CN114337844B

CN114337844B - 一种相位补偿方法、装置、终端及存储介质

Info

Publication number: CN114337844B
Application number: CN202210216951.7A
Authority: CN
Inventors: 陈圳; 唐昕柯; 李仲怡; 石武
Original assignee: Peng Cheng Laboratory
Current assignee: Peng Cheng Laboratory
Priority date: 2022-03-07
Filing date: 2022-03-07
Publication date: 2022-06-24
Anticipated expiration: 2042-03-07
Also published as: CN114337844A

Abstract

本发明公开了一种相位补偿方法、装置、终端及存储介质，本发明通过对前一轮光信号进行检测并计算出补偿电位，然后将计算出的补偿电位作用于后一轮光信号，可以实现长时间的噪声补偿，并且本发明无需在发送端传输的编码中额外加入导频信息，减少了发送端与接收端之间的通信开销。解决了现有技术中通过导频信息进行相位噪声抑制/补偿的方法通信开销较大，难以适用于长时间的噪声补偿，稳定性较差的问题。

Description

一种相位补偿方法、装置、终端及存储介质

技术领域

本发明涉及信号处理领域，尤其涉及的是一种相位补偿方法、装置、终端及存储介质。

背景技术

现有的作用于接收机的相位噪声抑制/补偿的方法主要采用的是导频计算方法，即在发送端编码中加入一段导频信息（已知的，收发两端事先协定好的信息），接收端通过ADC采样电路对解调输出的光电转换信号进行提取，将其中包含相位噪声的导频抽出，与预设的导频信息进行对比，根据光的干涉原理对噪声进行求解，从而计算得出相位噪声相应，再通过DAC输出电路控制相位调制器产生与相位噪声相反的补偿相位，使补偿相位与相位噪声叠加后相消，从而达到最高信噪比。

然而导频信息计算出来的结果仅能代表瞬时的相位噪声，在复杂的水下信道环境中，相位噪声变化剧烈，瞬时的结果难以适用于后续长时间的噪声补偿，即该方法的稳定性较差。此外，通过提高信号中的导频占比，减小有效数据帧长度，即减小两段导频信息之间的时间间隔，虽然可以达到更好的补偿效果，但这也会增加通信系统的开销，从而降低通信速率。简言之，现有技术中通过导频信息进行相位噪声计算、抑制/补偿的方法难以适用于长时间的噪声补偿，稳定性较差，且通信开销较大。

因此，现有技术还有待改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种相位补偿方法、装置、终端及存储介质，旨在解决现有技术中通过导频信息进行相位噪声抑制/补偿的方法难以适用于长时间的噪声补偿，稳定性较差，且通信开销较大的问题。

本发明解决问题所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种相位补偿方法，其中，所述方法包括：

获取第一轮光信号对应的第一轮电信号，其中，所述第一轮电信号为所述第一轮光信号干涉解调后得到的电信号；

提取所述第一轮电信号的第一轮峰峰值，根据所述第一轮峰峰值确定补偿相位，其中，所述第一轮峰峰值用于反映所述第一轮光信号的振幅的最高值和最低值之间的差值；

获取第二轮光信号，根据所述补偿相位对所述第二轮光信号进行相位补偿，得到目标电信号。

在一种实施方式中，所述获取第一轮光信号对应的第一轮电信号，包括：

将所述第一轮光信号分为第一路光信号和第二路光信号；

对所述第一路光信号进行延时处理得到第一调节信号，对所述第二路光信号进行相位调制得到第二调节信号；

将所述第一调节信号和所述第二调节信号进行叠加，得到第一轮解调光信号；

将所述第一轮解调光信号转换为电信号，得到第一轮电信号。

在一种实施方式中，所述对所述第一路光信号进行延时处理得到第一调节信号，对所述第二路光信号进行相位调制得到第二调节信号，包括：

将所述第一路光信号输入光延迟器，通过所述光延迟器对所述第一路光信号进行延时处理得到所述第一调节信号；

将所述第二路光信号输入相位调制器，通过所述相位调制器对所述第二路光信号进行相位调制得到所述第二调节信号。

在一种实施方式中，所述提取所述第一轮电信号的第一轮峰峰值，根据所述第一轮峰峰值确定补偿相位，包括：

将所述第一轮电信号输入峰值检测电路；

通过所述峰值检测电路对所述第一轮电信号进行第一轮峰峰值检测，并输出所述第一轮峰峰值；

根据所述第一轮峰峰值确定相位噪声数据，根据所述相位噪声数据确定补偿相位。

在一种实施方式中，所述根据所述第一轮峰峰值确定相位噪声数据，包括：

获取历史峰峰值中的最大值，根据所述第一轮峰峰值和所述历史峰峰值中的最大值确定补偿阈值，其中，所述历史峰峰值中的最大值为预设时间段内采集到的历史峰峰值的最大值；

判断所述第一轮峰峰值是否小于所述补偿阈值，当所述第一轮峰峰值小于所述补偿阈值时，根据所述第一轮峰峰值确定所述第一轮光信号振幅和背景噪声数据；

根据所述第一轮光信号振幅和所述背景噪声数据，确定相位噪声数据。

在一种实施方式中，所述根据所述相位噪声数据确定补偿相位，包括：

根据所述相位噪声数据确定第一补偿相位和第二补偿相位，其中，所述第一补偿相位和所述第二补偿相位互为相反数；

将所述第一补偿相位作为所述补偿相位。

在一种实施方式中，所述根据所述补偿相位对所述第二轮光信号进行相位补偿，得到目标电信号包括：

获取第三路光信号和第四路光信号，其中，所第三路光信号和所述第四路光信号为基于所述第二轮光信号分成的两路光信号；

对所述第三路光信号进行延时处理，得到第三调节信号；

根据所述补偿相位对所述第四路光信号进行相位补偿，得到第四调节信号；

根据所述第三调节信号和所述第四调节信号，得到所述目标电信号。

在一种实施方式中，所述根据所述补偿相位对所述第四路光信号进行相位补偿，得到第四调节信号，包括：

根据所述补偿相位确定补偿电压，将所述补偿电压和所述第四路光信号输入所述相位调制器；

通过所述相位调制器基于所述补偿电压对所述第四路光信号进行相位补偿，得到所述第四调节信号。

在一种实施方式中，所述根据所述第三调节信号和所述第四调节信号，得到所述目标电信号，包括：

将所述第三调节信号和所述第四调节信号叠加，得到第二轮解调光信号；

将所述第二轮解调光信号转换为电信号，得到所述目标电信号。

在一种实施方式中，所述方法还包括对所述补偿相位进行检验，所述检验过程如下：

获取所述目标电信号对应的第二轮峰峰值，判断所述第二轮峰峰值是否小于所述补偿阈值；

当所述第二轮峰峰值大于或者等于所述补偿阈值时，确定所述补偿相位正确；

当所述第二轮峰峰值小于所述补偿阈值时，确定所述补偿相位错误，并根据所述第二补偿相位的符号确定下一个所述补偿相位。

第二方面，本发明实施例还提供一种相位补偿装置，其中，所述装置包括：

数据获取模块，用于获取第一轮光信号对应的第一轮电信号，其中，所述第一轮电信号为所述第一轮光信号干涉解调后得到的电信号；

补偿确定模块，用于提取所述第一轮电信号的第一轮峰峰值，根据所述第一轮峰峰值确定补偿相位，其中，所述第一轮峰峰值用于反映所述第一轮光信号的振幅的最高值和最低值之间的差值；

相位补偿模块，用于获取第二轮光信号，根据所述补偿相位对所述第二轮光信号进行相位补偿，得到目标电信号。

第三方面，本发明实施例还提供一种用于水下DPSK无线光通信中的自相干接收设备，其特征在于，所述设备包括：自相干解调模块和如上述任一所述的相位补偿装置。

第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有多条指令，其特征在于，所述指令适用于由处理器加载并执行，以实现上述任一所述的相位补偿方法的步骤。

本发明的有益效果：本发明实施例通过前一轮光信号进行检测并计算出补偿电位，然后将计算出的补偿电位作用于后一轮光信号，可以实现长时间的噪声补偿，并且本发明无需在发送端传输的编码中额外加入导频信息，减少了发送端与接收端之间的通信开销。解决了现有技术中通过导频信息进行相位噪声抑制/补偿的方法难以适用于长时间的噪声补偿，稳定性较差，且通信开销较大的问题。

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中记载的一些实施例，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是本发明实施例提供的相位补偿方法的流程示意图。

图2是本发明实施例提供的光发射机原理图。

图3是本发明实施例提供的DPSK光接收机原理。

图4是本发明实施例提供的具有相位噪声补偿的接收机原理。

图5是本发明实施例提供的补偿算法流程图。

图6是本发明实施例提供的不同波长的光在不同类型海水下的衰减系数。

图7是本发明实施例提供的相位调制器的特性曲线，驱动电压-相位变化-光信号相位。

图8是本发明实施例提供的不同相位噪声的示意图。

图9是本发明实施例提供的根据信号幅值对相位噪声求解示意图。

图10是本发明实施例提供的相位补偿装置的模块示意图。

图11是本发明实施例提供的终端的原理框图。

具体实施方式

本发明公开了一种相位补偿方法、装置、终端及存储介质，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

水下光无线通信(UWOC)已被证明是一种很有吸引力的短距离通信链路替代技术，具有带宽宽、数据传输速率高、延迟低、体积小等明显优势。在UWOC中,信息数据在水中通过光波（即光信号）进行无线传输，并在对应的接收端进行检测和解码。然而目前大多UWOC系统只基于振幅调制技术，比较典型的有OOK，PPM调制等，调制/解调维度相对单一。将相位调制技术应用于UWOC系统中，为拓展调制维度、提高频谱效率提供了解决方案。如图3所示，DPSK，作为一种便于实现的相位调制技术，利用光波的相位变化来携带信息，而光强保持不变，具有减低传输中干扰、降低峰值功率等独特的优势。

水下光无线通信系统主要包括发送端和接收端，在水下光无线通信系统系统中存在背景噪声和相位噪声，其中相位噪声主要来源包括：

1、发射光源的频率波动；

2、相位调制器受到环境温度的影响带来半波电压的偏移；

3、水下复杂信道环境中湍流、气泡等影响因素；

4、进入接收机分光器后两条光路之间光程不匹配引入额外的相位差。引入相位噪声后的干涉光强度表达式为：

其中，

中为固有的背景噪声强度，

中为光路一和光路二之间的相位差，

为相位噪声。对于延时一比特后的两路光信号，其理论上的相位差应为0或者π。由于相位噪声的存在，两路光信号之间的总相位差将不能保持在0或者π，从而会带来干涉后的光信号强度不稳定。即当

=0时，

，即当

=±π时，

。

从上述原理可以看出，经过接收端干涉解调和光电转换后，相位噪声反应为电信号幅值抖动，相位噪声越大，电信号幅值噪声也越大。这极大地影响了信噪比，从而导致误码率升高，降低通信系统性能，因此需要对相位噪声进行抑制或者补偿。举例说明，如图8所示，左边的图为相位噪声较小时的眼图，可以看出系统有较高的信噪比，高低电平区分明显，无误码。中间的图为系统相位噪声较小时，眼图变得模糊，高低电平区分不太明显，容易引起误码，通过进行相位补偿能够提高系统性能。右边的图为相位噪声较大，眼图劣化严重，无法区分高低电平，同时相位噪声计算困难。因此当峰峰值低于阈值时，相位噪声的补偿需要实时地进行，避免相位噪声累加后，无法计算当前噪声带来的补偿困难。

现有的作用于接收机的相位噪声抑制/补偿的方法主要采用的是导频计算方法，即在发送端编码中加入一段导频信息（已知的，收发两端事先协定好的信息），接收端通过ADC采样电路对解调输出的光电转换进行提取，将其中包含相位噪声的导频抽出，根据已知的光强度公式与原始的导频信息进行对比，并对噪声进行求解，从而计算得出相位噪声及其相应的补偿值，再通过DAC输出电路控制相位调制器产生响应的补偿相位，使光强度表达式：

I=4 * cos ² [(Δφ)/2+φ _noise +φ _offset ] +I _noise中，φ _noise +φ _offset=0，从而使I=4* sin ² (φ _noise+ φ _offset ) 或I=4*cos ² (φ _noise+ φ _offset )，信号达到最高信噪比。

然而导频信息计算出来的结果仅能代表瞬时的相位噪声，在复杂的水下信道环境中，相位噪声变化剧烈，瞬时的结果难以适用于后续长时间的噪声补偿，即该方法的稳定性较差。此外，通过提高信号中的导频占比，减小有效数据帧长度，即减小两段导频信息之间的时间间隔，虽然可以得到更高精度的相位噪声变化结果但是会增加通信系统的开销，从而降低通信速率。简言之，现有技术中通过导频信息进行相位噪声抑制/补偿的方法难以适用于长时间的噪声补偿，稳定性较差，且通信开销较大。

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种相位补偿方法，所述方法通过获取第一轮光信号对应的第一轮电信号，其中，所述第一轮电信号为所述第一轮光信号干涉解调后得到的电信号；提取所述第一轮电信号的第一轮峰峰值，根据所述第一轮峰峰值确定补偿相位，其中，所述第一轮峰峰值用于反映所述第一轮光信号的振幅的最高值和最低值之间的差值；获取第二轮光信号，根据所述补偿相位对所述第二轮光信号进行相位补偿，得到目标电信号。本发明通过前一轮光信号进行检测并计算出补偿电位，然后将计算出的补偿电位作用于后一轮光信号，可以实现长时间的噪声补偿，并且本发明无需在发送端传输的编码中额外加入导频信息，减少了发送端与接收端之间的通信开销。解决了现有技术中通过导频信息进行相位噪声抑制/补偿的方法难以适用于长时间的噪声补偿，稳定性较差，且通信开销较大的问题。

如图1所示，所述方法包括如下步骤：

步骤S100、获取第一轮光信号对应的第一轮电信号，其中，所述第一轮电信号为所述第一轮光信号干涉解调后得到的电信号。

本实施例方法可以应用于水下光无线通信系统的接收端，本实施例的基础构思是水下光通信的相位噪声变化速率远低于通信的波特率，因此通过前一轮光信号干涉解调后的电信号来计算补偿电位，并将该补偿电位作用于后一轮光信号，因此本实施例针对相邻的两轮光信号为例，阐述本实施例的实施过程。具体地，接收端接收到第一轮光信号，并将对其进行干涉解调，得到第一轮电信号。

在一种实现方式中，所述步骤S100具体包括如下步骤：

步骤S101、将所述第一轮光信号分为第一路光信号和第二路光信号；

步骤S102、对所述第一路光信号进行延时处理得到第一调节信号，对所述第二路光信号进行相位调制得到第二调节信号；

步骤S103、将所述第一调节信号和所述第二调节信号进行叠加，得到第一轮解调光信号；

步骤S104、将所述第一轮解调光信号转换为电信号，得到第一轮电信号。

为了清楚地阐述本实施例方法，首先说明水下光无线通信系统的发送端和接收端的数据交互原理。具体地，水下光无线通信系统的发射端通常采用窄线宽激光器作为光源，连续的光信号从光源出射后输入到相位调制器中，如图6所示，光源的光谱宽度越窄，光源频率越稳定，固有的相位噪声也越小，其相干长度越长，能够获得的消光比越大，能够实现的通信系统速率范围越大。编码器通过对原始信号进行差分编码，该编码方式可以理解相邻两个比特位的异或运算，或者是延时一比特周期的信号与原始信号的或运算（如表1所示）。产生经差分编码的电调制信号并作用于相位调制器，从而产生光相位调制信号，受到调制的光信号通过透镜准直输出到水中。信号的调制过程如图2所示。

表1.DPSK编码/解码表

接收端接收到第一轮光信号，并将其分为两路，即第一路光信号和第二路光信号。举例说明，将所述第一轮光信号输入分光器件，通过所述分光器件将所述第一轮光信号分为所述第一路光信号和所述第二路光信号。具体地，本实施例中可以采用透镜将光信号汇聚后输入分光器件中，常用的分光器件主要有1x2光纤耦合器和1x2空间光分束器。

然后，本实施例通过对第一路光信号进行相位延迟和对第二路光信号进行相位调制，以实现调节两路光信号的光程差，使得调节后得到的第一调节信号和第二调节信号之间产生一定的时延，例如发送端采用的是延时一比特周期的信号与原始信号的或运算，则接收端生成的第一调节信号和第二调节信号之间的时延即为1bit信号周期的时延。

之后，将第一调节信号和第二调节信号这两个光路进行叠加，得到第一轮解调光信号。本实施例利用光波的干涉，可以实现信息的解调。根据光的干涉原理，相位相同的两束光叠加相长，光强增大；反之相位相反的两个光信号叠加相消，光强减弱。

最后，将由于经过接收端干涉解调和光电转换后，相位噪声会反应为电信号幅值抖动，因此为了确定光信号中的相位噪声，本实施例需要将光信号转换为电信号输出。具体地，将第一轮解调光信号转换为电信号，得到第一轮电信号。后续通过分析第一轮电信号的幅值变化，可以确定相位噪声。

在一种实现方式中，所述步骤S102具体包括如下步骤：

步骤S1021、将所述第一路光信号输入光延迟器，通过所述光延迟器对所述第一路光信号进行延时处理得到所述第一调节信号；

步骤S1022、将所述第二路光信号输入相位调制器，通过所述相位调制器对所述第二路光信号进行相位调制得到所述第二调节信号。

具体地，第一路光信号进入光延迟器，得到第一调节信号。常用的光延迟器件主要有固定长度的光纤，透镜组成固定光程的空间器件等，其中延迟线的光程长度主要取决于通信速率。例如对于二进制DPSK调制而言，延迟线的长度为1bit周期（Time=1/Data Rate）的光程，即Length=Time*c(光速3x10^8m/s)/n（光纤折射率约为1.5)的光纤作为光延迟器件。例如，通信速率为200Mbps,其1bit的周期为5ns，对应的光纤长度则为1米。第二路光信号则进入相位调制器，相位调制器通过调节加载到相位调制器两端的偏置电压，能够实现调节激光的不同的相位输出，从而得到第二调节信号。例如，相位调制器中的调制电压通常与相位变化呈三角函数关系，每一个偏置电压都会对应一个相位变化。偏置电压为0时，对应相位变化为0，对应信号‘0’，偏置电压为Vpi时，对应的相位变化，对应信号‘1’，如图7所示。由于第一调节信号和第二调节信号之间存在一定的时间延迟，即存在一定的相位差，而在正常环境下和存在相位噪声的环境下第一调节信号和第二调节信号之间的相位差具有不同的特征，因此可以通过第一调节信号和第二调节信号之间的相位差来计算相位噪声。

在一种实现方式中，所述步骤S103具体包括如下步骤：

步骤S1031、将所述第一调节信号和所述第二调节信号输入光耦合器；

步骤S1032、通过所述光耦合器将所述第一调节信号和所述第二调节信号进行叠加，得到所述第一轮解调光信号。

简单来说，将第一调节信号和第二调节信号输入光耦合器，在光耦合器中实现光信号的干涉。经过光耦合器后，第一调节信号和第二调节信号合成一路，得到第一轮解调光信号。具体地，在光耦合器中相位相同的两束光叠加相长，光强增大，产生“1”信号，反之相位相反的两个光信号叠加相消，光强减弱，产生“0”信号，从而将相位信息转换为强度信息。

举例说明，在不考虑相位噪声的情况下，对于两路强度相同的光信号，干涉后的归一化光强度可以表示为：

其中，

和

分别表示光路一和光路二的相位，令

，

表示光路一和光路二之间的相位差，由于其中

和

的值始终为0或者π，因此可以简化为：

当

=0时，

有最大值，代表符号“1”，当

=±π时，

有最小值，代表符号“0”。

在一种实现方式中，所述步骤S104具体包括如下步骤：

步骤S1041、将所述第一轮解调光信号输入光电探测器；

步骤S1042、通过所述光电探测器对所述第一轮解调光信号进行光电转换，得到所述第一轮电信号。

具体地，本实施例采用光电探测器对第一轮解调光信号进行探测，并转换成为第一轮电信号输出。目前常用的光电探测器主要有PIN-PD, APD, SPAD，SiPM等不同类型的探测器。其中，SiPM具有高灵敏度，大感光面积等优点，因此适用于对弱光信号的探测。

如图1所示，所述方法还包括：

步骤S200、提取所述第一轮电信号的第一轮峰峰值，根据所述第一轮峰峰值确定补偿相位，其中，所述第一轮峰峰值用于反映所述第一轮光信号的振幅的最高值和最低值之间的差值。

具体地，为了确定光信号中的相位噪声，本实施例需要检测第一轮电信号振幅的最高值和最低值，得到第一轮峰峰值。由于第一轮峰峰值可以反映第一轮光信号中的振幅和相位噪声，因此基于第一轮峰峰值可以确定补偿电压的大小，从而基于补偿电压消除相位噪声。

在一种实现方式中，所述S200具体包括如下步骤：

步骤S201、将所述第一轮电信号输入峰值检测电路；

步骤S202、通过所述峰值检测电路对所述第一轮电信号进行第一轮峰峰值检测，并输出所述第一轮峰峰值；

步骤S203、根据所述第一轮峰峰值确定相位噪声数据，根据所述相位噪声数据确定补偿相位。

具体地，将第一轮电信号输入峰值检测电路，进行峰峰值检测和记录。峰值检测电路通过一段时间的数据记录后，计算出第一轮光信号的振幅，并查找到振幅的最大值和最小值，得到第一轮峰峰值。

对于延时1比特的两个光路的相位差为0或者π，因此

=0或者π/2。在经过光电探测器后，光强度I与电压信号V为线性关系。其中，电压与相位噪声之间为三角函数关系为：

因此通过第一轮峰峰值

和

能够计算出第一轮光信号中的信号幅度

和背景噪声

，并应用于后续计算相位噪声数据。

在一种实现方式中，所述根据所述第一轮峰峰值确定相位噪声数据，具体包括如下步骤：

步骤S2031、获取历史峰峰值中的最大值，根据所述第一轮峰峰值和所述历史峰峰值中的最大值确定补偿阈值，其中，所述历史峰峰值中的最大值为预设时间段内采集到的历史峰峰值的最大值；

步骤S2032、判断所述第一轮峰峰值是否小于所述补偿阈值，当所述第一轮峰峰值小于所述补偿阈值时，根据所述第一轮峰峰值确定所述第一轮光信号振幅和背景噪声数据；

步骤S2033、根据所述第一轮光信号振幅和所述背景噪声数据，确定相位噪声数据。

简单来说，由于信号实时的峰峰值能够间接地反映信号的信噪比，因此本实施例预先基于预设时间段内采集到的历史峰峰值的最大值和第一轮峰峰值设定了一个补偿阈值，例如可以将第一轮峰峰值与历史峰峰值的最大值的预设比例之间的差值作为补偿阈值（如图5所示）。只有当第一轮峰峰值小于补偿阈值时，才计算补偿相位。具体地，当第一轮峰峰值小于补偿阈值时，根据第一轮峰峰值可以确定第一轮光信号振幅和背景噪声数据，进而基于振幅和背景噪声数据，计算出第一轮光信号对应的相位噪声数据。

在一种实现方式中，所述根据所述相位噪声数据确定补偿相位，具体包括如下步骤：

步骤S2034、根据所述相位噪声数据确定第一补偿相位和第二补偿相位，其中，所述第一补偿相位和所述第二补偿相位互为相反数；

步骤S2035、将所述第一补偿相位作为所述补偿相位。

具体地，由于三角函数的对称性，因此对于同一个幅值V存在两种解，即

和

。因此在补偿过程中，本实施例先将两种解中的任意一个作为补偿相位。例如先将

作为补偿相位。

如图1所示，所述方法还包括如下步骤：

步骤S300、获取第二轮光信号，根据所述补偿相位对所述第二轮光信号进行相位补偿，得到目标电信号。

简单来说，第一轮光信号与第二轮光信号为前后采集到的两个相邻的光信号。本实施例采用第一轮光信号计算出相位噪声，并基于确定出的相位噪声对第二轮光信号进行相位补偿，从而消除第二轮光信号中的相位噪声，提高通信的可靠性。

在一种实现方式中，所述根据所述补偿相位对所述第二轮光信号进行相位补偿，得到目标电信号，具体包括如下步骤：

步骤S301、获取第三路光信号和第四路光信号，其中，所第三路光信号和所述第四路光信号为基于所述第二轮光信号分成的两路光信号；

步骤S302、对所述第三路光信号进行延时处理，得到第三调节信号；

步骤S303、根据所述补偿相位对所述第四路光信号进行相位补偿，得到第四调节信号；

步骤S304、根据所述第三调节信号和所述第四调节信号，得到所述目标电信号。

具体地，和第一轮光信号的处理方式相同，本实施例也同样要将第二轮光信号分为两路信号，即第三路光信号和第四路光信号。例如，可以将第二轮光信号输入分光器件中，得到第三路光信号和第四路光信号。为了消除第二轮光信号中的相位噪声，本实施例需要对第三路光信号进行延时处理得到第三调节信号，其中，接收端执行延时处理的参数基于发送端对所发送的光信号执行延时处理时的参数确定。然后根据计算出的补偿相位对第四路光信号进行相位补偿得到第四调节信号。由于补偿相位可以使得第三调节信号和第四调节信号之间产生额外相位差，额外相位差可以抵消第二轮光信号中的相位噪声，从而使得第三调节信号和第四调节信号之间保持相位匹配，即相位差为0或者π。最后基于第三调节信号和第四调节信号输出的目标电信号中由于消除了噪声干扰，因此可以更有效的反映通信信息。

在一种实现方式中，所述步骤S303具体包括如下步骤：

步骤S3031、根据所述补偿相位确定补偿电压，将所述补偿电压和所述第四路光信号输入所述相位调制器；

步骤S3032、通过所述相位调制器基于所述补偿电压对所述第四路光信号进行相位补偿，得到所述第四调节信号。

具体地，为了对第四路光信号进行相位补偿，本实施例需要先基于确定出的补偿相位计算出对应的补偿电压，然后将该补偿电压作用于相位调制器，通过相位调制器在第四路光信号中加入补偿相位。

举例说明，如图4所示，得到实时信号的相位噪声后，FPGA根据计算出的补偿相位产生相应的补偿信号，该补偿信号通过D/A转换电路产生相应的电压并作用于光相位调制器。其中，输入调制电压与输出相位延迟的关系如图7所示。相位调制器在光信号2中加入补偿相位，从而使光信号1和光信号2之间产生额外相位差，额外相位差用于抵消相位噪声，从而使两个光信号之间保持相位匹配，即相位差为0或者π。

在一种实现方式中，所述步骤S304，具体包括如下步骤：

步骤S3041、将所述第三调节信号和所述第四调节信号叠加，得到第二轮解调光信号；

步骤S3042、将所述第二轮解调光信号转换为电信号，得到所述目标电信号。

具体地，将第三调节信号和第四调节信号合成一路，得到第二轮解调光信号，再对第二轮解调光信号进行光电转换得到目标电信号。由于第四调节信号进行了相位补偿，抵消了相位噪声，因此目标电信号可以有效反应发送端传输的信息。举例说明，将第三调节信号和第四调节信号输入光耦合器，通过光耦合器将第三调节信号和第四调节信号合成一路，得到第二轮解调光信号。再将第二轮解调光信号输入光电探测器，通过光电探测器将第二轮解调光信号转换为电信号，得到目标电信号。

在一种实现方式中，所述方法还包括对所述补偿相位进行检验，所述检验过程如下：

步骤S10、获取所述目标电信号对应的第二轮峰峰值，判断所述第二轮峰峰值是否小于所述补偿阈值；

步骤S11、当所述第二轮峰峰值大于或者等于所述补偿阈值时，确定所述补偿相位正确；

步骤S12、当所述第二轮峰峰值小于所述补偿阈值时，确定所述补偿相位错误，并根据所述第二补偿相位的符号确定下一个所述补偿相位。

简单来说，由于补偿相位存在两种解（如图9所示），因此本发明提出了一种检验补偿相位是否正确的算法。对于信号幅度公式:

，

当

时有最大值，

时有最小值，因此:

；

反映了通信系统中携带的信息，显然Vpp的大小与

无关，因此无需预知信号中的信息也可以计算

。同一个峰峰值Vpp下存在两个解

和

，我们假设其中一个解

为正确，并以此为参考进行补偿，观察补偿后的峰峰值走势，如果峰峰值V上升，那么假设正确，继续进行补偿，如果幅值V下降，则假设错误，正确的解为

，并以此为新的参考重新计算和补偿，从而实现在当前解为错误时及时纠正。具体地，如图5所示，获取所述目标电信号对应的第二轮峰峰值，判断第二轮峰峰值是否小于所述补偿阈值，当第二轮峰峰值大于或者等于所述补偿阈值时，确定补偿相位正确；当第二轮峰峰值小于补偿阈值时，确定补偿相位错误，第二补偿相位才是正确的补偿相位，因此根据第二补偿相位的符号确定下一轮光信号的补偿相位。

举例说明，假设Vpp为信号实时的峰峰值，Vmax和Vmin为一段时间采样的最大值和最小值，Vn表示当前的Vpp,Vn-1表示上一轮采样的Vpp，A表示预设比例。则补偿相位的检验过程如图5所示：

1、采集一段时间的Vpp，进入步骤2；

2、计算背景噪声强度Vnoise和光信号强度Vsignal，进入步骤3；

3、实时采集信号Vpp，进入步骤4；

4、判断Vpp是否小于Vpp-Max*A，当是时进入步骤5，当否时无需进行相位补偿；

5、计算相位噪声，得出+

noise和-

noise，进入步骤6；

6、默认X=+

noise，进入步骤7；

7、计算补偿相位

offset=X*（-0.1），进入步骤8；

8、判断Vn是否大于Vn-1，当是时进入步骤9，当否时进入步骤10；

9、判断Vn是否大于Vmax*A，当是时输出补偿相位，当否时返回步骤7；

10、计算相位噪声，得出

和

，进入步骤11；

11、X=

，进入步骤12；

12、计算补偿相位

=X*（-0.1），进入步骤13；

13、判断Vn是否大于Vn-1，当是时进入步骤14，当否时进入步骤5；

14、判断Vn是否大于Vmax*A，当是时输出补偿相位，当否时返回步骤12。

本发明的优点在于：本发明可以生成具有自适应噪声补偿的DPSK自相干接收机，主要原理如图4所示，由干涉解调模块，相位噪声补偿模块，以及SiPM单光子探测器阵列组成。其中干涉解调部分与现有技术类似，由空间光分束器/光纤耦合器组成，光延迟器由一定长度的光纤/空间反射镜组成。相位噪声补偿模块由幅值采样电路，信号处理电路和调制反馈电路以及可见光相位调制器组成。采样电路通过在一定时间内对信号进行采样，信号处理电路提取采样信号的峰峰值，并对当前相位噪声进行计算，再将计算结果反馈到调制电路，调制电路产生调制信号作用于相位调制器，产生的相位延迟作用于第一光路，从而改变两路光路之间的相位差，实现相位补偿功能。本发明在不占用通信系统开销和增加复杂度的前提下，提出了一种用于DPSK的自相干接收机噪声抑制方法，其具有低成本、简单易实现、实时性高等优点。与现有技术相比，本发明方法通过对信号的采集和检测，从而计算出相位噪声，最终作用于相位调制器，可以实现快速补偿功能。

基于上述实施例，本发明还提供了一种相位补偿装置，如图10所示，所述装置包括：

数据获取模块01，用于获取第一轮光信号对应的第一轮电信号，其中，所述第一轮电信号为所述第一轮光信号干涉解调后得到的电信号；

补偿确定模块02，用于提取所述第一轮电信号的第一轮峰峰值，根据所述第一轮峰峰值确定补偿相位，其中，所述第一轮峰峰值用于反映所述第一轮光信号的振幅的最高值和最低值之间的差值；

相位补偿模块03，用于获取第二轮光信号，根据所述补偿相位对所述第二轮光信号进行相位补偿，得到目标电信号。

基于上述实施例，本发明还提供了一种用于水下DPSK无线光通信中的自相干接收设备，其特征在于，所述设备包括：自相干解调模块和如上述任一所述的相位补偿装置。

基于上述实施例，本发明还提供了一种终端，其原理框图可以如图11所示。该终端包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏。其中，该终端的处理器用于提供计算和控制能力。该终端的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该终端的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现相位补偿方法。该终端的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏。

本领域技术人员可以理解，图11中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的终端的限定，具体的终端可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一种实现方式中，所述终端的存储器中存储有一个或者一个以上的程序，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行所述一个或者一个以上程序包含用于进行相位补偿方法的指令。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

综上所述，本发明公开了一种相位补偿方法、装置、终端及存储介质，所述方法通过获取第一轮光信号对应的第一轮电信号，其中，所述第一轮电信号为所述第一轮光信号干涉解调后得到的电信号；提取所述第一轮电信号的第一轮峰峰值，根据所述第一轮峰峰值确定补偿相位，其中，所述第一轮峰峰值用于反映所述第一轮光信号的振幅的最高值和最低值之间的差值；获取第二轮光信号，根据所述补偿相位对所述第二轮光信号进行相位补偿，得到目标电信号。本发明通过前一轮光信号进行检测并计算出补偿电位，然后将计算出的补偿电位作用于后一轮光信号，可以实现长时间的噪声补偿，并且本发明无需在发送端传输的编码中额外加入导频信息，减少了发送端与接收端之间的通信开销。解决了现有技术中通过导频信息进行相位噪声抑制/补偿的方法难以适用于长时间的噪声补偿，稳定性较差，且通信开销较大的问题。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种相位补偿方法，其特征在于，所述方法包括：

提取所述第一轮电信号的第一轮峰峰值，根据所述第一轮峰峰值确定补偿相位，其中，所述第一轮峰峰值用于确定所述第一轮光信号中的信号幅度和背景噪声；

获取第二轮光信号，根据所述补偿相位对所述第二轮光信号进行相位补偿，得到目标电信号，其中，所述第一轮光信号与所述第二轮光信号为前后采集到的两个相邻的光信号；基于第三调节信号和第四调节信号输出的目标电信号中由于消除了噪声干扰，因此更有效的反映通信信息；

所述提取所述第一轮电信号的第一轮峰峰值，根据所述第一轮峰峰值确定补偿相位，包括：

将所述第一轮电信号输入峰值检测电路；

通过所述峰值检测电路对所述第一轮电信号进行第一轮峰峰值检测，并输出所述第一轮峰峰值，其中，所述第一轮峰峰值检测为检测所述第一轮电信号的振幅的最高值和最低值；

根据所述第一轮峰峰值确定相位噪声数据，根据所述相位噪声数据确定补偿相位；

所述根据所述相位噪声数据确定补偿相位，包括：

将所述第一补偿相位作为所述补偿相位；

所述根据所述补偿相位对所述第二轮光信号进行相位补偿，得到目标电信号包括：

对所述第三路光信号进行延时处理，得到第三调节信号；

根据所述补偿相位对所述第四路光信号进行相位补偿，得到第四调节信号；所述补偿相位使得所述第三调节信号和所述第四调节信号之间产生额外相位差，额外相位差可以抵消第二轮光信号中的相位噪声，从而使得第三调节信号和第四调节信号之间保持相位匹配，即相位差为0或者π；

根据所述第三调节信号和所述第四调节信号，得到所述目标电信号；

所述方法还包括对所述补偿相位进行检验，检验过程如下：

获取所述目标电信号对应的第二轮峰峰值，判断所述第二轮峰峰值是否小于补偿阈值；

2.根据权利要求1所述的相位补偿方法，其特征在于，所述获取第一轮光信号对应的第一轮电信号，包括：

将所述第一轮光信号分为第一路光信号和第二路光信号；

3.根据权利要求2所述的相位补偿方法，其特征在于，所述对所述第一路光信号进行延时处理得到第一调节信号，对所述第二路光信号进行相位调制得到第二调节信号，包括：

4.根据权利要求1所述的相位补偿方法，其特征在于，所述根据所述第一轮峰峰值确定相位噪声数据，包括：

5.根据权利要求1所述的相位补偿方法，其特征在于，所述根据所述补偿相位对所述第四路光信号进行相位补偿，得到第四调节信号，包括：

根据所述补偿相位确定补偿电压，将所述补偿电压和所述第四路光信号输入相位调制器；

6.根据权利要求1所述的相位补偿方法，其特征在于，所述根据所述第三调节信号和所述第四调节信号，得到所述目标电信号，包括：

7.一种相位补偿装置，其特征在于，所述装置包括：

补偿确定模块，用于提取所述第一轮电信号的第一轮峰峰值，根据所述第一轮峰峰值确定补偿相位，其中，所述第一轮峰峰值用于确定所述第一轮光信号中的信号幅度和背景噪声；

相位补偿模块，用于获取第二轮光信号，根据所述补偿相位对所述第二轮光信号进行相位补偿，得到目标电信号，其中，所述第一轮光信号与所述第二轮光信号为前后采集到的两个相邻的光信号；基于第三调节信号和第四调节信号输出的目标电信号中由于消除了噪声干扰，因此更有效的反映通信信息；

将所述第一轮电信号输入峰值检测电路；

所述根据所述相位噪声数据确定补偿相位，包括：

将所述第一补偿相位作为所述补偿相位；

对所述第三路光信号进行延时处理，得到第三调节信号；

所述装置还包括对所述补偿相位进行检验，检验过程如下：

8.一种用于水下DPSK无线光通信中的自相干接收设备，其特征在于，所述设备包括：自相干解调模块和如权利要求7所述的相位补偿装置。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有多条指令，其特征在于，所述指令适用于由处理器加载并执行，以实现上述权利要求1-6任一所述的相位补偿方法的步骤。