CN115102629A - 一种相位估计和补偿的方法及装置 - Google Patents

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张春娇
黄晶晶
张凡武
雷鹏
周乾
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/61—Coherent receivers
    • H04B10/616—Details of the electronic signal processing in coherent optical receivers
    • H04B10/6165—Estimation of the phase of the received optical signal, phase error estimation or phase error correction

Abstract

本发明提供了一种相位估计和补偿的方法及装置，经过一级相噪估计，相位残差x相对较小，通过使用x代替sin(x)、1代替cos(x)的简化方法，解决了超越函数sin/cos定点化复杂的问题；简化后的性能与简化前完全一致，实现了精准补偿相位噪声的功能。本发明解决了设计复杂、所耗资源多、芯片面积大、残留误差大、精度差、对调制格式敏感、通用性差的问题，节省了资源，降低了功耗，更方便通过硬件来实现。

Description

一种相位估计和补偿的方法及装置
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种相位估计和补偿的方法及装置。
背景技术
参见图1和图2，相位恢复在部门技术规划中的定位属于Filter技术大类，用于400G/800G相干DSP ASIC芯片中；国内外各大通信设备供应商在相位估计方面均有多篇专利布局。现有技术存在的问题包括：计算复杂度大，功耗高；设计复杂，所耗资源多，芯片面积大；残留误差大，精度差；对调制格式敏感，有些方法仅适用于某些调制格式，通用性差；有些方法需要导频，有开销牺牲频谱效率；对信噪比敏感，低信噪比时精度差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种相位估计和补偿的方法及装置，用于精准补偿相位噪声。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种相位估计和补偿的方法，包括以下步骤：
S0：搭建一种相位估计和补偿装置，包括依次连接的一级补偿模块和二级补偿模块；二级补偿模块包括依次连接的硬判盘模块、共轭乘模块、滤波模块、相角模块、近似模块和延迟补偿模块；
S1：采用基于pilot的技术将输入信号Sig_H经过一级补偿后的输出信号Sig_H'；
S2：输入经过一级补偿后的信号Sig_H'，使用1-θ近似求exp(-jθ)后，输出最终相位补偿信号Sig_H”。
按上述方案，所述的步骤S1中，具体步骤为：
S21：经过一级补偿后的信号Sig_H'经过硬判得到Sig_HD；
S22：将硬判结果Sig_HD与原来信号Sig_H'共轭乘得到XP；
S23：将共轭乘的结果XP经过滤波得到XP'；
S24：对滤波结果XP'求相角θ；
S25：对相角θ求exp(-jθ)；
S26：将输入信号Sig_H'延迟后与exp(-jθ)相乘，完成二级相位补偿得到Sig_H”。
进一步的，所述的步骤S25中，具体步骤为：
使用1近似cos(x)，使用x近似sin(x)；则exp(-j*x)＝cos(x)-sin(x)＝1–x，使用1-x近似求exp(-jx)。
一种用于相位估计和补偿方法的装置，包括依次连接的一级补偿模块和二级补偿模块；二级补偿模块包括依次连接的硬判盘模块、共轭乘模块、滤波模块、相角模块、近似模块和延迟补偿模块。
一种计算机存储介质，其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行一种相位估计和补偿的方法。
本发明的有益效果为：
1.本发明的一种相位估计和补偿的方法及装置，经过一级相噪估计，相位残差x相对较小，通过使用x代替sin(x)、1代替cos(x)的简化方法，解决了超越函数sin/cos定点化复杂的问题；简化后的性能与简化前完全一致，实现了精准补偿相位噪声的功能。
2.本发明解决了设计复杂、所耗资源多、芯片面积大、残留误差大、精度差、对调制格式敏感、通用性差的问题，节省了资源，降低了功耗，更方便通过硬件来实现。
附图说明
图1是本发明实施例的所述领域图。
图2是现有技术的分类图。
图3是本发明实施例的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图3，本发明的实施例包括stage1和stage2两级；stage1采用通用的基于pilot的技术，输入信号Sig_H，输出经过一级补偿后的信号Sig_H'；stage2输入经过一级补偿后的信号Sig_H'，输出最终相位补偿信号Sig_H”。
相位估计和补偿stage2的详细步骤如附图3的右半部分所示；
经过一级补偿后的信号Sig_H'传给stage2，其硬判结果Sig_HD与原来的信号Sig_H'共轭乘，共轭乘的结果XP经过滤波得到XP'，求相角θ，求exp(-jθ)；最后输入信号Sig_H'经过延迟后与exp(-jθ)相乘完成stage2的相位补偿得到Sig_H”。
区别于现有技术使用cordic、查找表或级数展开实现exp(-j*x)；本发明的关键点在于使用近似算法快速、精确的实现CPR stage2中求exp(-jθ)：
由于经过一级相位估计和补偿，此时exp(-j*x)中的x是一个较小的值；因此exp(-j*x)＝cos(x)-sin(x)＝1–x，使用1近似cos(x)，使用x近似sin(x)。
现有技术实现求exp(-jx)方法是使用cordic迭代求exp(-jx)；本发明考虑到x的值域范围较小(在±5°之内)，使用1近似cos(x)，使用x近似sin(x)，因此直接使用1-x求exp(-jx)，大大降低了资源消耗和运算复杂度；与现有技术对比使用1-x和exp(-jx)的近似误差低于-25db，因此认为本发明的近似是精准的近似。
对比补偿后的信号，分别使用signal*(1-x)和signal*exp(-jx)，误差低于-35db。进一步证明了本发明使用的近似算法是非常精准的近似算法，且使用近似算法前后，系统性能完全一致。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种相位估计和补偿的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S0：搭建一种相位估计和补偿装置，包括依次连接的一级补偿模块和二级补偿模块；二级补偿模块包括依次连接的硬判盘模块、共轭乘模块、滤波模块、相角模块、近似模块和延迟补偿模块；
S1：采用基于pilot的技术将输入信号Sig_H经过一级补偿后的输出信号Sig_H'；
S2：输入经过一级补偿后的信号Sig_H'，使用1-θ近似求exp(-jθ)后，输出最终相位补偿信号Sig_H”。
2.根据权利要求1所述的一种相位估计和补偿的方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体步骤为：
S21：经过一级补偿后的信号Sig_H'经过硬判得到Sig_HD；
S22：将硬判结果Sig_HD与原来信号Sig_H'共轭乘得到XP；
S23：将共轭乘的结果XP经过滤波得到XP'；
S24：对滤波结果XP'求相角θ；
S25：对相角θ求exp(-jθ)；
S26：将输入信号Sig_H'延迟后与exp(-jθ)相乘，完成二级相位补偿得到Sig_H”。
3.根据权利要求2所述的一种相位估计和补偿的方法，其特征在于：所述的步骤S25中，具体步骤为：
使用1近似cos(x)，使用x近似sin(x)；
则exp(-j*x)＝cos(x)-sin(x)＝1–x，使用1-x近似求exp(-jx)。
4.一种用于权利要求1至3中任意一项所述的相位估计和补偿的方法的装置，其特征在于：包括依次连接的一级补偿模块和二级补偿模块；二级补偿模块包括依次连接的硬判盘模块、共轭乘模块、滤波模块、相角模块、近似模块和延迟补偿模块。
5.一种计算机存储介质，其特征在于：其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行如权利要求1至权利要求3中任意一项所述的一种相位估计和补偿的方法。
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