CN113518048B - 一种信道参数计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种信道参数计算方法及装置，包括：在信号发射端将带有预设频率的导频信号添加在星座图中的目标星座点所对应的信号点上，所述预设频率位于信道对应的预设频带的范围内；在信号接收端获取所述导频信号在正频谱上对应的频率、功率和相位，以及所述导频信号在负频谱上对应的频率、功率和相位，并利用所述正频谱上对应的频率、功率和相位以及所述负频谱上对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数。这样，通过将导频信号添加在目标星座点对应的信号点上，可以有效减少添加导频信号的信号点的数量，从而减少导频信号对信号产生的噪声，进而提高信号的传输质量。

Description

一种信道参数计算方法及装置

技术领域

本申请涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种信道参数计算方法及装置。

背景技术

在光纤通信领域，通过提升单波长信号波特率以满足相干光传输的高频谱利用率，相应的，相干光信号对应的信号谱宽增大，但是，相关光信号在光纤通信信道传输的过程中会受到信道中电、光滤波器的影响，滤波器会令信号谱宽缩小，这样就会过滤掉相干光信号中超出缩小后信号谱宽范围的信号。通常，信号接收端通过相干光信号中的时钟信号来计算信道的信道参数，并利用信道参数补偿信道的损伤，如果时钟信号的频率位于滤波器过滤掉的频率范围，则会造成时钟信号的丢失，也就无法计算信道的信道参数。

为了避免时钟信号被过滤掉，可以在相干光信号中加入导频信号，其频率通常在信号波特率一半对应的频宽内，且更加接近于0频率的导频信号，由于该导频信号的正负频谱分量均远离滤波器过滤频谱的边缘，因此，该导频信号很难被滤波器过滤掉，这样，可以利用加入的导频信号来计算信道参数，而不用担心滤波器对导频信号的影响。具体地，通过马赫-曾德尔（Mach-Zehnder Modulator，MZ）调制器或者数模转换器在信号发射端发射的信号中加入导频信号，将导频信号与信号中的每一个信号点进行线性耦合，形成一个完整的调制信号，并由信号发射端将该调制信号发射至信号接收端，由信号接收端根据调制信号中导频信号来计算信道参数。但是，这种对信号中的全部信号点耦合导频信号的方式，会对每一个信号点产生的噪声，令信号整体的噪声较大，从而影响信号的传输质量。

发明内容

本发明提供了一种信道参数计算方法及装置，在准确计算信道的信道参数的基础上，保证相干光信号的信号质量。

本发明提供了一种信道参数计算方法，包括：在信号发射端将带有预设频率的导频信号添加在星座图中的目标星座点所对应的信号点上，所述预设频率位于信道对应的预设频带的范围内；在信号接收端获取所述导频信号在正频谱对应的频率、功率和相位，以及所述导频信号在负频谱对应的频率、功率和相位，并利用所述正频谱对应的频率、功率和相位以及所述负频谱对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数。

这样，导频信号不会被信道中的滤波设备过滤掉，可以利用导频信号在频谱上对应的频率、功率以及相位来计算信道参数，进而可以利用计算得到的信道参数补偿信道的损伤。

在一种实现方式中，所述目标星座点为用户在所述星座图中指定的星座点，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点与所述目标星座点之间的欧式距离小于所述添加点与所述星座图中其余任一星座点之间的欧式距离。

这样，可以保证将导频信号添加在目标星座点上，从而减少由于添加导频信号而产生噪声的信号点的数量，降低信号整体的噪声，提高信号的传输质量。

在一种实现方式中，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点与所述星座图中每一个星座点之间的欧式距离均相等。

这样，导频信号对每一个信号点的影响一样，可以认为将导频信号添加在信号接收端真正接收的信号点在星座图上对应的星座点为目标星座点，进而完成将导频信号添加在目标星座点上的过程，从而减少导频信号在解调时所产生的噪声，提高信号的传输质量。

在一种实现方式中，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点与所述目标星座点之间的欧式距离小于所述信号接收端解调所述信号所使用的抖动幅度。

这样，在信号接收端按照统一的幅度大小来解调信号时，可以有效降低导频信号所产生的幅度噪声，从而提高信号的传输质量。

在一种实现方式中，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点所对应的相位等于所述信号接收端解调所述信号所使用的相位。

这样，在信号接收端按照统一的相位大小来解调信号时，可以有效避免导频信号产生相位噪声，从而提高信号的传输质量。

在一种实现方式中，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点为1个或者多个。

这样，可以有效提高导频信号的功率，从而提高信号接收端对导频信号的识别度。

在一种实现方式中，所述导频信号在所述目标星座点上添加的偏振态为1个或者2个。

这样，可以自由控制导频信号的功率。

在一种实现方式中，所述利用所述正频谱对应的频率、功率和相位以及所述负频谱对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数包括： 所述信道参数包括时钟信号误差值，所述时钟信号误差值满足公式angle[Tp*conj（Tn）]，其中，所述angle为取信号角度操作，所述*为乘法操作，所述conj为共轭操作，所述Tp为正频率对应的功率和相位，所述Tn为负频率对应的功率和相位。

这样，可以准确计算时钟信号误差值，进而利用时钟信号误差值来计算其它信道参数。

在一种实现方式中，所述利用所述正频谱对应的频率、功率和相位以及所述负频谱对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数包括：所述利用所述正频率对应的功率和相位以及所述负频率对应的功率和相位计算所述信道的信道参数包括：将预设信号观察时间内相邻两个时间点对应的所述时钟信号误差值进行差分计算，得到第一差分值，并为每一所述第一差分值设定序号，各所述第一差分值对应的序号连续；在所述第一差分值中确定第二差分值，所述第二差分值为大于预设差分值阈值的第一差分值；确定序号中值，所述序号中值为序号连续的所述第二差分值对应的序号的中值；将相邻两个所述序号中值进行差分计算，得到序号差分值；计算所述序号差分值的平均值，得到信道的偏振状态旋转周期中包含时间单元的数量，所述时间单元为所述预设信号观察时间内相邻两个时间点之间的间隔时长；计算所述时间单元的数量与所述时间单元的乘积，得到所述信道的偏振状态旋转周期。

这样，可以准确计算信道的偏振状态旋转周期。

在一种实现方式中，所述利用所述正频谱对应的频率、功率和相位以及所述负频谱对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数包括：将预设信号观察时间内相邻两个时间点对应的所述时钟信号误差值进行差分计算，得到第一差分值；在正频谱上得到最大功率值对应的频率，所述最大功率值对应的频率为所述第一差分值的突变频率；计算所述突变频率的倒数，得到所述信道的偏振状态旋转周期。

这样，可以准确计算信道的偏振状态旋转周期。

在一种实现方式中，所述利用所述正频谱对应的频率、功率和相位以及所述负频谱对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数包括：在利用所述正频谱对应的频率、功率和相位以及所述负频谱对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数之前，在所述信号接收端为信号配置多个试验色散补偿值，对所述信号接收端接收到的信号进行色散补偿，得到色散补偿后的信号；利用所述正频谱对应的频率、功率和相位以及所述负频谱对应的频率、功率和相位计算每一所述试验色散补偿值对应的色散补偿后的所述导频信号的时钟信号误差值；将预设信号观察时间内相邻两个时间点对应的所述时钟信号误差值进行差分计算，得到第三差分值；将相邻两个所述第三差分值进行差分计算，得到第四差分值；计算各所述第四差分值的平均值，得到所述试验色散值对应的时钟信号误差值的量化值；确定所述信道的色散补偿值，所述信道的色散值为最小的量化值对应的试验色散补偿值。

这样，可以准确计算信道的色散补偿值，从而得到高质量的传输信号。

在一种实现方式中，所述利用所述正频谱对应的频率、功率和相位以及所述负频谱对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数包括：计算所述正频谱上对应的频率与所述预设时钟频率在所述正频谱上对应的频率的差值，得到正频率偏差值；或者，计算所述负频谱上对应的频率与所述预设时钟频率在所述负频谱上对应的频率的差值，得到负频率偏差值；或者，计算所述正频率偏差值与所述负频率偏差值的绝对值的平均值；其中，所述正频率偏差值的绝对值，或者所述负频率偏差值的绝对值，或者所述平均值为所述信号发射器与所述信号接收器中激光器的频率偏差值。求两个正负频率偏差值的平均值。

这样，可以准确计算信号发射端与信号接收端的激光器的频率偏差值。

在一种实现方式中，所述利用所述正频谱对应的频率、功率和相位以及所述负频谱对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数包括：利用自适应滤波器移除所述导频信号，其中，所述自适应滤波器利用第一参考信号和第二参考信号消除所述导频信号，所述第一参考信号为sin（2*pi*f*n），所述第二参考信号为cos（2*pi*f*n），所述f为所述导频信号的频率，所述n为信号点的序号，所述pi为圆周率。

这样，可以有效移除导频信号，从而令信号接收端得到最接近于信号发射端发送的信号，提高信号的传输质量。

本发明提供了一种信道参数计算装置，包括：信号发射端和信号接收端，所述信号发射端与所述信号接收端连通以传输信号；所述信道参数计算装置执行相应的信道参数计算方法。

本发明提供了一种计算机存储介质，包括计算机指令，当所述计算机指令在信道参数计算装置上运行时，使得所述信道参数计算装置执行相应的信道参数计算方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种信道参数计算装置的软件模块结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种频谱示意图；

图3为本发明实施例提供的一种信道参数计算方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种导频信号在星座图中添加点的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种导频信号在星座图中添加点的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种在多个添加点添加导频信号的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种在多个添加点添加导频信号的示意图；

图8为本发明提供的一种信道参数计算装置的硬件模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的应用场景进行说明。

图1为本发明实施例提供的一种信道参数计算装置的软件模块结构示意图，如图1所示，信道参数计算装置100包括信号发射端200、信号接收端300和光纤400，信号发射端200与所述信号接收端300通过光纤400连通，实现光信号的传输。其中，信号发射端200为具有光信号发射功能的设备，例如手机、计算机、信号发射器等；信号接收端300为具有信号接收功能的设备，例如手机、计算机、信号接收器等。

信号发射端200可以包括星座图抖动模块201，这样信号发射端200可以通过星座图抖动模块201将数字信号按照特定的星座图的模式加入抖动后发射出去，通常，星座图抖动模块201利用IQ（in-phase quadrature，同相正交）调制实现MPSK（Multiple PhaseShift Keying，多进制数字相位调制）和MQAM（Multiple Quadrature AmplitudeModulation，多进制正交幅度调制），其中，MPSK包括QPSK（Quadrature Phase ShiftKeying，正交相移键控调制）和BPSK（Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控调制）等，MQAM包括8QAM、16QAM、64QAM等，不同的调制方法对应不同的星座图，这样，星座图抖动模块201可以将数字信号转化为具有指定星座图模式的数字信号，信号发射端200发射具有指定星座图模式的数字信号。信号发射端200还包括数字信号处理器（Digital SignalProcessor，DSP）202，数字信号处理器202是一种可以对数字信号进行处理的专用芯片，数字信号处理器202可以实现对具有指定星座图模式的数字信号的采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合标准的信号形式。信号发射端200还包括数/模转换器（Digital Analog Convertor，DAC）203，用于将数字信号转换为模拟信号。信号发射端200还包括MZ调制器204，可以通过MZ调制器204将模拟信号调制为光信号，在光纤400中传输。

信号接收端300可以包括光电转换器304，用于将光纤400里的光信号转换成模拟电信号。信号接收端300还包括模/数转换器（Analog Digital Convertor，ADC）301，用于将接收的模拟电信号转换为数字电信号。信号接收端300还包括信道参数计算模块302，信道参数计算模块302可以包括一个或者多个处理单元，例如系统芯片（system on a chip，SoC）、中央处理器（central processing unit，CPU）、微控制器（microcontroller，MCU）、存储控制器等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中，处理单元可以通过获取和分析数字信号所携带的信息，例如时钟信息等计算信道参数。信号接收端300还包括数字信号处理器303，用于将接收到的数字电信号解调处理为符合设备使用标准的数字信号。

光纤400中会存在一些滤波设备，例如滤波器、波长选择开关（Wave SelectorSwitch，WSS）等，以选择可以在光纤400中通过的信号，例如，信号的频谱中超过这些滤波设备的频带范围（信道的预设频带）的部分将被过滤掉，而信号的频谱中在这些滤波设备的频带范围内的部分将会通过光纤400传递至信号接收端300。图2为本发明实施例提供的一种频谱示意图，其中，横坐标代表信号的频率，纵坐标代表信号的功率。由上述描述可知，准确计算信道参数是提高信号传输质量的关键，由于时钟信号可以当成是计算信道参数的基准，因此，准确获取时钟信号是关键。如图2所示，整体曲线为信号发射端200发射的信号对应的频率范围，位于虚线1和虚线2之间的频率组成信道的预设频带，相应的，位于虚线1与虚线2之间的频率即为可以通过信道的频率。如图2所示，时钟信号在频率上对应正负频率a和b，可见，时钟信号的频率恰巧位于预设频带范围之外，因此，时钟信号会被滤波设备过滤掉，从而令信号接收端300无法接收到时钟信号，也就无法计算信道参数。

为了解决上述问题，通过星座图抖动模块201向信号发射端200所要发射的信号中添加导频信号，并在信号接收端300接收到该导频信号之后，利用该导频信号计算信道参数。具体地，图3为本发明实施例提供的一种信道参数计算方法的流程图，如图3所示，所述方法包括：

S1、在信号发射端将带有预设频率的导频信号添加在星座图中的目标星座点所对应的信号点上。

首先，为了导频信号不会在信道的传输过程中被过滤掉，导频信号所带有的预设频率必须位于预设频带的范围内，如图2所示，A和B为导频信号在正、负频谱上对应的（频率，能量）点，A和B均位于虚线1和虚线2的范围之内，即预设频带的范围内，因此，导频信号A和B可以通过信道，而不被过滤掉，这样，也就为信号接收端300计算信道参数提供了基础。

信号接收端300计算信道参数是为了提高信号传输的质量，但是，如果对信号中的每一个信号点均添加导频信号，则相当于对每一个信号点均添加了一个噪声，即使可以计算信道参数，但也降低了信号的传输质量。具体地，信号接收端300需要利用解调器对接收到的信号进行解调，才能够获得信号发射器200原本发射的信号，如果在每一个信号点上均添加导频信号，由于导频信号在星座图中的添加点与每一个信号点之间对应的幅度和相位，与信号接收端300解调信号时所使用的幅度和/或相位之间存在差值，则这种差值就会在解调信号时产生相应的幅度噪声或者相位噪声，必然会降低信号的传输质量。

为了降低对信号的传输质量的损伤，本发明实施例将导频信号添加在目标星座点上，这样可以通过减少目标星座点的数量来减少解调时出现噪声的信号点的数量，进而降低对信号传输质量的影响。其中，目标星座点可以为用户自定义选择，也可以由计算机、信号接收端300等随机确定。这样，仅在部分星座点（目标星座点）对应的信号点上添加导频信号，可以减少解调时出现噪声的信号点的数量，提高信号的传输质量。

在一种实现方式中，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点与所述目标星座点之间的欧式距离小于所述添加点与所述星座图中其余任一星座点之间的欧式距离。

图4为本发明实施例提供的一种导频信号在星座图中添加点的示意图，图4展示了 QPSK对应的星座图，A、B、C、D为星座点，其中，指定A为目标星座点，则需要将导频信号添加 在目标星座点上。星座图抖动模块201将导频信号添加到在星座图中的添加点上，导频信号 会被实际添加到哪一个星座点上，可以通过添加点和星座点之间的欧式距离来实现，具体 地，导频信号会被添加到与添加点具有最小欧式距离的星座点上。其中，可以根据实际需 要，选择添加点与目标星座点之间的欧氏距离。其中，欧式距离是指星座图上两点之间的直 线距离，可以根据

求得，其中，d为点

和点

之间的欧式距离，在本实施例中，点

和点

中的一个为添加点，另一个为 星座点。为了将导频信号准确地添加在目标星座点上，在本实施例中，需要保证添加点与目 标星座点之间的欧氏距离，小于添加点与其它星座点之间的欧式距离，如图4所示，添加点 为E，则AE小于BE、CE、DE，这样，导频信号只会被添加在A点对应的信号点上，相应的，在信号 接收端300解调信号时，也只会在A点对应的信号点上出现噪声，而B点、C点、D点对应的信号 点则不会出现噪声，显然可以有效减少添加导频信号之后，对信号中各信号点产生噪声影 响的信号点的数量，从而降低对信号的传输质量的损伤，保证信号的传输质量。

在另一种实现方式中，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点与所述星座图中每一个星座点之间的欧式距离均相等。

在上一种实现方式中提到，导频信号实际添加的星座点与添加点和星座点之间的欧式距离相关，在本实现方式中，图5为本发明实施例提供的一种导频信号在星座图中添加点的示意图，其中，A、B、C、D为星座点，E为添加点，可见，导频信号的添加点与星座图上每一个星座点之间的欧式距离均相等，即AE=BE=CE=DE；或者E位于距离A、B、C、D无限远的位置，也可以近似认为E与A、B、C、D之间的欧式距离相等。此时，导频信号对每个星座点对应的信号点的影响都是相同的。具体地，在一种可实现的方式中，添加点恰好与星座图的原点重合，如图5所示，添加点为原点为一个比较特殊的点，此时的导频信号不会添加至任何一个星座点上，这可能会导致信号接收端300需要利用接收信号发射端200发射的信号之外的机会接收导频信号，延长信号传输的时间，但是，此时的导频信号相对于任一信号点的噪声为0，也就是说，采用本实现方式可以在不影响信号传输质量的基础上添加导频信号，以保证信号的传输质量。在另一种可实现的方式中，添加点位于距离各星座点无限远的位置，此时，也可以认为添加点对各信号点的影响都是相同的。

通常，信号接收端300会使用正弦波解调对接收到的信号进行解调，得到符合设备使用标准的数字信号。可见，解调的质量会直接影响信号接收端300最终得到的数字信号的质量。解调的质量与信号发射端200的调制格式以及信号接收端300的解调格式相关，解调格式与调制格式的匹配程度越高，解调时所产生的噪声越小，解调得到的数字信号的质量越高。上文中提到，信号发射端200通常采用幅度调制或者相位调制或是两者混合的调制格式，相应的，当信号发射端200采用幅度调制时，信号接收端300需采用幅度解调；当信号发射端200采用相位调制时，信号接收端300需采用相位解调；当信号发射端200采用幅度与相位混合调制时，信号接收端300需采用幅度与相位混合解调。这样，才能够令解调规则与调制规则相匹配，以提高解调质量。

在一种实现方式中，针对信号发射端200采用幅度调制的情况，相应的，信号接收端300也需要采用幅度解调。在解调的过程中，由于导频信号的添加点与目标星座点之间存在一定的欧式距离，该欧式距离相当于导频信号相对于目标星座点的一个抖动幅度，因此，导频信号对于目标星座点上的信号点相当于一个幅度噪声。此时，只有当导频信号相对于目标星座点的抖动幅度在解调所使用的幅度范围（目标星座点与星座图原点之间的欧式距离）内时，才能够符合幅度解调格式，而不需再调整解调格式。

优选的，导频信号相对于目标星座点的抖动幅度越小，导频信号对目标星座点产生的噪声越小。

在另一种实现方式中，针对信号发射端200采用相位调制的情况，相应的，信号接收端300也需要采用相位解调。在解调的过程中，导频信号对应的相位如果与解调信号时所使用的相位存在差量，则该差量会导致导频信号在解调信号时产生相应的相位噪声，影响信号的传输质量。

优选地，为了降低导频信号产生的相位噪声，需要令导频信号添加时所对应的相位尽量贴近解调信号时所使用的相位，即缩小两者之间的差量。在一种实现方式中，令导频信号的对应的相位等于解调时所使用的相位，这样，可以在解调信号时，避免产生相位噪声，从而提高信号的传输质量。

在另一种实现方式中，针对信号发射端200采用幅度与相位混合调制的情况，相应的，信号接收端300也需要采用幅度与相位混合解调。

在本实现方式中，如果解调信号时的解调格式为相位解调和幅度解调，导频信号同时符合解调信号时所使用的相位及幅度，即调制时导频信号在星座图中对应的添加点与所述目标星座点之间的欧式距离等于所述信号接收端解调信号时所使用的幅度，所述添加点对应的相位等于解调信号时所使用的相位。此时，导频信号在解调时不会产生相位噪声和幅度噪声，具体解释见上述两种实现方式，此处不再赘述。

可选的，导频信号在星座图中对应的添加点可以为1个或者多个，即可以在星座图的多个位置添加导频信号。其中，每一个添加点与目标星座点之间的欧式距离均小于这些添加点与其它星座点之间的欧式距离，或者，每一个添加点与各个星座点之间的欧式距离均相等，或者每一个添加点与各个星座点之间的欧式距离的差值小于预设阈值，同时，每个添加点所对应的导频信号所携带的预设频率相等，且该预设时钟频率位于信道的预设频带范围之内，这样，才能够保证各个添加点上的导频信号均可以准确添加在目标星座点上，而且可以通过信道的过滤，保证信号接收端300可以接收到每一个导频信号，同时，保证信号接收端300从每个导频信号中得到相同的预设频率，以按照该预设频率的导频信号来计算信道参数。如果在多个添加点添加导频信号，每个导频信号会依次与目标星座点对应的信号点进行调制，图6为本发明实施例提供的一种在多个添加点添加导频信号的示意图，如图6所示，以两个添加点为例，目标星座点为A，添加点为E和F，此时，可以先将E处的导频信号与信号点调制，得到第一个调制信号，再将F处的导频信号与第一个调制信号调制，得到第二个调制信号，完成调制；或者，先将F处的导频信号与信号点调制，得到第一个调制信号，再将E处的导频信号与第一个调制信号调制，得到第二个调制信号，完成调制，其中，调制的顺序无特殊要求。由于需要保证导频信号准确添加至目标星座点上，因此，可能添加点与目标星座点的欧式距离比较小，相应的，导频信号的幅度比较小，导频信号的功率也就比较小，此时，信号接收端300可能会接收到比较微弱的导频信号，从而影响信号接收端300对导频信号的识别，或者，导频信号可能没有足够的功率传递至信号接收端300，这样，就会影响信号接收端300接收导频信号的完整性。但是，如果在多个添加点添加导频信号，在最终得到的调制后的信号中，导频信号对应的功率为各添加点的导频信号的功率的叠加，这样可以有效增加导频信号的功率。

在此基础上，为了进一步提高信号的传输质量，可以令每一个添加点上的导频信号与目标星座点之间的欧式距离尽量接近信号接收端300解调导频信号时所使用的抖动幅度，如图6所示，欧式距离AE与AF相等，且AE和AF均等于信号接收端300解调信号时所使用的幅度，这样可以尽量降低解调时产生的幅度噪声。

或者，令每一个添加点上的导频信号在星座图上对应的相位可以尽量接近信号接收端300解调导频信号时所使用的相位。图7为本发明实施例提供的一种在多个添加点添加导频信号的示意图，如图7所示，A为目标星座点，相位解调时所使用的相位为+45°，对应至星座图上即为虚线位置，那么，只要在虚线上添加导频信号，所添加的信号点在添加点上对应的相位均与解调导频信号时所使用的相位相等，例如，将添加点设置在E和F处，这样，可以尽量降低解调时产生的相位噪声。

或者，令每一个添加点上的导频信号在星座图上对应的相位，以及与目标星座点之间的欧氏距离均等于信号接收端300解调时所使用的相位和幅度，这样，可以避免产生相位噪声和幅度噪声。

可选的，所述导频信号在所述目标星座点上添加的偏振态为1个或者2个。

光信号具有两种偏振态，一般以相互正交的方向上的振动来定义偏振态，即相互正交的方向中的每个方向上的振动代表一个偏振态，通常，将光信号的传播方向和振动方向作为光信号的两个偏振态，在本实施例中，也可以将光信号在其他方向上的振动作为偏振态。在光纤400中传输的信号，实际上为一种光信号，因此，所添加的导频信号也应该为一种光信号，那么，导频信号具备两个偏振态。本实施例以导频信号的传播方向和振动方向作为光信号的两个偏振态为例，可以通过信号发射端200生成信号时通过人为加注等方式仅选择导频信号的一个偏振态添加在目标星座点上，或者为了提高导频信号的功率，在目标星座点上添加具有2个偏振态的导频信号。

进一步地，目标星座点可以为多个，当目标星座点为多个时，针对每一个目标星座点添加导频信号的方法可以参照上述方法，此处不再赘述。

S2、在信号接收端获取所述导频信号在正频谱对应的频率、功率和相位，以及所述导频信号在负频谱对应的频率、功率和相位，并利用所述正频谱对应的频率、功率和相位以及所述负频谱对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数。

通过上文中提供的方法在目标星座点上添加导频信号之后，该导频信号不会被信道中的滤波器等滤波设备过滤掉，因此，信号接收端300可以成功接收到导频信号，进而获得导频信号所对应的预设频率，如图4所示的频谱示意图，通过信号的频率，可以在曲线中确定对应的点，根据该点可以确定信号的功率和相位，例如，如图4所示，所添加的导频信号在正频谱和负频谱分别对应各自的频率、功率和相位，信号接收端300的信道参数计算模块可以根据正频谱对应的频率、功率和相位以及负频谱对应的频率、功率和相位计算信道的信道参数，例如时钟信号误差值、信道的偏振状态旋转周期、信道的色散补偿值、信号发射端和信号接收端的激光器的频率偏差值等。

对于时钟信号误差值，信道参数计算模块可以按照公式angle[Tp*conj（Tn）]进行计算，其中，所述angle为取信号角度操作，所述*为乘法操作，所述conj为共轭操作，所述Tp为正频率对应的功率和相位，所述Tn为负频率对应的功率和相位。

进一步地，在计算得到时钟信号误差值之后，信道参数计算模块可以根据所述时钟信号误差值继续计算信道的偏振状态旋转周期，在一种实现方式中，具体过程如下：

S101、将预设信号观察时间内相邻两个时间点对应的所述时钟信号误差值进行差分计算，得到第一差分值，并为每一所述第一差分值设定连续的序号；

S102、在所述第一差分值中确定第二差分值，所述第二差分值大于预设差分值阈值；

S103、确定序号中值，所述序号中值为序号连续的所述第二差分值对应的序号的中值；

S104、将相邻两个所述序号中值进行差分计算，得到序号差分值；

S105、计算所述序号差分值的平均值，得到信道的偏振状态旋转周期中包含时间单元的数量，时间单元为所述预设信号观察时间内相邻两个时间点之间的间隔时长；

S106、计算所述时间单元的数量与所述时间单元的乘积，得到所述信道的偏振状态旋转周期。

首先，为偏振状态旋转周期的计算过程设定一个时间范围，即计算预设信号观察时间内的时钟信号误差值对应的偏振状态旋转周期。通常，根据信号受信道的偏振状态（State of Polarization，SoP）影响的时间来设定预设信号观察时间，预设信号观察时间至少要覆盖信号受信道的SoP影响的时间。例如，在预设信号观察时间内，信号接收端300分别在时间点t1-t15接收到了导频信号，经过信道参数计算模块302计算后，得到各个时间点对应的时钟信号误差值，其中，在时间点t1对应的时钟信号误差值为δ1，在t2对应δ2，在t3对应δ3，在t4对应δ4，在t5对应δ5…在t15对应δ15。其中，相邻时间点为t1和t2，t2和t3，t3和t4…t14和t15，将相邻两个时间点对应的时钟信号误差值进行差分计算，可以得到第一差分值，即（δ2-δ1），（δ3-δ2），（δ4-δ3）…（δ15-δ14）为了方便后续计算，为每一个第一差分值设定序号，且该序号按照时间点的顺序连续，在本实施例中，（δ2-δ1）的序号为1，（δ3-δ2）的序号为2，（δ4-δ3）的序号为3…（δ15-δ14）的序号为14。假设其中序号1-3对应的第一差分值均大于预设差分值阈值，则序号1-3对应的第一差分值即为第二差分值，同时，序号7-9对应的第一差分值也大于预设差分值阈值，则序号6-8对应的第一差分值也为第二差分值，序号10-14对应的第一差分值也大于预设差分值阈值，则序号10-14对应的第一差分值也为第二差分值。其中，显然序号1-3为第二差分值对应的一组连续的序号，序号7-9为第二差分值对应的一组连续的序号，序号10-14为第二差分值对应的一组连续的序号，在序号1-3中可以确定序号中值为2，在序号7-9中可以确定序号中值为8，在序号10-14可以确定序号中值为12。其中，序号中值2与序号中值8为相邻序号中值，序号中值8与序号中值12为相邻序号中值，计算相邻两个序号中值的序号差分值，得到6和4。进一步计算序号差分值6和4的平均值，得到信道的偏振状态旋转周期中包含时间单元的数量，即5。将预设信号观察时间内相邻两个时间点之间的间隔时长定义为时间单元，通常，时间单元对应的时长相等，假设本实施例中时间单元为T，当得到偏振状态旋转周期所包含的时间单元的数量确定之后，就可以通过乘积计算得到偏振状态旋转周期，即5T。

在另一种实现方式中，按照如下过程计算信道的偏振状态旋转周期：

S201、将预设信号观察时间内相邻两个时间点对应的所述时钟信号误差值进行差分计算，得到第一差分值；

S202、对所述第一差分值进行傅里叶变换，在正频谱上得到最大功率值对应的频率，所述最大功率值对应的频率为所述第一差分值的突变频率；

S203、计算所述突变频率的倒数，得到所述信道的偏振状态旋转周期。

通过计算相邻时间点对应的时钟信号误差值的差分值，得到第一差分值，具体过程参见上一实现方式，此处不再赘述。对第一差分值进行傅里叶变换后，可以在正频谱上得到最大功率值对应的频率，也就是第一差分值的突变频率，此时，只需要计算该突变频率的倒数，即可得到信道的偏振状态旋转周期。

进一步地，在计算得到时钟信号误差值之后，信道参数计算模块302还可以根据所述时钟信号误差值继续计算信道的色散补偿值，具体过程如下：

S301、在利用所述正频率对应的功率和相位以及所述负频率对应的功率和相位计算所述信道的信道参数之前，在所述信号接收端为所述目标星座点配置多个试验色散补偿值，对所述信号接收端接收到的信号进行色散补偿，得到色散补偿后的信号；

S302、利用所述正频率对应的功率和相位以及所述负频率对应的功率和相位计算每一所述试验色散补偿值对应的色散补偿后的信号的时钟信号误差值；

S303、将预设信号观察时间内相邻两个时间点对应的所述时钟信号误差值进行差分计算，得到第三差分值；

S304、将相邻两个所述第三差分值进行差分计算，得到第四差分值；

S305、计算各所述第四差分值的平均值，得到所述试验色散补偿值对应的时钟信号误差值的量化值；

S306、确定所述信道的色散补偿值，所述信道的色散补偿值为最小的量化值对应的试验色散补偿值。

利用导频信号计算出来的时钟信号误差值可以用来判断信道的色散补偿值，最佳的试验色散补偿值所对应的时钟信号，即为质量最高的时钟信号，这样，当信号接收端300完成了色散补偿后得到质量最高的导频信号对应的处理接收到的信号时，可以得到质量最高的信号，以使处理后的信号最接近信号发射端200所发送的信号。

首先，在计算信道的色散补偿值之前，在信号接收端300为目标星座点配置多个试验色散补偿值，这些试验色散补偿值可以为用户根据经验选取的色散补偿值，在信号接收端300每一次配置一个试验色散补偿值之后，都需要信道参数计算模块302计算导频信号在该试验色散补偿值影响下得到的时钟信号误差值。例如，为目标星座点配置了10个试验色散补偿值，那么，当信号接收端300每接收一次导频信号，都要针对该导频信号计算其分别在10个试验色散补偿值影响下的时钟信号误差值。这样，在预设信号观察时间内，会得到10组连续或是间隔一定时间的时钟信号误差值。针对每一组中若干时钟信号误差值来说，进行第一次差分计算，得到第三差分值，其中，第一次差分计算的过程可以参照计算信道的偏振状态旋转周期时计算第一差分值的过程，此处不再赘述，然后对各个第三差分值再次进行差分计算，得到第四差分值，此过程与计算第三差分值的过程相同。最后，通过计算第四差分值的平均值，得到时钟信号误差值的量化值。针对本实施例，会得到10个时钟信号误差值的量化值，其中，最小的量化值所对应的试验色散补偿值，即为信道的色散补偿值，也就是上文所说的最佳色散补偿值。这样，可以利用信道的色散补偿值来补偿信号，从而得到高质量的信号。

进一步地，在得到导频信号在正频谱上对应的频率，以及在负频谱上对应的频率之后，信道参数计算模块302还可以计算信号发射端200与信号接收端300的激光器的频率偏差值。具体地，可以通过计算所述正频谱上对应的频率与所述预设频率在所述正频谱上对应的频率的差值，得到正频率偏差值；或者，计算所述负频谱上对应的频率与所述预设时钟频率在所述负频谱上对应的频率的差值，得到负频率偏差值；或者，计算所述正频率偏差值与所述负频率偏差值的绝对值的平均值。这样，可以将所述正频率偏差值的绝对值，或者所述负频率偏差值的绝对值，或者所述平均值作为所述信号发射器与所述信号接收器中激光器的频率偏差值。

在信号接收端300计算信道参数完毕之后，需要将导频信号从模拟信号中移除，才能够被得到信号发射端200想要传输的信号，从而从该信号中获得信号发射端200所要发送的信息。

具体地，信号接收端300还包括导频信号移除模块305，信号接收端300将带有导频信号的信号输入导频信号移除模块305，此时，首先将带有导频信号的耦合信号（以下简称耦合信号）按照两个偏振态分开，在本实施例中将两个偏振态分别记为x偏振态和y偏振态，然后，再将具有x偏振态的耦合信号按照偏振实部x和偏振虚部y分开，同样的，将具有y偏振态的耦合信号按照偏振实部x和偏振虚部y分开。随后，将与偏振实部x对应的具有x偏振态的耦合信号、与偏振虚部y对应的具有x偏振态的耦合信号、与偏振实部x对应的具有y偏振态的耦合信号、与偏振虚部y对应的具有y偏振态的耦合信号分别输入各自对应的自适应滤波器，利用自适应滤波器来消除每一种耦合信号所带有的导频信号。具体地，所述自适应滤波器利用第一参考信号和第二参考信号消除导频信号，所述第一参考信号为sin（2*pi*f*n），所述第二参考信号为cos（2*pi*f*n），所述f为所述导频信号的频率，所述n为信号点的序号，所述pi为圆周率。示例地，第一参考信号可以是导频信号本身，第二参考信号可以是导频信号经过1/4周期延时的信号。同时，可以根据不同的通信系统、导频信号的调制格式、导频信号带有的预设频率等对应调整自适应滤波器的其它参数。最后，将移除导频信号之后的与偏振实部x对应的具有x偏振态的信号和与偏振虚部y对应的具有x偏振态的信号合并成一路偏振信号，将与偏振实部x对应的具有y偏振态的信号和与偏振虚部y对应的具有y偏振态的信号合并成一路偏振信号，并从合并后的信号中获取携带的信息，完成信号的传输。

上述本发明提供的实施例中，从信道参数计算装置100及其内部的各个硬件模块之间交互的角度对本发明提供的信道参数计算方法的各个方案进行了介绍。可以理解的是，信道参数计算装置100为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

例如，上述信道参数计算装置100通过软件模块来实现相应的功能。

在一个实施例中，图8为本发明提供的一种信道参数计算装置的结构示意图，包括：处理单元101，用于在信号发射端将带有预设频率的导频信号添加在星座图中的目标星座点所对应的信号点上，所述预设频率位于信道对应的预设频带的范围内；

处理单元102，用于在信号接收端获取所述导频信号在正频谱上对应的频率、功率和相位，以及所述导频信号在负频谱上对应的频率、功率和相位，并利用所述正频谱上对应的频率、功率和相位以及所述负频谱上对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数。

可选的，所述处理单元101，还用于将导频信号添加在添加点上，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点与所述目标星座点之间的欧式距离小于所述添加点与所述星座图中其余任一星座点之间的欧式距离。

可选的，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点与所述星座图中每一个星座点之间的欧式距离均相等。

可选的，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点与所述目标星座点之间的欧式距离小于所述信号接收端解调信号时所使用的抖动幅度。

可选的，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点所对应的相位等于所述信号接收端解调信号时所使用的相位。

可选的，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点为1个或者多个。

可选的，所述导频信号在所述目标星座点上添加的偏振态为1个或者2个。

可选的，所述处理单元102还用于计算时钟信号误差值，所述时钟信号误差值满足公式angle[Tp*conj（Tn）]，其中，所述angle为取信号角度操作，所述*为乘法操作，所述conj为共轭操作，所述Tp为正频率对应的功率和相位，所述Tn为负频率对应的功率和相位。

可选的，所述处理单元102还用于计算偏振状态旋转周期，将预设信号观察时间内相邻两个时间点对应的所述时钟信号误差值进行差分计算，得到第一差分值，并为每一所述第一差分值设定连续的序号；在所述第一差分值中确定第二差分值，所述第二差分值大于预设差分值阈值；确定序号中值，所述序号中值为序号连续的所述第二差分值对应的序号的中值；将相邻两个序号对应的所述中值进行差分计算，得到序号差分值；计算所述序号差分值的平均值，得到序号的间隔数量；计算所述序号的间隔数量与所述观察时间内相邻两个时间点之间的间隔时长的乘积，得到所述信道的偏振状态旋转周期。

可选的，所述处理单元102还用于计算偏振状态旋转周期，将预设信号观察时间内相邻两个时间点对应的所述时钟信号误差值进行差分计算，得到第一差分值；对所述第一差分值进行傅里叶变换，得到所述第一差分值的突变频率；计算所述突变频率的倒数，得到所述信道的偏振状态旋转周期。

可选的，所述处理单元102还用于计算色散补偿值，在利用所述正频谱上对应的频率、功率和相位以及所述负频谱上对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数之前，在所述信号接收端为所述目标星座点配置多个试验色散补偿值，对所述信号接收端接收到的信号进行色散补偿，得到色散补偿后的信号；利用所述正频谱上对应的频率、功率和相位以及所述负频谱上对应的频率、功率和相位计算每一所述试验色散补偿值对应的色散补偿后的信号的时钟信号误差值；将预设信号观察时间内相邻两个时间点对应的所述时钟信号误差值进行差分计算，得到第三差分值；将相邻两个所述第三差分值进行差分计算，得到第四差分值；计算各所述第四差分值的平均值，得到所述试验色散补偿值对应的时钟信号误差值的量化值；确定所述信道的色散补偿值，所述信道的色散补偿值为最小的量化值对应的试验色散补偿值。

可选的，所述处理单元102还用于计算所述正频谱上对应的频率与所述预设时钟频率在所述正频谱上对应的频率的差值，得到正频率偏差值；或者，计算所述负频谱上对应的频率与所述预设时钟频率在所述负频谱上对应的频率的差值，得到负频率偏差值；或者，计算所述正频率偏差值与所述负频率偏差值的绝对值的平均值；其中，所述正频率偏差值的绝对值，或者所述负频率偏差值的绝对值，或者所述平均值为所述信号发射器与所述信号接收器中激光器的频率偏差值。

可选的，所述处理单元102还用于利用自适应滤波器移除所述导频信号，其中，所述自适应滤波器利用第一参考信号和第二参考信号消除所述导频信号，所述第一参考信号为sin（2*pi*f*n），所述第二参考信号为cos（2*pi*f*n），所述f为所述导频信号的频率，所述n为信号点的序号，所述pi为圆周率。

本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，包括计算机指令，当所述计算机指令在存储设备上运行时，使得所述存储设备执行上述各方面的方法。

本申请还提供了一种芯片系统。该芯片系统包括处理器，用于支持上述装置或设备实现上述方面中所涉及的功能，例如，生成或处理上述方法中所涉及的信息。在一种可能的设计中，芯片系统还包括存储器，用于保存上述装置或设备必要的程序指令和数据。该芯片系统，可以由芯片构成，也可以包含芯片和其他分立器件。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种信道参数计算方法，其特征在于，包括：

在信号发射端将带有预设频率的导频信号添加在星座图中的目标星座点所对应的信号点上，所述预设频率位于信道对应的预设频带的范围内；

在信号接收端获取所述导频信号在正频谱上对应的频率、功率和相位，以及所述导频信号在负频谱上对应的频率、功率和相位，并利用所述正频谱上对应的频率、功率和相位以及所述负频谱上对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点与所述目标星座点之间的欧式距离小于所述添加点与所述星座图中其余任一星座点之间的欧式距离。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点与所述星座图中每一个星座点之间的欧式距离均相等。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点与所述目标星座点之间的欧式距离小于所述信号接收端解调信号所使用的抖动幅度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点所对应的相位等于所述信号接收端解调信号所使用的相位。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频信号在所述星座图中对应的添加点为1个或者多个。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频信号在所述目标星座点上添加的偏振态为1个或者2个。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述正频谱上对应的频率、功率和相位以及所述负频谱上对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数包括：

所述信道参数包括时钟信号误差值，所述时钟信号误差值满足公式angle[Tp*conj（Tn）]，其中，所述angle为取信号角度操作，所述*为乘法操作，所述conj为共轭操作，所述Tp为正频率对应的功率和相位，所述Tn为负频率对应的功率和相位。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述利用所述正频谱上对应的频率、功率和相位以及所述负频谱上对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数包括：将预设信号观察时间内相邻两个时间点对应的所述时钟信号误差值进行差分计算，得到第一差分值，并为每一所述第一差分值设定序号，各所述第一差分值对应的序号连续；

在所述第一差分值中确定第二差分值，所述第二差分值为大于预设差分值阈值的第一差分值；

确定序号中值，所述序号中值为序号连续的所述第二差分值对应的序号的中值；

将相邻两个所述序号中值进行差分计算，得到序号差分值；

计算所述序号差分值的平均值，得到信道的偏振状态旋转周期中包含时间单元的数量，所述时间单元为所述预设信号观察时间内相邻两个时间点之间的间隔时长；

计算所述时间单元的数量与所述时间单元的乘积，得到所述信道的偏振状态旋转周期。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述利用所述正频谱上对应的频率、功率和相位以及所述负频谱上对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数包括：将预设信号观察时间内相邻两个时间点对应的所述时钟信号误差值进行差分计算，得到第一差分值；

对所述第一差分值进行傅里叶变换，在正频谱上得到最大功率值对应的频率，所述最大功率值对应的频率为所述第一差分值的突变频率；

计算所述突变频率的倒数，得到所述信道的偏振状态旋转周期。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述利用所述正频谱上对应的频率、功率和相位以及所述负频谱上对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数包括：在利用所述正频谱上对应的频率、功率和相位以及所述负频谱上对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数之前，在所述信号接收端为所述信号配置多个试验色散补偿值，对所述信号接收端接收到的信号进行色散补偿，得到色散补偿后的信号；

利用所述正频率对应的频率、功率和相位以及所述负频率对应的频率、功率和相位计算每一所述试验色散补偿值对应的色散补偿后所述导频信号的时钟信号误差值；

将预设信号观察时间内相邻两个时间点对应的所述时钟信号误差值进行差分计算，得到第三差分值；

将相邻两个所述第三差分值进行差分计算，得到第四差分值；

计算各所述第四差分值的平均值，得到所述试验色散补偿值对应的时钟信号误差值的量化值；

确定所述信道的色散补偿值，所述信道的色散补偿值为最小的量化值对应的试验色散补偿值。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述正频谱上对应的频率、功率和相位以及所述负频谱上对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数包括：

计算所述正频谱上对应的频率与所述预设频率在所述正频谱上对应的频率的差值，得到正频率偏差值；

或者，计算所述负频谱上对应的频率与所述预设频率在所述负频谱上对应的频率的差值，得到负频率偏差值；

或者，计算所述正频率偏差值与所述负频率偏差值的绝对值的平均值；

其中，所述正频率偏差值的绝对值，或者所述负频率偏差值的绝对值，或者所述平均值为所述信号发射器与所述信号接收器中激光器的频率偏差值。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述正频谱上对应的频率、功率和相位以及所述负频谱上对应的频率、功率和相位计算所述信道的信道参数之后包括：

利用自适应滤波器移除所述导频信号，其中，所述自适应滤波器利用第一参考信号和第二参考信号消除所述导频信号，所述第一参考信号为sin（2*pi*f*n），所述第二参考信号为cos（2*pi*f*n），所述f为所述导频信号的频率，所述n为信号点的序号，所述pi为圆周率。

14.一种信道参数计算装置，其特征在于，包括：信号发射端和信号接收端，所述信号发射端与所述信号接收端连通以传输信号；所述信道参数计算装置执行如权利要求1-13中任一所述的方法。

15.一种计算机存储介质，其特征在于，包括计算机指令，当所述计算机指令在信道参数计算装置上运行时，使得所述信道参数计算装置执行如权利要求1-13中任一所述的方法。

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