块，图3所示为各分块的示意图，每个分块包含M个数据，每个分块的特征值可以是M个数据的总和、平均值、最大值或者最小值，不作限制。分块长度M不低于2，即每个数据块内参与计算特征值的数据点数至少为2。
例如，在图3中，M＝8，从上至下的三个分块中，第一个分块包含数据D1，D2，...，D8，第一个分块的8个数据之和为d1，同理可得到其它两个分块的8个数据之和d2和d3。
S140基于特征值计算得到时域功率波形的自相关函数。
步骤S140包括：
S141基于所有分块的特征值计算得到一组时域信号序列。
S142通过快速付里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)将时域信号序列变换为频域信号序列，并求取频域信号序列的模方以获得对应的频谱。
S143通过快速付里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)将频谱变换到时域，根据维纳-辛钦定理，得到的时域信号即是时域功率波形的自相关函数。
S150根据自相关函数的峰值脉冲位置计算得到色散估计值。
具体的，根据自相关函数的第二个峰值脉冲位置计算色散估计绝对值，并从色散估计值的两个可能取值中确定一个作为色散估计值。
步骤S150包括：
S151找到时域功率波形的自相关函数的第二个峰值脉冲位置，并计算色散估计绝对值。第二个峰值脉冲位置就是功率波形自相关函数中除开第一个峰值的下一个峰值脉冲的位置。
色散估计绝对值CD的计算公式为：
其中，c为真空中的光速，Pindx为自相关函数的第二个峰值的位置序号，λ为待估计信号的光载波的波长，Fs为采样速率，BaudRate为波特率。
为了与其他实施例进行区别，本实施例中的色散估计绝对值记为CD1。
S152根据色散估计绝对值确定色散估计值的两个可能取值为
和
在本实施例中，色散估计值的两个可能取值分别为
和
S153确定一个可能取值为色散估计值。
由于目前新铺设的绝大部分光纤的色散都是正值，因此，可以直接确定色散估计值
本发明第二实施例提供一种色散估计方法，包括：
S210使用预先设置的色散初始值CD0对待估计信号进行色散均衡预处理，其中，-a≤CD0≤a，a为正实数。
具体的，根据色散初始值CD0计算第一抽头系数并写入抽头查找表中，根据第一抽头系数对待估计信号进行色散均衡预处理。
上述色散均衡预处理可以避免色散值较小时受到0处自相关峰的干扰而导致的估计失效/失准的问题，从而进一步提高色散估计的精度，解决了传统自相关方法在小色散值时估计失效的问题。该预先设置的色散初始值CD0根据实际使用情况确定，CD0可以为0，也可以不为0，例如a＝300ps/nm，CD0可以是[-300ps/nm,+300ps/nm]之间的任意值。当CD0为0时，即不对待估计信号进行色散均衡预处理。
S220获取待估计信号的时域功率波形。
S230将待估计信号的时域功率波形平均划分为多个分块后，计算每个分块的特征值，其中，每个分块包括M个数据，且M≥2。
S240基于特征值计算得到时域功率波形的自相关函数。
上述步骤S220至S240与第一实施例中步骤S120至S140基本相同，不再赘述。
S250根据自相关函数的峰值脉冲位置计算得到色散估计值。
参见图4所示，步骤S250包括：
S251找到时域功率波形的自相关函数的第二个峰值脉冲位置，根据自相关函数的第二个峰值脉冲位置计算得到色散估计绝对值。
第二个峰值脉冲位置就是功率波形自相关函数中除开第一个峰值的下一个峰值脉冲的位置。
使用预先设置的色散初始值CD0对待估计信号进行色散均衡预处理后得到的色散估计绝对值CD2的计算公式为：
其中，c为真空中的光速，Pindx为自相关函数的第二个峰值的位置序号，λ为待估计信号的光载波的波长，Fs为采样速率，BaudRate为波特率。为了与其他实施例进行区别，本实施例中的粗色散估计绝对值记为CD2。
S252根据色散估计绝对值确定色散估计值的两个可能取值为
和
其中，
CD为色散估计绝对值。
为了与其他实施例进行区别，在本实施例中，色散估计值的两个可能取值分别为：
虽然目前新铺设的绝大部分光纤的色散都是正值，但是在一些长途海缆光纤传输系统中，由于存在色散补偿光纤的使用，可能会导致最终链路累积色散值为负的情况，特别是一些比较老旧的干线传输系统基础设施依旧在使用非零色散位移光纤，这也可能导致在使用某些波长时出现色散累积值为负的情形。要保证相干DSP的通用性，就必须要考虑兼容这种区别色散值符号的色散估计。
S253选择一个可能取值
或者
作为色散值对待估计信号进行色散均衡处理后，重新计算得到色散均衡处理后的色散估计绝对值。
可以任意选取色散估计值的两个可能取值
和
中的一个，例如，选择
计算
所对应的第二抽头系数并写入抽头查找表中，使用第二抽头系数对待估计信号进行色散均衡处理。
重复上述步骤S220至S240，得到色散均衡处理后待估计信号的时域功率波形的自相关函数，根据自相关函数的第二个峰值脉冲位置计算得到色散均衡处理后的色散估计绝对值CD'2。
S254判断色散均衡处理后的色散估计绝对值CD'2是否小于阈值，其中，阈值＝0.1*选择的数值，即阈值
若是，进入步骤S255；若否，进入步骤S256。
S255将所选择的可能取值
作为色散估计值，进入步骤S257。
S256将未被选择的可能取值
作为色散估计值，进入步骤S257。
S257输出色散估计值，结束。
当色散均衡后的色散估计绝对值小于阈值时，将选择的可能取值作为色散估计值输出；否则，将未被选择的可能取值作为色散估计值输出。
使用预先设置的色散初始值CD0对待估计信号进行色散均衡预处理后得到色散估计绝对值CD2。然后选择色散估计绝对值CD2的一个可能取值
或者
作为色散值对待估计信号进行色散均衡处理后，重新计算得到色散估计绝对值CD'2。根据连续两次色散估计绝对值的相对大小来判定正确的色散估计值，使得色散估计计算更加简单、高效，适用于对延时敏感的高速相干接收机中DSP芯片中的快速色散估计需要，保证业务实时开通及恢复，以解决相干DSP芯片/光接收机初次上电或重启上电时，色散估计复杂度高、耗时长、正负符号难以判断的问题。
本发明第三实施例提供一种色散估计方法，第三实施例与第二实施例基本相同，区别在于：步骤S250根据自相关函数的峰值脉冲位置计算得到色散估计值的方法不相同。
具体的，第三实施例包括步骤S350根据自相关函数的峰值脉冲位置计算得到色散估计值。
步骤S350包括：
S351找到时域功率波形的自相关函数的第二个峰值脉冲位置，根据自相关函数的第二个峰值脉冲位置计算得到色散估计绝对值。
S352根据色散估计绝对值相应地得到色散估计值的两个可能取值。
步骤S351和S352与步骤S251和S252相同，不再赘述。
步骤S350还包括：
S353分别使用两个可能取值作为色散值对待估计信号进行色散均衡处理后，计算得到相应的代价函数。
代价函数可以是使用可能取值
和
对待估计信号进行色散均衡处理后的峰均功率比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)或者绝对值峰值函数，代价函数还可以是其他函数，不作限制。
绝对值峰值函数可定义为以下几种形式：
Peak＝max(|Re(X)|)(1)，或
Peak＝max(|Im(X)|)(2)，或
Peak＝max(|Re(X)|+|Im(X)|)(3)，
其中X为色散均衡处理后的待估计信号，Re(X)和Im(X)分别为X的实部和虚部，max为最大值。
采用更简单的实信号绝对值峰值函数作为代价函数，可以提高估计精度的同时还降低了复杂度，更具实用性。
具体计算过程如下：
将
和
分别作为色散值，分别计算
所对应的第二抽头系数以及
所对应的第三抽头系数，并写入抽头查找表中。
分别使用第二抽头系数和第三抽头系数，对待估计信号进行色散均衡处理，得到相应的第一均衡数据信号和第二均衡数据信号。
根据第一均衡数据信号计算得到代价函数的第一数值
以及根据第二均衡数据信号计算得到第二数值
S354将得到较小的代价函数的数值的可能取值作为色散估计值输出。
比较第一数值
和第二数值
的大小，确定色散估计值为
或者
具体的，当代价函数为绝对值峰值函数时，确定色散估计值的方法为：如果第一数值
大于第二数值
则色散估计值为
否则，色散估计值为
使用预先设置的色散初始值CD0对待估计信号进行色散均衡预处理后得到色散估计绝对值CD2。分别将色散估计绝对值CD2的两个可能取值
和
作为色散值对待估计信号进行色散均衡处理，通过计算并比较代价函数的数值大小以判定正确的色散估计值，色散估计计算简单、高效，适用于对延时敏感的高速相干接收机中DSP芯片中的快速色散估计需要，保证业务实时开通及恢复，以解决相干DSP芯片/光接收机初次上电或重启上电时，色散估计复杂度高、耗时长、正负符号难以判断的问题。
上述各实施例均可以在通信设备初次部署、DSP芯片初次上电复位期间或者业务中断恢复后通信设备重新上电时，快速有效地进行色度色散的估计和补偿，保证通信设备正常工作以及业务及时开通。
当接收设备正常工作时，基于得到的色散估计值，还可以根据实际需要进行更高精度的色散扫描，得到精色散估计值。另外，还可以检测两次相邻的色散估计值是否超过设定的色散波动阈值，如果超过，表明光纤链路的色散值有较大波动，此时重新进行色散估计。
本发明实施例还提供一种色散估计装置，用于实现前述各实施例色散估计方法，色散估计装置包括色散估计器3和主控制器4。
色散估计器3用于将待估计信号的时域功率波形平均划分为多个分块后，计算每个分块的特征值，其中，每个分块包括M个数据，且M≥2；基于特征值计算得到时域功率波形的自相关函数，并根据自相关函数的峰值脉冲位置计算输出色散估计值。
主控制器4用于控制色散估计器3。具体的，主控制器4用于控制整个色散估计及色散均衡的流程。
可以利用相干接收机中DSP芯片已有的色散补偿模块来进行色散均衡处理，也可以在本装置中采用独立的色散均衡模块来进行色散均衡处理，不作限定。具体的，色散均衡模块可以包括色散均衡器和抽头查找表。
以下通过各实施例具体说明：
本发明第四实施例提供一种色散估计装置，图5所示为色散估计装置的应用示意图，色散估计装置包括色散均衡器1、抽头查找表2、色散估计器3和主控制器4，其中，色散均衡器1分别连接抽头查找表2和色散估计器3，主控制器4分别控制抽头查找表2和色散估计器3，抽头查找表2和色散估计器3之间相连。另外，色散估计器3还可以直接向外输出估计结果。
色散估计器3用于将待估计信号的时域功率波形平均划分为多个分块后，计算每个分块的特征值，其中，每个分块包括M个数据，且M≥2；基于特征值计算得到时域功率波形的自相关函数，并根据自相关函数的峰值脉冲位置计算输出用于进行色散均衡的色散估计值。主控制器4用于控制色散估计器3。具体的，主控制器4用于控制整个色散估计及色散均衡的流程。
抽头查找表2用于根据色散值计算并配置抽头系数，色散值包括预先设置的色散初始值CD0，-a≤CD0≤a，a为正实数。
色散均衡器1用于使用抽头系数对待估计信号进行色散均衡处理后输出。
色散估计器3用于将待估计信号的时域功率波形划分为多个分块后，计算每个分块的特征值，其中，每个分块包括M个数据，且M≥2；基于特征值计算得到时域功率波形的自相关函数，并根据自相关函数的峰值脉冲位置计算输出色散估计值。
主控制器4用于启动色散估计器3进行色散估计，以及控制抽头查找表2计算并配置抽头系数。
色散估计装置的功能如下：
上电时，主控制器4首先控制抽头查找表2根据预先设置的色散初始值CD0计算并配置对应的抽头系数，通过色散均衡器1给待估计信号预施加一定量的色散进行色散均衡预处理，再发送到色散估计器3，其中，CD0可以为0，也可以不为0。
当CD0不为0时，该色散均衡预处理可以避免色散值较小时受到0处自相关峰的干扰而导致的估计失效/失准的问题，从而进一步提高色散估计的精度，解决了传统自相关方法在小色散值时估计失效的问题。该预先设置的色散初始值CD0根据实际使用情况确定，例如CD0可以是[-300ps/nm,+300ps/nm]之间的任意值，以避免进入色散估计器1的小色散估计盲区。
色散均衡器1接收经过色散均衡预处理的待估计信号并发送到色散估计器3，色散估计器3计算用于进行色散均衡处理的色散估计值，并将色散估计值输出到抽头查找表2，抽头查找表2根据色散估计值计算并配置所需的抽头系数，色散均衡器1使用抽头系数对待估计信号进行色散均衡处理后输出到其它相干光通信解调算法模块。
当CD0为0时，待估计信号也可以不经过色散均衡预处理，而直接由色散均衡器1接收并进行后续色散估计和均衡处理。
本发明第五实施例提供一种色散估计装置，在本发明第四实施例的基础上，色散估计器3还用于根据自相关函数的第二个峰值脉冲位置计算色散估计绝对值，并确定色散估计值为
或者
其中，
CD为色散估计绝对值。
主控制器4或者色散估计器3还用于确定一个可能取值为色散估计值。
在第一种实施方式中，主控制器4或者色散估计器3将
作为色散估计值。
在第二种实施方式中，色散估计器3还用于将选择的
或者
作为色散值输出到抽头查找表2；还用于对经过色散均衡器1色散均衡处理后的待估计信号重新计算色散估计绝对值。主控制器4或者色散估计器3用于当色散均衡后的色散估计绝对值小于阈值时，将选择的数值作为色散估计值；否则，将未被选择的数值作为色散估计值，其中，阈值＝0.1*选择的数值。
在第三种实施方式中，主控制器4或者色散估计器3还用于将
和
作为色散值分别输出到抽头查找表计算抽头系数；对经过色散均衡器1色散均衡处理后的待估计信号，计算得到相应的代价函数；将具有较小的代价函数数值的
或者
作为色散估计值。
三种实施方式的具体方法参见前述各实施例色散估计方法，此处不再赘述。三种实施方式以更低的复杂度实现快速的色散估计，利用相干接收机中DSP芯片已有的色散均衡模块来时分复用作色散的预偏置，以解决小色散估计方法可能失效的问题。同时，本装置中无须额外的缓存器和可编程均衡器等资源，成本和芯片面积更具有优势。
另外，第二种实施方式利用连续两次快速色散估计结果的相对大小来区分色散估计值的正负符号，与第三种实施方式中采用额外的代价函数进行判断相比，算法更加简单有效，适用于对延时敏感的高速相干接收机中DSP芯片快速完成色散估计，保证业务实时开通。
参见图6所示，本发明第六实施例提供一种色散估计装置，在前述各实施例的基础上，色散估计器3包括依次相连的整形滤波器31、分块混叠器32、时-频域变换器33、频-时域变换器34、峰值位置检测器35、色散计算模块36和色散输出模块37。
整形滤波器31用于对待估计信号进行整形滤波。
分块混叠器32用于对整形滤波后的数据信号求得时域功率波形，并以M个数据为分块长度，将时域功率波形划分为多个分块，计算每个分块的特征值得到一组时域信号序列。
时-频域变换器33用于通过快速付里叶变换将时域信号序列变换为频域信号序列，求取频域信号序列的模方以获得对应的频谱。
频-时域变换器34用于通过快速付里叶逆变换将频谱变换到时域，得到自相关函数。
峰值位置检测器35用于找到自相关函数的第二个峰值脉冲位置。
色散计算模块36用于根据第二个峰值脉冲位置计算得到色散估计绝对值，并根据色散估计绝对值确定色散估计值。
色散输出模块37用于输出色散估计值。
图7是本发明第七实施例中色散估计器3的仿真的自相关序列曲线示意图，图中对应的仿真参数为：调制格式为偏振复用QPSK，信噪比为10dB，预先设置的色散初始值CD0为0，仿真中待估计信号的实际色散值CD为4.42e4ps/nm，分块混叠过程中的分块长度为：M＝16，参与FFT/IFFT运算的点数为512，根据上述估计方法及系统得到的光纤链路色散值
估计误差为60ps/nm。若需要进一步提高估计精度，可以增加参与运算的FFT点数，选用更长的数据进行估计，不过这会一定程度上牺牲色散估计速度。
本发明第八实施例还提供一种光接收机，光接收机包括前述的色散估计装置。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种色散估计方法，其特征在于，其包括：
将待估计信号的时域功率波形平均划分为多个分块后，计算每个分块的特征值，其中，每个分块包括M个数据，且M≥2；
基于所述特征值计算得到所述时域功率波形的自相关函数；
根据自相关函数的峰值脉冲位置计算得到色散估计值；
在获取所述时域功率波形之前，所述方法还包括：使用预先设置的色散初始值CD0对所述待估计信号进行色散均衡预处理，-a≤CD0≤a，a为正实数；
计算所述色散估计值的方法包括：根据所述自相关函数的第二个峰值脉冲位置计算色散估计绝对值，并确定色散估计值为
或者
其中，
CD为色散估计绝对值。
2.如权利要求1所述的色散估计方法，其特征在于：
所述色散估计绝对值的计算公式为：
其中，CD为色散估计绝对值，c为真空中的光速，Pindx为所述自相关函数的第二个峰值的位置序号，λ为所述待估计信号的光载波的波长，Fs为采样速率，BaudRate为波特率。
3.如权利要求1所述的色散估计方法，其特征在于，确定所述色散估计值的方法包括：
将
作为所述色散估计值；或者，
选择
或者
对所述待估计信号进行色散均衡处理后，重新计算得到色散均衡后的色散估计绝对值；当色散均衡后的色散估计绝对值小于阈值时，将选择的数值作为所述色散估计值；否则，将未被选择的数值作为所述色散估计值，其中，阈值＝0.1*选择的数值；或者，
分别使用
和
对所述待估计信号进行色散均衡处理后，计算得到相应的代价函数的数值；将得到较小的代价函数的数值所对应的数值的
或者
作为所述色散估计值。
4.如权利要求1所述的色散估计方法，其特征在于：所述特征值为所述M个数据的总和、平均值、最大值或者最小值。
5.如权利要求1所述的色散估计方法，其特征在于，计算所述自相关函数的方法包括：
基于所有所述分块的特征值计算得到一组时域信号序列；
通过快速付里叶变换将时域信号序列变换为频域信号序列，并求取频域信号序列的模方以获得对应的频谱；
通过快速付里叶逆变换将频谱变换到时域，得到所述自相关函数。
6.一种色散估计装置，其特征在于，其包括：
色散估计器，其用于将待估计信号的时域功率波形平均划分为多个分块后，计算每个分块的特征值，其中，每个分块包括M个数据，且M≥2；基于所述特征值计算得到所述时域功率波形的自相关函数，并根据自相关函数的峰值脉冲位置计算输出色散估计值；
主控制器，其用于控制色散估计器；
所述装置还包括：
抽头查找表，其根据色散值计算并配置抽头系数，色散值包括预先设置的色散初始值CD0，-a≤CD0≤a，a为正实数；
色散均衡器，其用于使用抽头系数对所述待估计信号进行色散均衡预处理后输出；
所述主控制器还用于控制抽头查找表和色散均衡器；
所述色散估计器还用于根据所述自相关函数的第二个峰值脉冲位置计算色散估计绝对值，并确定色散估计值为
或者
其中，
CD为色散估计绝对值。
7.如权利要求6所述的色散估计装置，其特征在于：
所述主控制器或者所述色散估计器用于将
作为所述色散估计值；或者，
所述色散估计器用于将选择的
或者
作为所述色散值输出到所述抽头查找表；还用于对经过所述色散均衡器色散均衡处理后的所述待估计信号重新计算色散估计绝对值；所述主控制器或色散估计器用于当色散均衡后的色散估计绝对值小于阈值时，将选择的数值作为所述色散估计值；否则，将未被选择的数值作为所述色散估计值，其中，阈值＝0.1*选择的数值；或者，
所述主控制器或者色散估计器还用于将
和
作为所述色散值分别输出到所述抽头查找表；对经过所述色散均衡器色散均衡处理后的所述待估计信号，计算得到相应的代价函数；将具有较小的代价函数的数值的
或者
作为所述色散估计值。
8.如权利要求6所述的色散估计装置，其特征在于，所述色散估计器包括：
整形滤波器，其用于对所述待估计信号进行整形滤波；
分块混叠器，其用于对整形滤波后的数据信号求得所述时域功率波形，并以M个数据为分块长度，将所述时域功率波形划分为多个所述分块，计算每个所述分块的特征值得到一组时域信号序列；
时-频域变换器，其用于通过快速付里叶变换将时域信号序列变换为频域信号序列，求取频域信号序列的模方以获得对应的频谱；
频-时域变换器，其用于通过快速付里叶逆变换将频谱变换到时域，得到所述自相关函数；
峰值位置检测器，其用于找到所述自相关函数的第二个峰值脉冲位置；
色散计算模块，其用于根据第二个峰值脉冲位置计算得到所述色散估计值；
色散输出模块，其用于输出所述色散估计值。
9.一种光接收机，其特征在于：所述光接收机包括如权利要求6至8任一项所述的色散估计装置。
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