WO2014166390A1

WO2014166390A1 - 频差估计方法、装置和系统

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Publication number: WO2014166390A1
Application number: PCT/CN2014/074994
Authority: WO
Inventors: 燕萌; 曹寅文; 陶振宁
Original assignee: 富士通株式会社
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2014-10-16
Also published as: CN104104624A; CN104104624B; US20160036524A1; JP2016521045A; US10009096B2; JP6260686B2

Abstract

本发明实施例提供了一种频差估计方法、装置和系统，其中，所述频差估计装置包括：第一计算单元，其根据接收到的包含多个不同长度的序列的信号计算每一个序列对应的相关值，其中，每一个序列在所述信号中被重复发送多次；第二计算单元，其根据每一个序列对应的相关值计算每一个序列对应的小数倍频差；第一确定单元，其根据每一个序列对应的小数倍频差确定每一个序列对应的整数倍频差；第二确定单元，其根据每一个序列对应的小数倍频差和每一个序列对应的整数倍频差确定总频差。通过本发明实施例的频差估计装置、方法和系统，可以实现大范围、无缝的频差估计，且实现简单，精度和可靠性较高。

Description

频差估计方法、装置和系统技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种频差估计方法、装置和系统。背景技术

在相干光通信系统中，发射端的激光器和接收端的激光器之间往往会存在频差，在接收端要恢复出发送信号，必须估计出这个频差并补偿。估计频差的一种常用方法是利用信号的相关性。在发送端重复发送一段序列，在接收端求它们的相关值。序列最少被重复发送两次才能计算相关值，如果重复多次，可以计算多个相关值再求平均，以减小噪声的影响。

为了简单起见，在以下的说明中，以重复两次为例。图 1为包含两段相同的序列的信号的示意图。如图 1所示，其中， L为序列长度， s为起始位置。

接收端经过采样的信号可以表示为 r(i)，括号中的 i是整数，表示采样点序数。求相关运算可以表示为：

c =∑ ^r(^s + ')^r*(^{s + i + L})

其中 *表示共轭， s是这两段相同的时域信号波形的起始位置，表示被重复发送的序列的长度。根据相关值 c的幅角，可以计算下式：

, = arg(c) f_s

2π L

这个估计称为小数倍频差估计。因为 arg 运算的取值范围是 [-π, π]，所以 ^的取值范围是 [-/；/2£ , /：/2£ ]。而真实的频差可能会超出此范围，超出部分称为整数倍频 Λ/ 的整数倍，总的频差可以表示为：

在上式中，频差被写成两部分的和，第一部分称为整数倍频差，第二部分^ 被称为小数倍频差。因为的范围是 : /£，所以只要确定了整数《，就能实现无缝的频差估计。

在正交频分复用（OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 系统中，已有的频差估计方法一般分两步：第一步是在时域估计小数倍频差，这里往往利用两段重复信号（经特殊设计的 OFDM符号，或包含在 OFDM信号中的循环前缀）的相关（详见参考文献 [1]和 [2] )。在补偿了小数倍频差后，对信号作 FFT ( fast Fourier transformation, 快速付立叶变换）得到频域信号；第二步是在频域估计整数倍频差。在 OFDM信号的频谱两侧会加入一些填零的虚载波以实现过采样，如图 2所示。理想情况下，详见图 2A，承载数据的子载波功率非零，而虚载波功率为零。根据虚载波在频谱中的位置，或者找出功率较高的子载波，就能推断出整数倍频差（详见参考文献 [3])。但在实际光传输系统中，受噪声和各种传输损伤的影响，接收到的信号在虚载波的位置上也可能有一定的功率，如图 2B所示，而且信道中的滤波器会改变信号的频谱形状，在靠近虚载波位置的承载数据的子载波功率可能变得比较低，和虚载波的区分度不高，这导致该方法的可靠性大大降低。另一种方法是利用在特定子载波上加入的导频信号，如参考文献 [4]中将连续几个 OFDM符号的特定子载波上的导频数据设置成相同，根据这个特点可以确定导频子载波在频域的位置，这样也就确定了整数倍频差。

对于单载波系统，频差估计可以在均衡前进行（详见参考文献 [5])，这种方法速度快，不需要均衡，但精度较低。频差估计也可以在均衡后进行（详见参考文献 [6] )，但这种方法需要较长时间的迭代收敛才能得到频差估计结果，而且信号要先经过均衡。

参考文献：

[1] Robust frequency and timing synchronization for OFDM, T. M. Schmidl and D. C. Cox, IEEE Transactions on Communications, vol.45, no.12, 1997.

[2] ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems, van de Beek et. al.，

IEEE Transactions on Signal Processing, vol.45, no.7, 1997.

[3] Preamble sequence detection and integral carrier frequency offset estimation method for OFDM/OFDMA wireless communication system, Pub. No.: US 2009/0067517 Al.

[4] Optimal receiver design for OFDM-based broadband transmission, M. Speth, S.

Fechtel, G, Fock et. al., IEEE Transactions on Communications, vol.49, no.4, 2001.

[5] Frequency offset monitoring device and optical coherent receiver, Pub. No.: US 2009/0080906 Al .

[6] Wide -range, accurate and simple digital frequency offset compensator for optical coherent receiver, L. Li, Z. Tao, S. Oda et. al.， proceedings of OFC/NFOEC 2008.

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种频差估计方法、装置和系统，以解决背景技术指出的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种频差估计装置，其中，所述装置包括: 第一计算单元，其根据接收到的包含多个不同长度的序列的信号计算每一个序列的相关值，其中，每一个序列在所述信号中被重复发送多次；

第二计算单元，其根据每一个序列的相关值计算每一个序列对应的小数倍频差；第一确定单元，其根据每一个序列对应的小数倍频差确定每一个序列对应的整数倍频差；

第二确定单元，其根据每一个序列对应的小数倍频差和每一个序列对应的整数倍频差确定总频差。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种如第一方面所述的频差估计装置，其中，所述信号加载于两个偏振态上，所述每一个序列对应的相关值为其在所述两个偏振态上对应的相关值的平均值或和值。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种单偏振接收机，其中，所述接收机包含前述第一方面所述的频差估计装置。

根据本发明实施例的第四方面，提供了一种单偏振相干光通信系统，其中，所述系统包括：

发射机，其用于发送信号，所述信号中包含多个不同长度的序列，其中，所述序列在所述信号中被重复发送多次；以及

前述第三方面所述的单偏振接收机。

根据本发明实施例的第五方面，提供了一种双偏振接收机，其中，所述接收机包含前述第二方面所述的频差估计装置。

根据本发明实施例的第六方面，提供了一种双偏振相干光通信系统，其中，所述系统包括：

发射机，其用于发送信号，所述信号包含 h偏振态信号和 V偏振态信号，所述 h 偏振态信号和 V偏振态信号中分别包含多个不同长度的序列，其中，所述序列在各个偏振态信号中被重复发送多次；以及

前述第五方面所述的双偏振接收机。

本发明实施例的有益效果在于，通过本发明实施例提供的频差估计方法、装置和系统，和用于 OFDM系统的已有方法相比，本发明实施例提供的方法完全工作在时域上，只需要计算一些不同长度序列的相关值，没有 FFT运算，实现起来比较简单；和用于单载波系统的已有方法相比，本发明实施例提供的方法利用设置在发送数据中的不同长度的重复序列，不需要先对信号作均衡，也没有迭代收敛过程，能快速得到频差估计结果，而且精度较高。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和 /或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语"包括 /包含"在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。附图说明

参照以下的附图可以更好地理解本发明的很多方面。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大或缩小。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。此外，在附图中，类似的标号表示几个附图中对应的部件，并可用于指示多于一种实施方式中使用的对应部件。

在附图中：

图 1是包含两段相同的序列的时域信号示意图；图 2A是理想情况下的 OFDM信号的频谱示意图；

图 2B是受到噪声影响和传输损伤情况下的 OFDM信号的频谱示意图;

图 3是本发明实施例的频差估计装置的组成示意图；

图 4是包含该两个不同长度的序列的信号的示意图；

图 5是在两个偏振态上都设置了不同长度的重复序列的信号示意图；

图 6是本发明实施例的单偏振相干光通信系统的组成示意图；

图 7是本发明实施例的双偏振相干光通信系统的组成示意图；

图 8是本发明实施例的频差估计方法的流程图。具体实施方式

参照附图，通过下面的说明，本发明实施例的前述以及其它特征将变得明显。这些实施方式只是示例性的，不是对本发明的限制。为了使本领域的技术人员能够容易地理解本发明的原理和实施方式，本发明实施例以两个不同长度的序列分别被重复发送两次为例进行说明，但可以理解，本发明实施例并不以此作为限制，在具体实施过程中，也可以发送三个或更多个不同长度的序列，而各序列可以被重复发送三次或更多次，且各序列被重复发送的次数可以相同也可以不同。

下面参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。

实施例 1

本发明实施例提供了一种频差估计装置，该频差估计装置应用于相干光通信系统的接收端。图 3是该装置的组成示意图，请参照图 3，该装置包括：第一计算单元 31、第二计算单元 32、第一确定单元 33以及第二确定单元 34，其中：

第一计算单元 31根据接收到的包含多个不同长度的序列的信号计算每一个序列对应的相关值，其中，每一个序列在所述信号中被重复发送多次。

第二计算单元 32根据每一个序列对应的相关值计算每一个序列对应的小数倍频差。

第一确定单元 33根据每一个序列对应的小数倍频差确定每一个序列对应的整数倍频差。

第二确定单元 34根据每一个序列对应的小数倍频差和每一个序列对应的整数倍频差确定总频差。在本实施例中，发射端发送了信号，在该信号中包含多个不同长度的序列，且各序列在该信号中被重复发送了多次，由此，第一计算单元 31可以根据接收到的该信号计算各序列对应的相关值。

在一个实施方式中，该第一计算单元 31可以根据背景技术所介绍的方法计算各个序列的相关值，例如根据以下公式计算每一个序列对应的相关值：

c_seq = ' ^r、^s _seq + '>* (^s _seg + i + ^L _seq )

其中， c_seq为该序列对应的相关值， L_seq为该序列的长度， s_seq为该序列的起始位置， i为采样点序数。

由此，通过第一计算单元 31的计算可以获得每一个序列对应的相关值。

其中，上述计算方法只是举例说明，本实施例并不以此作为限制，任何能根据接收到的信号计算出该信号中所包含的序列的相关值的方法都包含于本发明的保护范围。

其中，当该信号包含两个偏振态时，也即该信号为双偏振信号时，每一个序列对应的相关值为其在两个偏振态上的对应的相关值的平均值或者和值。也就是说，在每一个偏振态的信号上，都包含了多个不同长度的序列，且在每一个偏振态的信号上，每一个序列都被重复发送多次，对于每一个序列，在每一个偏振态上，通过前述计算可以获得一个相关值，将该序列对应的两个偏振态上的相关值取平均值或者和值，得到该序列的相关值。

在本实施例中，第二计算单元 32可以利用第一计算单元 31的计算结果，根据该每一个序列对应的相关值计算每一个序列对应的小数倍频差。

在一个实施方式中，该第二计算单元 32可以利用以下公式计算每一个序列对应的小数倍频差：

― f arg(c )

值， L_seq该序列的长度。

由此，通过第二计算单元 32的计算可以获得每一个序列对应的小数倍频差。其中，上述计算方法也只是举例说明，本实施例并不以此作为限制，任何根据序列的相关值计算小数倍频差的方法都包含于本发明的保护范围。

在本实施例中，根据第一计算单元 31和第二计算单元 32的计算得到了对应该多个序列的多个相关值和多个小数倍频差，利用该多个小数倍频差，通过第一确定单元

33可以确定各个序列对应的整数倍频差。

在一个实施方式中，第一确定单元 33可以通过遍历每一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围中的每一个整数值来确定每一个序列对应的整数倍频差的整数值的最佳值，从而确整数倍频差。在该实施方式中，该第一确定单元 33可以包括：第一确定模块 331、第一遍历模块 332以及第二确定模块 333，其中，

第一确定模块 331 可以根据以下公式确定每一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围；

\ n \< N

能的最大值， L_seq为该序列的长度，为采样率。

第一遍历模块 332 可以在每一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围内遍历每一个整数值，得到使得所有序列对应的总频差的差的绝对值最小的每一个序列对应的整数值。

第二确定模块 333可以利用第一遍历模块 332获得的每一个序列对应的整数倍频差的整数值确定每一个序列对应的整数倍频差。

在另外一个实施方式中，第一确定单元 33可以根据每一个序列对应的整数倍频差的整数值之间的约束关系，确定其中一个序列对应的整数倍频差的整数值相对于其他序列对应的整数倍频差的整数值的函数关系，然后，通过遍历这一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围中的每一个整数值来确定每一个序列对应的整数倍频差的整数值的最佳值，从而确整数倍频差。在该实施方式中，以该信号中包含两个不同长度的序列为例，该第一确定单元 33可以包括：第三确定模块 334、第四确定模块 335、第二遍历模块 336以及第五确定模块 337，其中，

第三确定模块 334 可以根据以下公式确定所述两个序列中的其中一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围；其中， N_{l =} ceil(^ -) + 1 ， Δ 皿为发射激光器和本振激光器之间的频差的可能的最大值，为所述一个序列的长度，为所述一个序列对应的整数倍频差的整数值。第四确定模块 335 可以根据以下公式确定所述两个序列中的另外一个序列的整数倍频差的整数值；

η_Ί = round( ^s ~ - ~―)

f L₂

其中，为所述一个序列对应的整数倍频差的整数值， n₂为所述另外一个序列对应的整数倍频差的整数值，为所述一个序列的长度， L₂为所述另外一个序列的长度，为长度为的序列对应的小数倍频差， /₂为长度为 L₂的序列对应的小数倍频差，且^；和^ ₂都是通过前述第二计算单元 32计算获得的。

第二遍历模块 336 可以在所述一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围内遍历每一个整数值，得到使得所有序列对应的总频差的差的绝对值最小的整数值。

第五确定模块 336可以根据第二遍历模块 336获得的整数值确定另一个序列对应的整数倍频差的整数值，从而利用每一个序列对应的整数倍频差的整数值得到每一个序列对应的整数倍频差。

在另外一个实施方式中，第一确定单元 33可以先利用每一个序列对应的相关值计算总频差的粗略估计值，再利用该总频差的粗略估计值确定每一个序列对应的整数值，从而确定每一个序列对应的整数倍频差。在该实施方式中，仍以该信号中包含两个不同长度的序列为例，该第一确定单元 33可以包括：第一计算模块 338、第二计算模块 339以及第六确定模块 310，其中，

第一计算模块 338可以根据以下公式计算总频差的粗略估计值；

d _ arg(cy;) f_s

2π L_v― L₂

其中， c 和 ₂分别为所述两个序列对应的相关值，为采样率，和 £₂分别为所述两个序列的长度；

第二计算模块 339 可以根据以下公式计算每一个序列对应的整数倍频差的整数值：

= round ( ~ )

f ,

_J/ df_c

n_n = round ( ~ )

f W

其中， A ^^ i ^ -^ i , Δ 为发射激光器和本振激光器之间的频差的可能的最大值。第六确定模块 310 利用每一个序列对应的整数倍频差的整数值得到每一个序列对应的整数倍频差。

在本实施例中，通过第二计算单元计算获得了各个序列对应的小数倍频差，通过第一确定单元根据第二计算单元的计算结果确定了各个序列对应的整数倍频差，即可通过第二确定单元利用第二计算单元计算获得的各个序列对应的小数倍频差，以及第一确定单元确定的各个序列对应的整数倍频差，确定各个序列对应的总频差，最后，可以将各个序列对应的总频差的平均值作为最终的频差估计结果。

为了使本实施例的频差估计装置的工作原理更加清楚易懂，以下结合附图，以接收到的信号中包含两个不同长度的序列，且各序列在该信号中被分别发送两次为例对本实施例的频差估计装置进行详细说明。

图 4是包含该两个不同长度的序列的信号的示意图。如图 4所示，这两个序列的长度分别为 1^和 1^₂，为了能够计算相关，这两个序列都被重复发送了两次。 ₅₁和 ¾ 表示这两个序列的起始位置。为了抵抗信道引入的符号间干扰（inter-symbol interference, ISI ) , 在序列的前后可加入循环前缀和循环后缀，只要它们的长度大于信道的最大时延扩展，就能保证在有 ISI的情况下前后两段序列也有相同的波形。这两个序列可以分布在发送信号的任何位置，在时间上不要求是连续的。图 4中的空白部分表示其它发送数据。

其中，图 4所示的示例是以各序列被重复发送两次为例，但本实施例并不以此作为限制，重复次数也可以多于两次，这时对每一个序列都可以求出多个相关值，例如重复 m次，可以计算出 m-1个相关值，将它们平均可得到该序列对应的最终的相关值。

在本实施例中，该频差估计装置的第一计算单元 31可以根据以下公式计算上述两个序列各自的相关值：

=∑i。

c₂ =∑ ² ₀ ( + i)r ( ₂ + i + L₂) (1.2) 根据相关值 (^和(¾，该频差估计装置的第二计算单元 32可以根据以下公式计算出上述两个序列的两个小数倍频差： _{5fi =}^ (2.2)

2π L₂

其中，如前所述， Λ是采样率， Α和是两个序列的长度（A≠ ）。显然，这两个小数倍频差的取值范围分别是：

如背景技术所介绍的，由于总的频差是整数倍频差和小数倍频差之和，故这两水序列各自对应的总的频差可以分别表示为：

4 i + (3-1)

Af₂ = n₂ + Sf₂ (3.2) 其中， A ;和 Δ/₂分别是这两个序列对实际频差的估计， ^和是整数倍频

L

差，其中 /¾和《₂是待确定的整数。因为和 Δ/₂是对同一个物理量（真实频差 Δ/ ) 的两个独立的估计，所以在理想情况下它们的值应该相等。当和 ₂的估计误差较小时，和 Δ/₂的差也应该比较小。

另一方面，真实频差 Δ/—般有一个范围，其绝对值受限于以下公式：

Ι Α Ί≤Δ /

其中， Δ 为发射激光器和本振激光器之间的频差的可能的最大值，也即发射激光器和本振激光器之间可能存在的最大频差。

举例来说，在相干光通信系统中，发射激光器和本振激光器的频率漂移可以控制在 ±2.5GHz 以内，那么这两个激光器的频差在 ±5GHz 以内，即八/„^=501¾。考虑到这个因素，整数 /¾和的取值也有一定范围：

其中 ceil 表示向上取整运算。

通过让两次独立的频差估计结果 ΔΛ和 Δ/₂的值最接近，可以得到最终的频差估计结果。数学上表示为：

ηώι{| Δ/「Δ/₂ |}

s.t.

η₂ \< Ν₂ 可见，这是一个带约束条件的整数规划问题，可以用合适的优化方法求解。当确定了 /^和后，可根据 (3.1)或 (3.2)式得出频差估计结果。

因此，在本实施例的一个实施方式中， N nN₂的值和最大频差、采样率和序列长度有关，通过合理的选择序列长度和 ₂，可以让 N nN₂的值较小。这时，可以直接遍历和 n₂的所有可能取值来找到 (5)式的解。

在本实施例的另外一个实施方式中，利用 /¾和《₂之间的约束关系。如果给定了 η_γ, 根据 (3.1)和 (3.2)式，让 (5)式取最小值的应满足：

n₂ = round( ^ ^s j- ^ ^ ~~―) (6) 其中 romic 表示四舍五入取整。有了 (6)式的约束关系，（5)式可以重写为：

/L +Sf, -δί_Ί , ,、 s.t. ", = round (-^ ~！ ~ - ~―) (7)

² f_sIL₂

s-t. \n_x |≤N,

其中 Aj和 Δ/₂仍由式表示。（7)式是只包含一个未知整数的整数规划问题，通过遍历的所有可能取值就可以找到 (7)式的解。

在本实施例的另外一个实施方式中，也可以根据 (1.1)和 (1.2)式得到的相关值，对总的频差进行粗略的估计，得到一个总频差的粗略估计值，如下：

= ^arg(CiC;) (8) 显然，的取值范围是[—— ^ ^ , ^ ^ ^ ]。当两个序列的长度比较接近时，

2|A— ₂1

Ι^-^ ι是一个较小的整数，的取值范围较大。当的取值范围包含了频差所可能达到的最大值 ±4 ^时，（8)式可以用来确定和/^的取值，即：

n_x = round ( ~ ^ -) (9.1) n₂ = round ( ~ ) (9.2) 确定了 /¾和/7₂后，可根据 (3.1)或 (3.2)式，或把 (3.1)和 (3.2)式得出的结果作平均，得到对总频差的估计结果。

在本实施方式中，两个序列的长度需要满足以下条件，也即 4 ≤-

2| 「 ₂ |。通过本实施例的前述三种方式可以确定各序列对应的整数倍频差，从而确定总的频差。

在以上实施方式中，是以该信号包含两个不同长度的序列，各序列被重复发送两次为例，但本实施例并不以此作为限制。在其他的实施例中，也可以包含更多个不同长度的序列，各序列可以被重复发送多次，且各序列被重复发送的次数可以相同也可以不同。

例如，该信号包含三个不同长度的序列，且个序列被重复发送两次，各序列的长度分别为 L₂和 L₃，且满足 Ι^≠ί₂≠ί₃。此时，可以按照前述方法分别计算各序列的相关值以及小数倍频差，还可以利用各序列的小数倍频差，在本发明的上述三种实施方式的精神指导下估计各序列对应的整数倍频差，从而得到总的频差的估计结果。

再例如，该信号包含三个不同长度的序列，且各序列被重复发送三次，各序列的长度分别为 L₂和 L₃，且满足 Ι^≠ί₂≠ί₃。此时，对于每个序列，通过计算可以获得多个相关值，可以将该多个相关值的平均值作为该序列对应的相关值，然后按照前述方法分别计算各序列的小数倍频差，还可以利用各序列的小数倍频差，在本发明的上述三种实施方式的精神指导下估计各序列对应的整数倍频差，从而得到对总频差的估计结果。

再例如，该信号包含三个不同长度的序列，各序列的长度分别为 Li、 1^和，且满足 Ι^≠ί₂≠ί₃。长度为 1^的序列在该信号中被重复发送三次，长度为 L₂的序列在该信号中被重复发送四次，长度为 L₃的序列在该信号中被重复发送两次，则可以根据前述方法计算各序列对应的相关值以及小数倍频差和整数倍频差，从而获得总的频差。

在本实施例中，该信号可以是单偏振的信号，也可以是双偏振的信号，当该信号加载于两个偏振态上时，每一个序列对应的相关值为其在所述两个偏振态上对应的相关值的平均值或和值。

图 5是在两个偏振态上都设置了不同长度的重复序列的信号示意图，如图 5所示，通过在两个偏振态上重复发送不同长度的序列，在接收端对两个偏振态上的信号作相关，然后取平均值（或求和），作为每一个序列的相关值，然后根据前述方法通过计算确定每一个序列对应的小数倍频差和整数倍频差，从而确定总的频差。

例如，对于一个序列，可以根据以下公式计算其相关值： c_v = ； (s + i)r* (s + i + L)

c = (c_A + c_v) / 2

通过本发明实施例的频差估计装置，计算多个不同长度序列的相关值。虽然每一个相关值只给出了小数倍频差，但综合多个相关值给出的小数倍频差，可以从中推断出整数倍频差，并最终得到总频差。和已有的频差估计方法相比，本发明实施例提供的频差估计装置具有如下优点：和用于 OFDM系统的已有方法不同，本发明实施例提供的频差估计装置完全工作在时域上，只需要计算一些不同长度序列的相关值，没有 FFT运算，实现起来比较简单。和用于单载波系统的已有方法不同，本发明实施例提供的频差估计装置利用设置在发送数据中的不同长度的重复序列，不需要先对信号作均衡，也没有迭代收敛过程，能快速得到频差估计结果，而且精度较高。仿真表明，本发明实施例提供的频差估计装置对于各种信道损伤有很好的容忍度，能给出可靠的频差估计结果。

实施例 2

本发明实施例还提供了一种单偏振接收机，该单偏振接收机除了包含其原有的组成和功能以外，还包含本发明实施例 1所述的频差估计装置以进行频差估计，由于频差估计装置已经在实施例 1中做了详细说明，其内容被合并于此，不再赘述。

通过本发明实施例的单偏振接收机，利用接收机中的频差估计装置进行频差估计，提高了接收性能。

实施例 3

本发明实施例还提供了一种单偏振相干光通信系统，图 6 是该系统的组成示意图，请参照图 6，该系统包括发射机 61和接收机 62，其中，

该发射机 61用于发送信号，该信号中除了包含其原有的发送数据以外，还包含多个不同长度的序列，其中，所述序列在所述信号中被重复发送多次。

该接收机 62用于进行频差估计，其可以通过实施例 2所述的单偏振接收机来实现，其内容被合并于此，不再赘述。

通过本发明实施例的单偏振相干光通信系统，利用接收机中的频差估计装置进行频差估计，提高了数据传输的可靠性。

实施例 4

本发明实施例还提供了一种双偏振接收机，该双偏振接收机除了包含其原有的组成和功能以外，还包含本发明实施例 1所述的频差估计装置以进行频差估计，其中，各个序列的相关值为各个序列在两个偏振态上的相关值的平均值或者和值，由于频差估计装置已经在实施例 1中做了详细说明，其内容被合并于此，不再赘述。

通过本发明实施例的双偏振接收机，利用接收机中的频差估计装置进行频差估计，提高了接收性能。

实施例 5

本发明实施例还提供了一种双偏振相干光通信系统。图 7 是该系统的组成示意图，请参照图 7，该系统包括：发射机 71和接收机 72，其中，

该发射机 71用于发送信号，该信号包含 h偏振态信号和 V偏振态信号，并且，该 h偏振态信号和 V偏振态信号除了包含各自的发送数据以外，还分别包含多个不同长度的序列，其中，所述序列在各个偏振态信号中被重复发送多次。

该接收机 72用于进行频差估计，其可以通过实施例 4所述的双偏振接收机来实现，其内容被合并于此，不再赘述。

通过本发明实施例的双偏振相干光通信系统，利用接收机中的频差估计装置进行频差估计，提高了数据传输的可靠性。

本发明实施例还提供了一种频差估计方法，由于该方法解决问题的原理与实施例 1的频差估计装置类似，因此，其具体的实施可以参照实施例 1的方法的实施，内容相同之处不再重复说明。

实施例 6

本发明实施例还提供了一种频差估计方法。图 8是该方法的流程图，请参照图 8，该方法包括：

步骤 801 : 根据接收到的包含多个不同长度的序列的信号计算每一个序列的相关值，其中，每一个序列在所述信号中被重复发送多次；

步骤 802: 根据每一个序列的相关值计算每一个序列对应的小数倍频差；步骤 803 : 根据每一个序列对应的小数倍频差确定每一个序列对应的整数倍频差；

步骤 804: 根据每一个序列对应的小数倍频差和每一个序列对应的整数倍频差确定总频差。

在步骤 801中，可以利用以下公式计算每一个序列对应的相关值： =∑n "y(v" )，其中， c_seq为该序列对应的相关值， L_seq为该序列的长度， s_seq为该序列的起始位置， i为采样点序数；

在步骤 802中，可以利用以下公式计算每一个序列对应的小数倍频差：

= K )，其中， ^ 为该序列对应的小数倍频差，为采样率， c 为

L L7Z

该序列对应的相关值， L_seq该序列的长度。

在步骤 803的一个实施方式中，对于每一个序列，可以根据以下方法估计其对应的整数倍频差，该方法包括：

S1 : 根据以下公式确定每一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围； l≤ ^，其中， ^N^ ^{= ceUi}^^ ⁺ , 为发射激光器和本振激光器之间的频差的可能的最大值；

S2:在每一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围遍历每一个整数值，得到使得所有序列对应的总频差的差的绝对值最小的每一个序列对应的整数倍频差的整数值；

S3:利用每一个序列对应的整数倍频差的整数值确定每一个序列对应的整数倍频差。

在步骤 803的一个实施方式中，所述多个序列为两个，对于每一个序列，可以根据以下方法估计其对应的整数倍频差，该方法包括：

S1 ' : 根据以下公式确定所述两个序列中的其中一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围；

，为发射激光器和本振激光器之间的频差的可能的最大值， 1^为所述一个序列的长度，为所述一个序列对应的整数倍频差的整数值；

S2' _:根据以下公式确定所述两个序列中的另外一个序列的整数倍频差的整数值; n = round ^{k + 5fi} ~ ^5f2 , 其中，为所述一个序列对应的整数倍频差的 f L₂

整数值，为所述另外一个序列对应的整数倍频差的整数值，为所述一个序列的长度， L₂为所述另外一个序列的长度，为长度为1^的序列对应的小数倍频差，为长度为 L₂的序列对应的小数倍频差； S3'：在所述一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围内遍历每一个整数值，得到使得所有序列对应的总频差的差的绝对值最小的所述一个序列对应的整数倍频差的整数值；

S4' _: 利用所述一个序列对应的整数倍频差的整数值计算获得所述另一个序列对应的整数倍频差的整数值，利用每一个序列对应的整数倍频差的整数值估计每一个序列对应的整数倍频差。

在步骤 803的另外一个实施方式中，所述多个序列为两个，对于每一个序列，可以根据以下方法估计其对应的整数倍频差，该方法包括：

S1 " : 根据以下公式计算总频差的粗略估计值；

5_f ^g(_Cic₂) f_s ；其中， ^和 _£2分别为所述两个序列对应的相关值， f_s为

2π L_x― L₂

采样率，和分别为所述两个序列的长度；

S2" : 根据以下公式计算每一个序列对应的整数倍频差的整数值：

df_c .

, = round ( )

f ,

η_η = round ( ~ )

f W

其中， A ^^ i ^ -^ i , Δ 为发射激光器和本振激光器之间的频差的可能的最大值；

S3"：利用每一个序列对应的整数倍频差的整数值确定每一个序列对应的整数倍频差。

由步骤 802计算获得的每一个序列对应的小数倍频差，以及步骤 803确定的每一个序列对应的整数倍频差，通过步骤 804即可确定总频差。

在本实施例中，当所述信号加载于两个偏振态上时，每一个序列对应的相关值为其在所述两个偏振态上对应的相关值的平均值或和值。

通过本发明实施例的方法，和用于 OFDM系统的已有方法不同，本发明实施例的方法完全工作在时域上，只需要计算一些不同长度序列的相关值，没有 FFT运算，实现起来比较简单；和用于单载波系统的已有方法不同，本发明实施例的方法利用设置在发送数据中的不同长度的重复序列，不需要先对信号作均衡，也没有迭代收敛过程，能快速得到频差估计结果，而且精度较高。仿真表明，该方法对于各种信道损伤有很好的容忍度，能给出可靠的频差估计结果。本发明实施例还提供了一种计算机程序，其中当在接收机中执行该程序时，该程序使得计算机在所述接收机中执行实施例 6所述的频差估计方法。

本发明实施例还提供了一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中该计算机可读程序使得计算机在接收机中执行实施例 6所述的频差估计方法。

以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或者它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可以用本领域共知的下列技术中的任一项或者他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA)，现场可编程门阵列（FPGA) 等。

流程图中或在此以其它方式描述的任何过程或方法描述或框可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程中的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中，可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或者按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明所述技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或者在此以其它方式描述的逻辑和 /或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言， "计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质例如可以是但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、设备或传播介质。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或更多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒 (磁装置），随机存取存储器 (RAM)(电子装置），只读存储器 (ROM) (电子装置），可擦除可编程只读存储器（EPROM 或闪速存储器）（电子装置），光纤（光装置），以及便携式光盘只读存储器（CDROM) (光学装置）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其它合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

上述文字说明和附图示出了本发明的各种不同的特征。应当理解，本领域普通技术人员可以准备合适的计算机代码来实现上面描述且在附图中例示的各个步骤和过程。还应当理解，上面描述的各种终端、计算机、服务器、网络等可以是任何类型的，并且可以根据公开内容来准备所述计算机代码以利用所述装置实现本发明。

在此公开了本发明的特定实施方式。本领域的普通技术人员将容易地认识到，本发明在其他环境下具有其他应用。实际上，还存在许多实施方式和实现。所附权利要求绝非为了将本发明的范围限制为上述具体实施方式。另外，任意对于"用于……的装置"的引用都是为了描绘要素和权利要求的装置加功能的阐释，而任意未具体使用 "用于……的装置"的引用的要素都不希望被理解为装置加功能的元件，即使该权利要求包括了 "装置" 的用词。

尽管已经针对特定优选实施方式或多个实施方式示出并描述了本发明，但是显然，本领域技术人员在阅读和理解说明书和附图时可以想到等同的修改例和变型例。尤其是对于由上述要素（部件、组件、装置、组成等）执行的各种功能，除非另外指出，希望用于描述这些要素的术语（包括 "装置"的引用）对应于执行所述要素的具体功能的任意要素（即，功能等效），即使该要素在结构上不同于在本发明的所例示的示例性实施方式或多个实施方式中执行该功能的公开结构。另外，尽管以上已经针对几个例示的实施方式中的仅一个或更多个描述了本发明的具体特征，但是可以根据需要以及从对任意给定或具体应用有利的方面考虑，将这种特征与其他实施方式的一个或更多个其他特征相结合。

关于包括以上多个实施例的实施方式，还公开下述的附记。

附记 1，一种频差估计方法，其中，该方法包括：

根据接收到的包含多个不同长度的序列的信号计算每一个序列的相关值，其中，每一个序列在所述信号中被重复发送多次；根据每一个序列的相关值计算每一个序列对应的小数倍频差；根据每一个序列对应的小数倍频差确定每一个序列对应的整数倍频差；根据每一个序列对应的小数倍频差和每一个序列对应的整数倍频差确定总频差。根据附记 1所述的方法，其中，利用以下公式计算每一个序列对应的相关值：

₊i) {s_{seq +}i ₊ L_seq), 其中， C_seq为该序列对应的相关值， L_seq为该序列的长度， S_seq为该序列的起始位置， i为采样点序数；

附记 2，根据附记 1所述的方法，其中，利用以下公式计算每一个序列对应的小数倍频差：

= K )，其中， ^ 为该序列对应的小数倍频差，为采样率， c 为该序列对应的相关值， L_seq该序列的长度。

附记 3，根据附记 1所述的方法，其中，对于每一个序列，确定其对应的整数倍频差的步骤包括：

S1: 根据以下公式确定每一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围；

I n_seq \< N_seq , 其中， N_seq Δ/ 为发射激光器和本振激光器之

间的频差的可能的最大值；

附记 4，根据附记 1所述的方法，其中，所述多个序列为两个，对于每一个序列，确定其对应的整数倍频差的步骤包括：

S1': 根据以下公式确定所述两个序列中的其中一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围；

1^1^≤^, 其中， N^ceili^^ + , 4_为发射激光器和本振激光器之间的频差的可能的最大值，为所述一个序列的长度， _ηι为所述一个序列对应的整数倍频差的整数值；

S2'_:根据以下公式确定所述两个序列中的另外一个序列的整数倍频差的整数值; _n = round{^{nif k + 5fl} ~ ^5f2 ) , 其中，为所述一个序列对应的整数倍频差的 f L₂

整数值，为所述另外一个序列对应的整数倍频差的整数值， 1^为所述一个序列的长度， L₂为所述另外一个序列的长度，为长度为1^的序列对应的小数倍频差，为长度为 L₂的序列对应的小数倍频差；

S3'：在所述一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围内遍历每一个整数值，得到使得所有序列对应的总频差的差的绝对值最小的所述一个序列对应的整数倍频差的整数值；

S4' _: 利用所述一个序列对应的整数倍频差的整数值计算获得所述另一个序列对应的整数倍频差的整数值，利用每一个序列对应的整数倍频差的整数值确定每一个序列对应的整数倍频差。

附记 5，根据附记 1所述的方法，其中，所述多个序列为两个，对于每一个序列，确定其对应的整数倍频差的步骤包括：

S1 " : 根据以下公式计算总频差的粗略估计值；

_{5f = a}xg{c_lC2) f_s ；其中， ^和 _C2分别为所述两个序列对应的相关值，为

2π L_x― L₂

采样率，和 £₂分别为所述两个序列的长度；

Sf_c

n, = round ( ―)

f W

sf_c

n₂ = round ( ) 其中，

l , Δ 为发射激光器和本振激光器之间的频差的可能的最大值；

附记 6，根据附记 1所述的方法，其中，当所述信号加载于两个偏振态上时，每一个序列对应的相关值为其在所述两个偏振态上对应的相关值的平均值或和值。

Claims

权利要求书

1、一种频差估计装置，其中，所述装置包括：

第一计算单元，其根据接收到的包含多个不同长度的序列的信号计算每一个序列的相关值，其中，每一个序列在所述信号中被重复发送多次；

2、根据权利要求 1所述的装置，其中，

所述第一计算单元利用以下公式计算每一个序列对应的相关值：

_{+ +} J ' 其中， c_seq为该序列对应的相关值， L_seq为该序列的长度， s_seq为该序列的起始位置， i为采样点序数；

所述第二计算单元利用以下公式计算每一个序列对应的小数倍频差：

=n )，其中， ^ 为该序列对应的小数倍频差，为采样率，（^为

L λΤΐ

该序列对应的相关值， L_seq该序列的长度。

3、根据权利要求 1所述的装置，其中，所述第一确定单元包括：

第一确定模块，其根据以下公式确定每一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围；

I n_seq \< N_seq , 其中， N_seq = _Cei ~^^ + ， Δ/ 为发射激光器和本振激光器之间的频差的最大值；

第一遍历模块，其在每一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围遍历每一个整数值，得到使得所有序列对应的总频差的差的绝对值最小的每一个序列对应的整数倍频差的整数值；

第二确定模块，其利用每一个序列对应的整数倍频差的整数值确定每一个序列对应的整数倍频差。

4、根据权利要求 1所述的装置，其中，所述多个序列为两个，所述第一确定单元包括：第三确定模块，其根据以下公式确定所述两个序列中的其中一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围；

^{| w}i ^{|≤ V}i，其中， N^ ceili^^) , A^ax为发射激光器和本振激光器之间的频差的最大值，为所述一个序列的长度， _nl为所述一个序列对应的整数倍频差的整数值；

第四确定模块，其根据以下公式确定所述两个序列中的另外一个序列的整数倍频差的整数值；

n = round(^{n k + 5fl} ~ ^5f2 ) , 其中，为所述一个序列对应的整数倍频差的 f L₂

整数值，为所述另外一个序列对应的整数倍频差的整数值， 1^为所述一个序列的长度， L₂为所述另外一个序列的长度， δ&是长度为 1^的序列对应的小数倍频差， 5f₂ 是长度为 L₂的序列对应的小数倍频差；

第二遍历模块，在所述一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围内遍历每一个整数值，得到使得所有序列对应的总频差的差的绝对值最小的所述一个序列对应的整数倍频差的整数值；

第五确定模块，其利用第二遍历模块得到的所述一个序列对应的整数倍频差的整数值获得所述另一个序列对应的整数倍频差的整数值，并利用每一个序列对应的整数倍频差的整数值确定每一个序列对应的整数倍频差。

5、根据权利要求 1所述的装置，其中，所述多个序列为两个，所述第一确定单元包括：

第一计算模块，其根据以下公式计算总频差的粗略估计值；

_{0f = a}vg(c_lC2) f_s ；其中， ^和 _£2分别为所述两个序列对应的相关值，为

2π L_x― L₂

采样率，和分别为所述两个序列的长度；

第二计算模块，其根据以下公式计算每一个序列对应的整数倍频差的整数值：

5f_c 、

n, = round ( ―)

f W

_J/ df_c

n₂ = round { ~ ) 其中，

Δ 为发射激光器和本振激光器之间的频差的最大第六确定模块，其利用每一个序列对应的整数倍频差的整数值确定每一个序列对应的整数倍频差。

6、根据权利要求 1所述的装置，其中，当所述信号加载于两个偏振态上时，每一个序列对应的相关值为其在所述两个偏振态上对应的相关值的平均值或和值。

7、一种单偏振接收机，其中，所述接收机包含一种频差估计装置，所述频差估计装置包括：

8、根据权利要求 7所述的单偏振接收机，其中，

=n )，其中， ^ 为该序列对应的小数倍频差， ^为采样率， c 为

L

该序列对应的相关值， L_seq该序列的长度。

9、根据权利要求 7所述的单偏振接收机，其中，所述第一确定单元包括：第一确定模块，其根据以下公式确定每一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围；

I n_seq \< N_seq , 其中， N_seq = _Ceil(^^ ₊ , Δ/皿为发射激光器和本振激光器之

'

间的频差的最大值；

第一遍历模块，其在每一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围遍历每一个整数值，得到使得所有序列对应的总频差的差的绝对值最小的每一个序列对应的整数倍频差的整数值；第二确定模块，其利用每一个序列对应的整数倍频差的整数值确定每一个序列对应的整数倍频差。

10、根据权利要求 7所述的单偏振接收机，其中，所述多个序列为两个，所述第一确定单元包括：

第三确定模块，其根据以下公式确定所述两个序列中的其中一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围；

' ^ ^|≤^ , 其中， N^ ceil^^) , 为发射激光器和本振激光器之间的频差的最大值，为所述一个序列的长度， _ηι为所述一个序列对应的整数倍频差的整数值；

n = round{^{n + 5fi} ~ ^5f2 ) , 其中，为所述一个序列对应的整数倍频差的 f L₂

11、根据权利要求 7所述的单偏振接收机，其中，所述多个序列为两个，所述第一确定单元包括：

第一计算模块，其根据以下公式计算总频差的粗略估计值；

^ ^ rgCc^) f_s ；其中， _c 和 _C2分别为所述两个序列对应的相关值，为

2π L_x― L₂

采样率，和分别为所述两个序列的长度；

第二计算模块，其根据以下公式计算每一个序列对应的整数倍频差的整数值： f k _;

Sf_c 、

n₂ = round { )；

f_s 2

其中， A ^^ i ^ -^ i , Δ 皿为发射激光器和本振激光器之间的频差的最大值；

第六确定模块，其利用每一个序列对应的整数倍频差的整数值确定每一个序列对应的整数倍频差。

12、一种双偏振接收机，其中，所述接收机包含一种频差估计装置，其中，所述频差估计装置包括：

13、根据权利要求 12所述的双偏振接收机，其中，

L λΤΐ

该序列对应的相关值， L_seq该序列的长度。

14、根据权利要求 12所述的双偏振接收机，其中，所述第一确定单元包括：第一确定模块，其根据以下公式确定每一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围；

I n_seq \< N_seq , 其中， N_seq = _Ceil(^^) ₊ , Δ/皿为发射激光器和本振激光器之间的频差的最大值；第一遍历模块，其在每一个序列对应的整数倍频差的整数值的取值范围遍历每一个整数值，得到使得所有序列对应的总频差的差的绝对值最小的每一个序列对应的整数倍频差的整数值；

15、根据权利要求 12所述的双偏振接收机，其中，所述多个序列为两个，所述第一确定单元包括：

1 ^ 1≤^ , 其中， N^ ceili^^) , 为发射激光器和本振激光器之间的频差的最大值，为所述一个序列的长度，为所述一个序列对应的整数倍频差的整数值；

n₂ = round ^{lf Ll + 5fl} ~ ^5f2 ) , 其中，为所述一个序列对应的整数倍频差的 f L₂

16、根据权利要求 12所述的双偏振接收机，其中，所述多个序列为两个，所述第一确定单元包括：

第一计算模块，其根据以下公式计算总频差的粗略估计值；

2π L—Σ 采样率，和 £₂分别为所述两个序列的长度；

5f_c

n, = round ( ―)

f W；

df_c

n_n = round ( ~ ) 其中，

Δ 为发射激光器和本振激光器之间的频差的最大值；

17、根据权利要求 12所述的双偏振接收机，其中，每一个序列对应的相关值为其在所述两个偏振态上对应的相关值的平均值或和值。