CN110896384B - 频偏估计补偿方法、装置、通信设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种频偏估计补偿方法、装置、通信设备及存储介质，通过确定接收信号中第K个码元大组内各码元小组码元的搜索角，然后根据码元小组内码元的搜索角确定码元小组的小组频偏估计及第K个码元大组的频偏估计，并根据第K个码元大组的频偏估计实现对接收信号中第K+1个码元大组进行频偏补偿。由于码元大组中一个码元小组内的各码元间，相位噪声能够被视为相同，因此，在确定该码元小组的小组频偏估计时，码元的相位噪声可以被直接抵消，从而使得信号接收端可以基于码元的搜索角计算出小组频偏估计，进而得到码元大组的频偏估计。这种频偏估计方案精度更高，复杂度更低，有利于在减小接收端频偏补偿处理复杂度的同时，提升系统性能。

Description

频偏估计补偿方法、装置、通信设备及存储介质

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种频偏估计补偿方法、装置、通信设备及存储介质。

背景技术

在相干光通信系统中，由于不能保证发射端激光器和接收端激光器的光载波波长完全一致，因此，在接收端会产生一定的频率偏移。载波频偏会导致系统性能严重劣化，所以，正确地估计频率偏移的大小并进行对应的补偿对保证系统性能和通信质量是非常重要的。

现有的频偏估计及频偏补偿算法普遍补偿精度不高，所以现在亟需提供一种新的频偏估计、补偿方案。

发明内容

本发明实施例提供的频偏估计补偿方法、装置、通信设备及存储介质，主要解决的技术问题是：提供一种频偏估计、补偿方案，以解决现有频偏估计、频偏补偿方案补偿精度不高，影响系统性能的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种频偏估计补偿方法，包括：

确定接收信号中第K个码元大组内各码元小组码元的搜索角，一个码元小组由至少两个相位噪声能视为相同的码元构成，码元大组内包括至少一个码元小组；K大于等于1；

根据码元小组内码元的搜索角确定码元小组的小组频偏估计；

根据各码元小组的小组频偏估计确定第K个码元大组的频偏估计；

根据第K个码元大组的频偏估计对接收信号中第K+1个码元大组进行频偏补偿。

本发明实施例还提供一种频偏估计补偿装置，包括：

搜索角确定模块，用于确定接收信号中第K个码元大组内各码元小组码元的搜索角，一个码元小组由至少两个相位噪声能视为相同的码元构成，码元大组内包括至少一个码元小组；K大于等于1；

小组频偏估计模块，用于根据码元小组内码元的搜索角确定码元小组的小组频偏估计；

大组频偏估计模块，用于根据各码元小组的小组频偏估计确定第K个码元大组的频偏估计；

频偏补偿模块，用于根据第K个码元大组的频偏估计对第K+1个码元大组进行频偏补偿。

本发明实施例还提供一种通信设备，该通信设备包括处理器、存储器及通信总线；

通信总线用于实现处理器和存储器之间的连接通信；

处理器用于执行存储器中存储的一个或者多个程序，以实现上述的频偏估计补偿方法的步骤。

本发明实施例还提供一种存储介质，存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上的频偏估计补偿方法的步骤。

本发明的有益效果是：

根据本发明实施例提供的频偏估计补偿方法、装置、频偏估计补偿装置及存储介质，通过确定接收信号中第K个码元大组内各码元小组码元的搜索角，然后根据码元小组内码元的搜索角确定码元小组的小组频偏估计，在确定各码元小组的小组频偏估计的基础上确定出第K个码元大组的频偏估计，并根据第K个码元大组的频偏估计实现对接收信号中第K+1个码元大组进行频偏补偿。由于码元大组中一个码元小组内的各码元之间，相位噪声能够被视为相同，因此，在确定该码元小组的小组频偏估计时，码元的相位噪声可以被直接抵消，从而使得信号接收端可以基于码元的搜索角计算出小组频偏估计，进而得到码元大组的频偏估计。这种频偏估计方案相对于现有方案，精度更高，复杂度更低，有利于在减小接收端频偏补偿处理复杂度的同时，提升系统性能，保证接收端与发送端的通信质量。

本发明其他特征和相应的有益效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分有益效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。

附图说明

图1为本发明实施例一中提供的一种频偏估计补偿方法的流程图；

图2为本发明实施例二中提供的一种频偏估计补偿方法的流程图；

图3为本发明实施例二中提供的频偏估计方案同Vertebi-Vertebi算法的频偏估计性能对比示意图；

图4为本发明实施例三中提供的一种频偏估计补偿方法的流程图；

图5为本发明实施例四中提供的一种频偏估计补偿装置的结构示意图；

图6为本发明实施例五中提供的一种频偏估计补偿装置的结构示意图；

图7为本发明实施例六中提供的一种通信设备的一种硬件结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

目前主流的频偏估计补偿算法有V-V(Vertebi-Vertebi，维特比-维特比)算法，FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换)算法等。V-V算法适用于QPSK(Quadrature Phase Shift Keyin，正交相移键控)调制格式，但是对于高阶QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制)补偿能力有限。FFT算法对调制格式透明，但是算法复杂度太高，不利于硬件实现。所以，本实施例提供一种新的频偏补偿方案，请参见图1示出的频偏估计补偿方法的流程图：

S102：确定接收信号中第K个码元大组内各码元小组码元的搜索角。

这里所说的码元大组是指包括多个码元的码元组，在本实施例的一些示例中，码元大组可以指“帧”，一个码元大组也即一个信号帧。可以理解的是，通信设备从发送端接收到的接收信号中，至少包括一个码元大组，而在通常情况下，接收信号中应当包括多个码元大组。这里，将接收信号中第K隔接收频偏补偿处理的码元大组称为第K个码元大组，将第K+1个接收频偏补偿处理的码元大组称为第K+1个码元大组，这里K的大于等于1。

码元小组是指码元大组下一种码元分组的划分方式，所以，一个码元大组中至少包括一个码元小组。在本实施例中，一个码元小组由至少两个相位噪声可以视为相同的码元构成。可以理解的是，一个码元小组中，各码元的相位噪声不可能完全一致，但是因为码元相近，因此相位噪声相差不大，因此，可以被视为相同，例如，在一个示例当中，码元大组为帧，在一个信号帧中，可以包括6400个码元，而每一个码元小组中可以包括64个连续的码元，所以，在一个信号帧中可以包括100个码元小组。其中一个码元小组中64个码元的相位噪声都可以近似表示为θ_φ。

在本实施例中，通信设备在对接收信号进行处理的时候，可以根据BPS(BlindPhase Search，盲相位搜索)算法确定码元小组中码元的搜索角。在本实施例的一些示例当中，通信设备在确定码元小组中码元搜索角的时候，可以计算确定每一个码元的搜索角，例如，假定一个信号帧中存在100个码元小组，而每一个码元小组中又都包括有64个码元，则针对每一个码元小组，通信设备需要确定出64个码元的搜索角，对于整个信号帧，通信设备需要计算出6400个码元的搜索角，这6400个码元的搜索角可以依次被表示为φ₁,φ₂,φ₃,φ₄……φ₆₄₀₀。

在本实施例的另一些示例当中，通信设备在确定第K个码元大组内各码元小组中码元搜索角的时候，可以不必计算出全部的码元的搜索角，因为，在后续计算过程中，可能并不需要用到所有码元的搜索角：例如，在一种示例当中，针对一个码元小组，通信设备只需要计算出其首尾两个码元的搜索角即可。假定第K个码元大组中包括第q个码元小组，该码元小组中共有m个码元，则通信设备可以只需要计算出该码元小组中第一个码元的搜索角φ₁以及该码元中最后一个码元的搜索角φ_m。毫无疑义的是，通信设备计算搜索角所针对的码元也不限于码元小组中首尾码元，也可以是码元小组中任意的至少两个码元。

当然，可以理解的是，通信设备确定各码元搜索角的方式也不限于BPS一种，在其他一些示例中，通信设备也可以根据其他算法来确定各码元的搜索角。

S104：根据码元小组内码元的搜索角确定该码元小组的小组频偏估计。

通信设备确定出某一个码元小组中码元的搜索角之后，可以确定该码元小组的小组频偏估计。下面以通信设备确定第K个码元大组中的第q个码元小组的小组频偏估计为例进行说明：

第q个码元小组包括m个码元，其中，第n个码元的频偏相位、相位噪声以及搜索角满足以下关系：

n*θ_f+θ_φ＝φ_n

可以理解的是，n应当大于等于1，小于等于m。

由于一个码元小组中各码元的相位噪声θ_φ可以视为相同，因此，在本实施例中，第q个码元小组中各码元的频偏相位、相位噪声以及搜索角之间的关系可以分别作如下表示：

θ_f+θ_φ＝φ₁                        (1)

2θ_f+θ_φ＝φ₂                       (2)

…

m*θ_f+θ_φ＝φ_m                     (m)

根据上述式(1)至式(m)，可以推导得出：

因此，第q个码元小组的小组频偏估计Δf_q可以表示为

其中，φ_m为第q个码元小组中第m个码元的搜索角，φ₁为第q个码元小组中第1个码元的搜索角，R_s为接收信号的波特率。

S106：根据各码元小组的小组频偏估计确定第K个码元大组的频偏估计。

确定出第K个码元大组中各码元小组的小组频偏估计之后，可以根据各码元小组的频偏估计确定出第K个码元大组的频偏估计：在本实施例的一种示例当中，通信设备可以对第K个码元大组中各码元小组的小组频偏估计进行均值计算，从而得到小组频偏估计均值，然后将小组频偏估计均值作为第K个码元大组的频偏估计。在本实施例的另一种示例当中，通信设备可以先对各码元小组的小组频偏估计进行筛选，剔除其中部分离群点之后再对剩余小组频偏估计取均值，并将得到的均值作为第K个码元大组的频偏估计。除了通过计算均值的方式确定第K个码元大组的频偏估计以外，通信设备还可以在确定出个码元小组的小组频偏估计之后，不经计算，直接从中选择一个中等取值的小组频偏估计作为第K个码元大组的频偏估计。

如果在一个码元大组中仅包括一个码元小组，则通信设备在计算出该码元小组的小组频偏估计之后，可以直接将该小组频偏估计作为该码元大组的频偏估计。

S108：根据第K个码元大组的频偏估计对接收信号中第K+1个码元大组进行频偏补偿。

通信设备计算出接收信号中第K个码元大组的频偏估计之后，可以对接收第K+1个码元大组进行频偏补偿。这里介绍一种具体的频偏补偿方案，通信设备可以根据以下公式对第K+1个码元大组进行频偏补偿：

S(K+1)表征频偏补偿前的第K+1个码元大组，S^′(K+1)表征频偏补偿后的第K+1个码元大组；Δf为第K个码元大组的频偏估计，R_s为接收信号的波特率。

通信设备根据第K个码元大组的频偏估计对第K+1个码元大组进行频偏补偿，实际上就是根据前一个码元大组的频偏估计第后一个码元大组进行频偏补偿：当K等于1的时候，通信设备就是根据第一个码元大组的频偏估计对第二个码元大组进行频偏补偿；当K等于2的时候，通信设备就是根据第二个码元大组的频偏估计对第三个码元大组进行频偏补偿……依次类推，直到根据接收信号中倒数第二个码元大组的频偏估计完成对接收信号中的最后一个码元大组的频偏补偿。

可以理解的是，当K大于1的时候，在计算第K个码元大组的频偏估计时，第K个码元大组是已经经历过频偏补偿的：第K个码元大组已经根据第K-1个码元大组的频偏估计进行过频偏补偿。所以，确定第K个码元大组的频偏估计，实际上就是计算第K个码元大组经频偏补偿后的残余频偏。对第K+1个码元大组进行频偏补偿，实际上也就是根据地K个码元大组的残余频偏对第K+1个码元大组进行频偏补偿。

本实施例介绍的频偏估计补偿方法，利用一个码元小组中各码元的相位噪声接近，可视为相同的特点，在根据BPS算法确定出码元的搜索角之后，基于搜索角确定出该码元小组的小组频偏估计，再根据多个码元小组的小组频偏估计确定出一个码元大组的频偏估计，进而根据该频偏估计对下一个码元大组进行频偏补偿，然后再对已经频偏补偿的码元大组重复该处理过程，依次循环，就可以实现对接收信号中所有码元大组的频偏补偿处理，这种频偏估计、频偏补偿方案处理复杂度低，但是相较于现有V-V算法，精度却可以得到极大的提升。

实施例二：

本实施例将在实施例一的基础上继续对本发明提供的频偏估计补偿方法进行介绍：

前述实施例中提供的频偏估计方案能够对较为细小的频偏进行估计，从而使得频偏估计及频偏补偿精度达到较高的精度。为了便于介绍，这里将实施例一种提供的频偏估计方案称为“细频偏估计方案”。不过细频偏估计方案虽然具有估计精度较高的优点，但这种算法对频偏估计的范围相对较小，所以，如果接收信号的频偏尚且较高，则不太适用采用这种方案进行频偏补偿估计。在本实施例的一种示例中，在采用细频偏估计方案对码元大组进行频偏估计前，需要保证当前的残余频偏已经小于预设频偏阈值。也就是说，在根据细频偏估计方案确定第K个码元大组的频偏估计前，需要先保证第K-1个码元大组的频偏估计(也即第K-1个码元大组经历频偏补偿后的残余频偏)小于预设频偏阈值。

如果经过判断，确定第K-1个码元大组的频偏估计大于等于预设频偏阈值，则说明接收信号当前的频偏尚不在可以采用细频偏估计方案的范围内，对于这种情况，本实施例还提供一种方案：

如果确定第K-1个码元大组的频偏估计大于等于预设频偏阈值，则通信设备在采用第K-1个码元大组的频偏估计对第K个码元大组进行频偏补偿后，可以根据Vertebi-Vertebi算法、FFT算法中的至少一种来确定第K个码元大组的频偏估计。由于Vertebi-Vertebi算法、FFT算法能够估计的频偏范围较大，但精度不高，因此，为了和前述细频偏估计方案区分，这里将根据这一类算法进行频偏估计的方案称为“粗频偏估计方案”。在根据粗频偏估计方案确定出第K个码元大组的频偏估计后，根据第K个码元大组的频偏估计对第K+1个码元大组进行频偏补偿。

图2示出了频偏估计补偿方法的另一种流程图，假定接收信号中以供有Q个码元大组，Q为大于1的正整数：

S202：判断第K-1个码元大组的频偏估计是否小于预设频偏阈值。

若判断结果为是，则进入S204，否则进入S206。

可以理解的是，当K取值为1的时候，由于并不存在第K-1个码元大组，因此，在本实施例的一些示例当中，当K取值为1的时候，可以不必执行S202，而直接执行S204或者是执行S206。考虑到接收信号中第一个码元大组完全没有经过频偏补偿，因此频偏通常较大，所以，在本实施例中，当K取值为1的时候，可以执行S206。

可以理解的是，当K大于2时，第K-1个码元大组的频偏估计指的应当是经历过频偏补偿后的参与频偏；但当第K-1个码元大组实际是指第1个码元大组时，也即K等于2的时候，第K-1个码元大组的频偏估计是指未经频偏补偿的频偏估计，也即第1个码元大组本身的频偏估计。

S204：根据细频偏估计方案对第K个码元大组进行频偏估计。

如果经过判断确定第K-1个码元大组的频偏估计小于预设频偏阈值，则在根据第K-1个码元大组的频偏估计对第K个码元大组进行频偏补偿之后，通信设备可以采用前述实施例中介绍的细频偏估计方案对第K个码元大组进行频偏估计：通信设备可以先采用BPS算法确定第K个码元大组中各码元小组内码元的搜索角，然后基于确定出的搜索角确定个码元小组的小组频偏估计，然后根据各小组频偏估计却行第K个码元大组的频偏估计。

S206：根据粗频偏估计方案对第K个码元大组进行频偏估计。

如果经过判断确定第K-1个码元大组的频偏估计大于等于预设频偏阈值，则在根据第K-1个码元大组的频偏估计对第K个码元大组进行频偏补偿之后，通信设备可以采用前述实施例中介绍的粗频偏估计方案对第K个码元大组进行频偏估计，这里先介绍通信设备根据Vertebi-Vertebi算法对第K个码元大组进行频偏估计过程：

假定第K个码元大组中包括有N个码元，通过对相邻两个的码元做共轭相乘，以及四次方运算可以消除码元所携带的相位信息和激光器导致的相位噪声：

C(k)＝[S(k)·S^*(k-1)]⁴

其中，S(k-1)表征第K个码元大组中第k-1个码元，S(k)表征第K个码元大组中第k个码元。

然后对多个C(k)进行求和平均，消除白噪声的影响，这样可以得到第K个码元大组的频偏估计：

其中R_s为接收信号的波特率，N表示第K个码元大组中码元的数目，用于arg表示取幅角运算。

下面还介绍一种根据FFT算法进行粗频偏估计的方案：

通过运算获得数据码元四次方的频谱并且对其分析发现，在频率为4*△f处存在最大的频谱分量，因此第K个码元大组的频偏估计△f可以通过搜寻数据码元四次方后的频谱的最大频谱分量求得，表达式如下：

Δf＝1/4max{FFT(S⁴(k))}

S208：根据第K个码元大组的频偏估计对第K+1个码元大组进行频偏补偿。

在确定出第K个码元大组的频偏估计后，可以根据第K个码元大组的频偏估计对第K+1个码元大组进行频偏补偿。可选地，通信设备可以根据以下公式对第K+1个码元大组进行频偏补偿：

S(K+1)表征频偏补偿前的第K+1个码元大组，S′(K+1)表征频偏补偿后的第K+1个码元大组；Δf为第K个码元大组的频偏估计，R_s为接收信号的波特率。

S210：判断K+1是否小于等于Q。

在对第K+1个码元大组进行频偏补偿处理之后，需要根据第K+1个码元大组是否是接收信号中的最后一个码元大组来确定当前是否还存在其他码元大组待频偏补偿。所以，通信设备需要确定当前是否还存在待频偏处理的码元大组，也即K+1的取值是否小于等于接收信号中码元大组的总数Q，若判断结果为是，则进入S212，否则，结束流程。

S212：将K的取值递增1。

在对第K+1个码元大组的进行频偏补偿之后，需要对第K+1个码元大组之后的码元大组进行频偏估计补偿处理，所以，在此时可以将K的取值按照公差1进行一次递增。对K的取值进行递增之后，需要继续循环之间的流程，因此，通信设备执行S202。

本实施例提供的频偏估计补偿方法，在接收信号的频偏较大的情况下，采用FFT算法、Vertebi-Vertebi算法等粗频偏估计方案对已经频偏补偿的前一码元大组进行频偏估计，然后根据确定出的频偏估计对后一个码元大组进行频偏补偿，这样可以利用FFT、Vertebi-Vertebi等算法频偏估计范围大的特点，实现接收信号频偏的快速收敛，从而使得接收信号的频偏收敛到一个较小的范围内。随后，通信设备利用基于BPS算法的细频偏估计方案对已经频偏补偿的前一码元大组进行频偏估计，然后根据确定出的频偏估计对后一个码元大组进行频偏补偿，从而保证对码元大组频偏估计的准确性，提升频偏补偿的精确程度。通常，单纯采用Vertebi-Vertebi算法进行频偏估计及频偏补偿，其精度只能到达10MHz左右，但是根据本实施例提供的频偏估计补偿方法，精度可以达到1MHz。图3示出了传统Vertebi-Vertebi算法和本实施例中频偏估计方案的性能比对：

图3虚线左侧示出的是采用Vertebi-Vertebi算法进行频偏估计的误差，而虚线右侧是采用本实施例方案进行频偏估计的误差。从图3可以明显看出本实施例提供的频偏估计补偿方法的频偏估计精度更高。

这样，所以，本实施例提供的频偏估计补偿方法综合利用了粗频偏估计方案的频偏收敛快的优点，和细频偏估计方案频偏估计精度高的优点。

实施例三：

本实施例将继续在前述实施例的基础上对频偏估计补偿方法进行介绍，假定码元大组为帧，并且假定每一个码元小组中包括64个码元，请参见图4所示出的频偏估计补偿方法的流程图：

S402：对接收信号进行前端数字信号处理。

这里所谓的前端数字信号处理包括时延调整，去直流，色散补偿，时钟同步，偏振解复用等处理，经过前端数字信号处理，可以得到带有频偏和相位噪声的接收信号。

S404：判断接收信号是否是由预设发送端发送。

若判断结果为是，则进入S406，否则先执行S408。

可以理解的是，在一些通信场景下，发送端和接收端的激光器频偏比较小，即使未经频偏估计，也能够确定二者之间频偏不大，在这种情况下，可以直接采用细频偏估计方案对信号帧进行频偏估计及补偿。例如，在数据中心中，数据发端与数据收端间的频偏就不大。因此，如果信号接收端能够确定当前接收到的信号是由那些与本端激光器频偏不大的发送端发送，则接收端可以直接采用细频偏估计方案进行频偏估计，而不必先采用粗频偏估计方案进行频偏估计及补偿，直到频偏小于预设频偏阈值之后采用细频偏估计方案对码元大组进行频偏估计。

S406：采用细频偏估计方案对第K个信号帧进行频偏估计。

对于信号帧中的某一个码元小组，其一共包括64个码元，通信设备可以先根据BPS算法确定出每一个码元对应的搜索角。其中，第1个码元的频偏相位θ_f、相位噪声θ_φ以及搜索角φ₁满足如下关系：

θ_f+θ_φ＝φ₁

第2～64个码元的频偏相位、相位噪声以及搜索角依次满足如下关系：

2θ_f+θ_φ＝φ₂

…

64*θ_f+θ_φ＝φ₆₄

这里近似认为这64个码元的相位噪声一样或者变化很小，因此可以计算出这一码元小组的小组频偏估计为：

假定第K个信号帧中一共有10个码元小组，且经过计算，这10个码元小组的小组频偏估计分别为Δf₁，Δf₂…Δf₁₀，则第K个信号帧的频偏估计为：

S408：采用粗频偏估计方案对第K个信号帧进行频偏估计。

如果经过判断确定接收信号不是由预设发送端发送的，其当前的频偏估计可能比较大(频偏估计大于等于预设频偏阈值)，因此可以采用FFT、Vertebi-Vertebi等算法进行频偏估计，以便实现接收信号频偏的快速收敛稳定。对于采用粗频偏估计方案对第K个码元大组进行频偏估计的具体过程，请参见前述实施例的介绍，这里不再赘述。

S410：根据第K个信号帧的频偏估计对第K+1个信号帧进行频偏补偿。

对于频偏补偿具体实现，前述实施例中已经做了比较具体的介绍，这里不再赘述。

S412：判断K+1是否小于Q。

在对第K+1个信号帧进行频偏补偿处理之后，需要根据第K+1个信号帧是否是接收信号中的最后一个信号帧来确定当前是否还存在其他信号帧待频偏补偿。所以，通信设备需要确定当前是否还存在待频偏处理的信号帧，也即K+1的取值是否小于等于接收信号中信号帧的总数Q，若判断结果为否，则进入S414，否则，结束流程。

S414：将K的取值递增1。

在对第K+1个信号帧的进行频偏补偿之后，需要对第K+1个信号帧之后的信号帧进行频偏估计补偿处理，所以，在此时可以将K的取值按照公差1进行一次递增。

S416：判断第K-1个信号帧的频偏是否小于预设频偏阈值。

若判断结果为是，则进入S406，否则进入S408，如此循环，直至处理完接收信号中所有的信号帧。

本实施例提供的频偏估计补偿方法，具有处理复杂度低，频偏估计收敛速度快，频偏补偿精度高的优点。

实施例四：

本实施例提供一种频偏估计补偿装置，请参见图5示出的频偏估计补偿装置50的结构示意图：

频偏估计补偿装置50包括搜索角确定模块502、小组频偏估计模块504、大组频偏估计模块506以及频偏补偿模块508，其中，搜索角确定模块502用于确定接收信号中第K个码元大组内各码元小组码元的搜索角；小组频偏估计模块504用于根据码元小组内码元的搜索角确定码元小组的小组频偏估计；大组频偏估计模块506用于根据各码元小组的小组频偏估计确定第K个码元大组的频偏估计；频偏补偿模块508用于根据第K个码元大组的频偏估计对第K+1个码元大组进行频偏补偿。

这里所说的码元大组是指包括多个码元的码元组，在本实施例的一些示例中，码元大组可以指“帧”，一个码元大组也即一个信号帧。可以理解的是，频偏估计补偿装置50从发送端接收到的接收信号中，至少包括一个码元大组，而在通常情况下，接收信号中应当包括多个码元大组。这里，将接收信号中第K隔接收频偏补偿处理的码元大组称为第K个码元大组，将第K+1个接收频偏补偿处理的码元大组称为第K+1个码元大组，这里K的大于等于1。

码元小组是指码元大组下一种码元分组的划分方式，所以，一个码元大组中至少包括一个码元小组。在本实施例中，一个码元小组由至少两个相位噪声可以视为相同的码元构成。可以理解的是，一个码元小组中，各码元的相位噪声不可能完全一致，但是因为码元相近，因此相位噪声相差不大，因此，可以被视为相同，例如，在一个示例当中，码元大组为帧，在一个信号帧中，可以包括6400个码元，而每一个码元小组中可以包括64个连续的码元，所以，在一个信号帧中可以包括100个码元小组。其中一个码元小组中64个码元的相位噪声都可以近似表示为θ_φ。

在本实施例中，频偏估计补偿装置50在对接收信号进行处理的时候，搜索角确定模块502可以根据BPS算法确定码元小组中码元的搜索角。在本实施例的一些示例当中，搜索角确定模块502在确定码元小组中码元搜索角的时候，可以计算确定每一个码元的搜索角，例如，假定一个信号帧中存在100个码元小组，而每一个码元小组中又都包括有64个码元，则针对每一个码元小组，搜索角确定模块502需要确定出64个码元的搜索角，对于整个信号帧，搜索角确定模块502需要计算出6400个码元的搜索角，这6400个码元的搜索角可以依次被表示为φ₁,φ₂,φ₃,φ₄……φ₆₄₀₀。

在本实施例的另一些示例当中，搜索角确定模块502在确定第K个码元大组内各码元小组中码元搜索角的时候，可以不必计算出全部的码元的搜索角，因为，在后续计算过程中，可能并不需要用到所有码元的搜索角：例如，在一种示例当中，针对一个码元小组，搜索角确定模块502只需要计算出其首尾两个码元的搜索角即可。假定第K个码元大组中包括第q个码元小组，该码元小组中共有m个码元，则搜索角确定模块502可以只需要计算出该码元小组中第一个码元的搜索角φ₁以及该码元中最后一个码元的搜索角φ_m。毫无疑义的是，搜索角确定模块502计算搜索角所针对的码元也不限于码元小组中首尾码元，也可以是码元小组中任意的至少两个码元。

当然，可以理解的是，搜索角确定模块502确定各码元搜索角的方式也不限于BPS一种，在其他一些示例中，搜索角确定模块502也可以根据其他算法来确定各码元的搜索角。

搜索角确定模块502确定出某一个码元小组中码元的搜索角之后，小组频偏估计模块504可以确定该码元小组的小组频偏估计。下面以小组频偏估计模块504确定第K个码元大组中的第q个码元小组的小组频偏估计为例进行说明：

第q个码元小组包括m个码元，其中，第n个码元的频偏相位、相位噪声以及搜索角满足以下关系：

n*θ_f+θ_φ＝φ_n

可以理解的是，n应当大于等于1，小于等于m。

由于一个码元小组中各码元的相位噪声θ_φ可以视为相同，因此，在本实施例中，第q个码元小组中各码元的频偏相位、相位噪声以及搜索角之间的关系可以分别作如下表示：

θ_f+θ_φ＝φ₁                        (1)

2θ_f+θ_φ＝φ₂                       (2)

…

m*θ_f+θ_φ＝φ_m                     (m)

根据上述式(1)至式(m)，可以推导得出：

因此，小组频偏估计模块504可以确定第q个码元小组的小组频偏估计Δf_q为

其中，φ_m为第q个码元小组中第m个码元的搜索角，φ₁为第q个码元小组中第1个码元的搜索角，Rs为接收信号的波特率。

小组频偏估计模块504确定出第K个码元大组中各码元小组的小组频偏估计之后，大组频偏估计模块506可以根据各码元小组的频偏估计确定出第K个码元大组的频偏估计：在本实施例的一种示例当中，大组频偏估计模块506可以对第K个码元大组中各码元小组的小组频偏估计进行均值计算，从而得到小组频偏估计均值，然后将小组频偏估计均值作为第K个码元大组的频偏估计。在本实施例的另一种示例当中，大组频偏估计模块506可以先对各码元小组的小组频偏估计进行筛选，剔除其中部分离群点之后再对剩余小组频偏估计取均值，并将得到的均值作为第K个码元大组的频偏估计。除了通过计算均值的方式确定第K个码元大组的频偏估计以外，大组频偏估计模块506还可以在确定出个码元小组的小组频偏估计之后，不经计算，直接从中选择一个中等取值的小组频偏估计作为第K个码元大组的频偏估计。

如果在一个码元大组中仅包括一个码元小组，则大组频偏估计模块506在计算出该码元小组的小组频偏估计之后，可以直接将该小组频偏估计作为该码元大组的频偏估计。

大组频偏估计模块506计算出接收信号中第K个码元大组的频偏估计之后，频偏补偿模块508可以对接收第K+1个码元大组进行频偏补偿。这里介绍一种具体的频偏补偿方案，频偏补偿模块508可以根据以下公式对第K+1个码元大组进行频偏补偿：

S(K+1)表征频偏补偿前的第K+1个码元大组，S′(K+1)表征频偏补偿后的第K+1个码元大组；Δf为第K个码元大组的频偏估计，R_s为接收信号的波特率。

频偏补偿模块508根据第K个码元大组的频偏估计对第K+1个码元大组进行频偏补偿，实际上就是根据前一个码元大组的频偏估计第后一个码元大组进行频偏补偿：当K等于1的时候，频偏补偿模块508就是根据第一个码元大组的频偏估计对第二个码元大组进行频偏补偿；当K等于2的时候，频偏补偿模块508就是根据第二个码元大组的频偏估计对第三个码元大组进行频偏补偿……依次类推，直到根据接收信号中倒数第二个码元大组的频偏估计完成对接收信号中的最后一个码元大组的频偏补偿。

可以理解的是，当K大于1的时候，在计算第K个码元大组的频偏估计时，第K个码元大组是已经经历过频偏补偿的：第K个码元大组已经根据第K-1个码元大组的频偏估计进行过频偏补偿。所以，确定第K个码元大组的频偏估计，实际上就是计算第K个码元大组经频偏补偿后的残余频偏。对第K+1个码元大组进行频偏补偿，实际上也就是根据地K个码元大组的残余频偏对第K+1个码元大组进行频偏补偿。

本实施例中提供的频偏估计补偿装置50可以部署在通信设备上，其中搜索角确定模块502、小组频偏估计模块504、大组频偏估计模块506以及频偏补偿模块508的功能都可以由通信设备的处理实现。

本实施例介绍的频偏估计补偿装置，利用一个码元小组中各码元的相位噪声接近，可视为相同的特点，在根据BPS算法确定出码元的搜索角之后，基于搜索角确定出该码元小组的小组频偏估计，再根据多个码元小组的小组频偏估计确定出一个码元大组的频偏估计，进而根据该频偏估计对下一个码元大组进行频偏补偿，然后再对已经频偏补偿的码元大组重复该处理过程，依次循环，就可以实现对接收信号中所有码元大组的频偏补偿处理，这种频偏估计、频偏补偿方案处理复杂度低，但是相较于现有V-V算法，精度却可以得到极大的提升。

实施例五：

本实施例将在实施例四的基础上继续对本发明提供的频偏估计补偿装置进行介绍：

前述实施例中提供的频偏估计方案能够对较为细小的频偏进行估计，从而使得频偏估计及频偏补偿精度达到较高的精度。为了便于介绍，这里将实施例一种提供的频偏估计方案称为“细频偏估计方案”。不过细频偏估计方案虽然具有估计精度较高的优点，但这种算法对频偏估计的范围相对较小，所以，如果接收信号的频偏尚且较高，则不太适用采用这种方案进行频偏补偿估计。在本实施例的一种示例中，在采用细频偏估计方案对码元大组进行频偏估计前，需要保证当前的残余频偏已经小于预设频偏阈值。也就是说，在根据细频偏估计方案确定第K个码元大组的频偏估计前，需要先保证第K-1个码元大组的频偏估计(也即第K-1个码元大组经历频偏补偿后的残余频偏)小于预设频偏阈值。

如果经过判断，确定第K-1个码元大组的频偏估计大于等于预设频偏阈值，则说明接收信号当前的频偏尚不在可以采用细频偏估计方案的范围内，对于这种情况，本实施例还提供一种方案：

如果确定第K-1个码元大组的频偏估计大于等于预设频偏阈值，则频偏估计补偿装置在采用第K-1个码元大组的频偏估计对第K个码元大组进行频偏补偿后，可以根据Vertebi-Vertebi算法、FFT算法中的至少一种来确定第K个码元大组的频偏估计。由于Vertebi-Vertebi算法、FFT算法能够估计的频偏范围较大，但精度不高，因此，为了和前述细频偏估计方案区分，这里将根据这一类算法进行频偏估计的方案称为“粗频偏估计方案”。在根据粗频偏估计方案确定出第K个码元大组的频偏估计后，根据第K个码元大组的频偏估计对第K+1个码元大组进行频偏补偿。

下面请结合图6示出的一种频偏估计补偿装置的结构示意图：

频偏估计补偿装置60包括频偏判断模块600、粗频偏估计模块602、细频偏估计模块604以及频偏补偿模块606。

频偏判断模块600用于判断第K-1个码元大组的频偏估计是否小于预设频偏阈值，粗频偏估计模块602用于在频偏判断模块600的判断结果为否时，采用Vertebi-Vertebi、FFT等算法对第K个码元大组进行频偏估计；而细频偏估计模块604用于在频偏判断模块600的判断结果为是时，采用实施例一种提供的细频偏估计方案确定第K个码元大组的频偏估计。细频偏估计模块604中包括搜索角确定模块6042、小组频偏估计模块6044以及大组频偏估计模块6046。搜索角确定模块6042、小组频偏估计模块6044以及大组频偏估计模块6046的功能同实施例四中搜索角确定模块、小组频偏估计模块以及大组频偏估计模块的功能相同。频偏补偿模块606根据第K个码元大组的频偏估计对第K+1个码元大组进行频偏补偿。

频偏估计补偿装置60实现频偏估计补偿方法的具体过程请参见前述实施例，例如实施例二的介绍，这里不再赘述。

本实施例中提供的频偏估计补偿装置60可以部署在通信设备上，其中频偏判断模块600、粗频偏估计模块602、细频偏估计模块604以及频偏补偿模块606的功能都可以由通信设备的处理实现。

本实施例提供的频偏估计补偿装置，在接收信号的频偏较大的情况下，采用FFT算法、Vertebi-Vertebi算法等粗频偏估计方案对已经频偏补偿的前一码元大组进行频偏估计，然后根据确定出的频偏估计对后一个码元大组进行频偏补偿，这样可以利用FFT、Vertebi-Vertebi等算法频偏估计范围大的特点，实现接收信号频偏的快速收敛，从而使得接收信号的频偏收敛到一个较小的范围内。随后，频偏估计补偿装置利用基于BPS算法的细频偏估计方案对已经频偏补偿的前一码元大组进行频偏估计，然后根据确定出的频偏估计对后一个码元大组进行频偏补偿，从而保证对码元大组频偏估计的准确性，提升频偏补偿的精确程度。通常，单纯采用Vertebi-Vertebi算法进行频偏估计及频偏补偿，其精度只能到达10MHz左右，但是根据本实施例提供的频偏估计补偿装置，精度可以达到1MHz。图3示出了传统Vertebi-Vertebi算法和本实施例中频偏估计方案的性能比对：

图3左侧示出的是采用Vertebi-Vertebi算法进行频偏估计的误差，而右侧是采用本实施例方案进行频偏估计的误差。从图3可以明显看出本实施例提供的频偏估计补偿方法的频偏估计精度更高。

这样，所以，本实施例提供的频偏估计补偿装置综合利用了粗频偏估计方案的频偏收敛快的优点，和细频偏估计方案频偏估计精度高的优点。

实施例六：

本实施例先提供一种存储介质，该存储介质中可以存储有一个或多个可供一个或多个处理器读取、编译并执行的计算机程序，在本实施例中，该计算机可读存储介质可以存储有频偏估计补偿程序，该频偏估计补偿程序可供一个或多个处理器执行实现前述实施例一至实施例三中介绍的任意一种频偏估计补偿方法。

本实施例还提供一种通信设备，请参见图7示出的通信设备7的硬件结构示意图：

通信设备7包括处理器71、存储器72以及用于实现处理器71同存储器72间通信连接的通信总线73，其中存储器72可以为前述存储有频偏估计补偿程序的存储介质。处理器71可以读取存储器72中存储的频偏估计补偿程序，进行编译并执行实现实施例一至实施例三中介绍的任意一种频偏估计补偿方法：

处理器71可以先确定接收信号中第K个码元大组内各码元小组码元的搜索角，然后根据码元小组内码元的搜索角确定码元小组的小组频偏估计，并根据各码元小组的小组频偏估计确定第K个码元大组的频偏估计，最后处理器71根据第K个码元大组的频偏估计对接收信号中第K+1个码元大组进行频偏补偿。

处理器71执行频偏估计补偿程序，实现频偏估计补偿方法的具体细节请参见前述实施例的介绍，这里不再赘述。

由于码元大组中一个码元小组内的各码元之间，相位噪声能够被视为相同，因此，在确定该码元小组的小组频偏估计时，码元的相位噪声可以被直接抵消，从而使得信号接收端可以基于码元的搜索角计算出小组频偏估计，进而得到码元大组的频偏估计。通信设备采用的频偏估计方案相对于现有方案，精度更高，复杂度更低，有利于在减小接收端频偏补偿处理复杂度的同时，提升系统性能，能够保证本端与发送端的通信质量。

显然，本领域的技术人员应该明白，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件(可以用计算装置可执行的程序代码来实现)、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，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，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM,ROM,EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM，数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明实施例所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种频偏估计补偿方法，包括：

确定接收信号中第K个码元大组内各码元小组码元的搜索角，一个码元小组由至少两个相位噪声能视为相同的码元构成，所述码元大组内包括至少一个码元小组；所述K大于等于1；

根据码元小组内码元的搜索角确定所述码元小组的小组频偏估计；

根据各码元小组的小组频偏估计确定所述第K个码元大组的频偏估计；

根据所述第K个码元大组的频偏估计对所述接收信号中第K+1个码元大组进行频偏补偿；

其中，所述根据码元小组内码元的搜索角确定所述码元小组的小组频偏估计包括：

对于第K个码元大组中第q个码元小组，根据以下公式确定所述码元小组的小组频偏估计：

所述Δf_q为第q个码元小组的小组频偏估计，所述Φ_m为所述第q个码元小组中第m个码元的搜索角，所述Φ₁为所述第q个码元小组中第1个码元的搜索角，所述Rs为所述接收信号的波特率。

2.如权利要求1所述的频偏估计补偿方法，其特征在于，所述确定接收信号中第K个码元大组内各码元小组码元的搜索角包括：根据盲相位搜索BPS算法确定所述接收信号中第K个码元大组内各码元小组码元的搜索角。

3.如权利要求1所述的频偏估计补偿方法，其特征在于，所述根据各码元小组的小组频偏估计确定所述第K个码元大组的频偏估计包括：

计算各码元小组的小组频偏估计均值作为所述第K个码元大组的频偏估计。

4.如权利要求1所述的频偏估计补偿方法，其特征在于，所述根据所述第K个码元大组的频偏估计对所述接收信号中第K+1个码元大组进行频偏补偿包括：

根据以下公式对所述第K+1个码元大组进行频偏补偿：

所述S(K+1)表征频偏补偿前的第K+1个码元大组，所述S'(K+1)表征频偏补偿后的第K+1个码元大组；所述Δf为第K个码元大组的频偏估计，所述Rs为所述接收信号的波特率。

5.如权利要求1-4任一项所述的频偏估计补偿方法，其特征在于，所述确定接收信号中第K个码元大组内各码元小组码元的搜索角之前，还包括：

确定所述接收信号中第K-1个码元大组的频偏估计小于预设频偏阈值，所述K大于1；

或，

确定所述接收信号由预设发送端发送。

6.如权利要求5所述的频偏估计补偿方法，其特征在于，若确定第K-1个码元大组的频偏估计大于等于所述预设频偏阈值，则频偏估计补偿方法还包括：

在对第K个码元大组进行频偏补偿后，根据维特比-维特比Vertebi-Vertebi算法、快速傅里叶变换FFT算法中的至少一种确定所述第K个码元大组的频偏估计；

根据所述第K个码元大组的频偏估计对第K+1个码元大组进行频偏补偿。

7.一种频偏估计补偿装置，其特征在于，包括：

搜索角确定模块，用于确定接收信号中第K个码元大组内各码元小组码元的搜索角，一个码元小组由至少两个相位噪声能视为相同的码元构成，所述码元大组内包括至少一个码元小组；所述K大于等于1；

小组频偏估计模块，用于根据码元小组内码元的搜索角确定所述码元小组的小组频偏估计；

其中，所述根据码元小组内码元的搜索角确定所述码元小组的小组频偏估计包括：

对于第K个码元大组中第q个码元小组，根据以下公式确定所述码元小组的小组频偏估计：

所述Δf_q为第q个码元小组的小组频偏估计，所述Φ_m为所述第q个码元小组中第m个码元的搜索角，所述Φ₁为所述第q个码元小组中第1个码元的搜索角，所述Rs为所述接收信号的波特率；

大组频偏估计模块，用于根据各码元小组的小组频偏估计确定所述第K个码元大组的频偏估计；

频偏补偿模块，用于根据所述第K个码元大组的频偏估计对第K+1个码元大组进行频偏补偿。

8.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括处理器、存储器及通信总线；

所述通信总线用于实现处理器和存储器之间的连接通信；

所述处理器用于执行存储器中存储的一个或者多个程序，以实现如权利要求1至6中任一项所述的频偏估计补偿方法的步骤。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1至6中任一项所述的频偏估计补偿方法的步骤。

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