一种QAM信号盲载波相位估计方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种QAM信号盲载波相位估计方法，对QAM信号进行第一级估计，包括：将所述QAM信号分为多个信号数据块，并提取每个信号数据块中的目标正交相移键控QPSK信号；将每个信号数据块中所述目标QPSK信号按照三个第一预设角度旋转，基于预设的第一误差函数，计算每个第一预设角度对应的所述目标QPSK信号旋转后与目标对角线之间的误差距离；基于每个第一预设角度对应的所述目标QPSK信号旋转后与目标对角线之间的误差距离，对所述QAM信号进行载波相位估计。本发明专利技术通过对QAM信号按照信号幅度进行分类，并提取其中的可用QPSK信号进行误差计算，大幅提升了可用于相位估计的样值数目比例，显著增强了算法跟踪相位变化的能力，且预设误差函数计算简便，易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种QAM信号盲载波相位估计方法及系统
本专利技术涉及光通信
，更具体地，涉及一种QAM信号盲载波相位估计方法及系统。
技术介绍
近年来，随着数字信号处理技术(DSP)的飞速发展，100G/200G速率的相干系统已被广泛部署。迈入下一代更高速率的弹性光传输系统，DSP技术需要在降低复杂度和能耗、提升损伤补偿性能、增强灵活通用性等方面有更多创新和改进，以实现未来具有自适应波特率、灵活调制格式和高频谱效率的超高速弹性光传输网络。正交幅度调制(QAM)具有频谱效率高、易于实现的优点，被认为是很有潜力的调制格式。然而，随着QAM调制阶数升高，激光器线宽引入的相位噪声对系统性能的影响愈加凸显，严重限制着系统性能。目前，高速相干光通信系统中常用的两大类前馈型盲载波相位估计方法，一是基于四次方Viterbi-Viterbi的QPSK分割法，并级联最大似然估计(ML)或星座坐标变换等第二级估计算法；二是盲相位搜索(BPS)及其改进的多级BPS算法两大类。然而，QPSK分割类算法的相位变化跟踪能力较差，对收发端激光器线宽要求较高，不利于降低系统成本；BPS算法需采用大量测试相位才能完成相位估计，导致算法复杂度很高，不易于实现。因此，现在亟须一种QAM信号盲载波相位估计方法，既能保证有较高的激光器线宽容忍度又能有较低的实现复杂度。
技术实现思路
针对现有技术中线宽容忍度低与算法复杂度高的问题，本专利技术实施例提供一种QAM信号盲载波相位估计方法及系统。根据本专利技术的一个方面，提供一种QAM信号盲载波相位估计方法，对QAM信号进行第一级估计，所述第一级估计包括：步骤S1、基于预设的分块规则，将所述QAM信号分为多个信号数据块，并提取每个信号数据块中的目标正交相移键控QPSK信号；步骤S2、将每个信号数据块中所述目标QPSK信号按照三个第一预设角度旋转，基于预设的第一误差函数，计算每个第一预设角度对应的所述目标QPSK信号旋转后与目标对角线之间的误差距离；步骤S3、基于每个第一预设角度对应的所述目标QPSK信号旋转后与目标对角线之间的误差距离，对所述QAM信号进行载波相位估计。其中，步骤S1包括：基于预设的分块规则，将所述QAM信号分为多个信号数据块；基于每个信号数据块中数据的信号幅度，将每个信号数据块中数据分为：调制相位等于的QPSK信号、调制相位接近的准QPSK信号、旋转后相位等于或接近的旋转QPSK信号、以及除此以外的非QPSK信号；将所述QPSK信号、所述准QPSK信号以及旋转后的所述旋转QPSK信号作为所述目标QPSK信号。其中，步骤S2包括：将每个信号数据块中所述目标QPSK信号按照三个第一预设角度旋转，其中，所述三个第一预设角度中有一个所述第一预设角度为0；基于预设的第一误差函数，分别计算每个第一预设角度对应的所述目标QPSK信号旋转后与目标对角线之间的误差距离以及相应的误差距离总和。其中，步骤S3包括：以旋转角度为横坐标，所述信号数据误差总和为纵坐标建立直角坐标系；在所述直角坐标系中，确定其中三个旋转角度对应的三个坐标位置；基于所述其中三个旋转角度对应的三个坐标位置，利用直线交点法对所述QAM信号进行估计。其中，所述在所述直角坐标系中，确定其中三个旋转角度对应的三个坐标位置，包括：在所述直角坐标系中，确定所述信号数据误差最小时对应的第一预设角度；以所述信号数据误差最小时对应的第一预设角度为中心，确定另外两个旋转角度以及所述另外两个旋转角度对应的坐标位置。其中，步骤S3后所述方法还包括：对所述QAM信号进行第二级估计，所述第二级估计包括：对各信号数据块分别进行分块，并将分块后的各信号数据块进行多个第二预设角度的旋转，所述多个第二预设角度基于所述第一级估计的结果设置；基于预设的第二误差函数，分别计算每个第二预设角度对应的信号数据误差；在所述直角坐标系中选择其中三个旋转角度对应的三个坐标位置，利用直线交点法对所述QAM信号进行估计。其中，所述在所述直角坐标系中选择其中三个旋转角度对应的三个坐标位置，利用直线交点法对所述QAM信号进行估计，包括：在所述直角坐标系中，确定所述信号数据误差最小时对应的第二预设角度；若所述信号数据误差最小时对应的第二预设角度是所有第二预设角度的最小值或最大值，则新增第三预设角度，并确定所述第三预设角度对应的坐标位置；选择第二预设角度中误差最小点及其相邻预设角度对应的坐标位置与第三预设角度对应的坐标位置，利用直线交点法对所述QAM信号进行估计。根据本专利技术实施例提供的第二方面，本专利技术实施例提供了一种QAM信号盲载波相位估计系统，包括：第一级估计模块，所述第一级估计模块包括：分块提取单元，用于基于预设的分块规则，将所述QAM信号分为多个信号数据块，并提取每个信号数据块中的目标正交相移键控QPSK信号；误差计算单元，用于将每个信号数据块中所述目标QPSK信号按照三个第一预设角度旋转，基于预设的第一误差函数，计算每个第一预设角度对应的所述目标QPSK信号旋转后与目标对角线之间的误差距离；相位估计单元，用于基于每个第一预设角度对应的所述目标QPSK信号旋转后与目标对角线之间的误差距离，对所述QAM信号进行载波相位估计。根据本专利技术实施例提供的第三方面，提供一种计算机程序产品，包括程序代码，所述程序代码用于执行上述所述的一种正交幅度调制信号盲载波相位估计方法。第四方面专利技术实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述的一种正交幅度调制信号盲载波相位估计方法。本专利技术实施例提供的QAM信号盲载波相位估计方法及系统，通过对QAM信号按照信号幅度进行分类，并提取其中的可用QPSK信号进行误差计算，大幅提升了可用于相位估计的样值数目比率，显著增强了算法跟踪相位变化的能力，从而大大提升了算法线宽容忍度相位搜索得到相位估计值；此外，本专利技术使用简单的误差距离计算公式计算相位噪声导致的偏移距离，进而实现精确相位估计，算法复杂度低，易于实现。附图说明图1是本专利技术实施例提供的第一级估计方法流程图；图2是本专利技术实施例64QAM信号的分类和旋转示意图；图3是本专利技术实施例提供的第一级估计中QAM系统中旋转角度与误差总和的准线性关系曲线示意图；图4是本专利技术实施例提供的第二级估计方法流程图；图5是本专利技术实施例提供的第二级估计中QAM系统中旋转角度与误差总和的准线性关系曲线示意图；图6为本专利技术实施例提供的载波相位估计方法与传统BPS及QPSK分割算法处理64QAM信号时的数据块长度N1与线宽码元周期线宽码元周期积的关系曲线图对比图；图7为本专利技术实施例提供的一种QAM信号盲载波相位估计算法用于64QAM相位估计所需光信噪比代价与线宽码元周期积的关系曲线对比图；图8为本专利技术实施例提供的第一级估计模块结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术实施例提供了一种QAM信号盲载波相位估计方法，所述方法包括对QAM信号进行第一级估计，图1是本专利技术实施例提供的第一级估计方法流程图，如图1所示，所述第一级估计包括：步骤S1、基于预设的分块规则，将所述QAM信号分为多个信号数据块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种QAM信号盲载波相位估计方法，其特征在于，对QAM信号进行第一级估计，所述第一级估计包括：步骤S1、基于预设的分块规则，将所述QAM信号分为多个信号数据块，并提取每个信号数据块中的目标正交相移键控QPSK信号；步骤S2、将每个信号数据块中所述目标QPSK信号按照三个第一预设角度旋转，基于预设的第一误差函数，计算每个第一预设角度对应的所述目标QPSK信号旋转后与目标对角线之间的误差距离；步骤S3、基于每个第一预设角度对应的所述目标QPSK信号旋转后与目标对角线之间的误差距离，对所述QAM信号进行载波相位估计。

【技术特征摘要】
1.一种QAM信号盲载波相位估计方法，其特征在于，对QAM信号进行第一级估计，所述第一级估计包括：步骤S1、基于预设的分块规则，将所述QAM信号分为多个信号数据块，并提取每个信号数据块中的目标正交相移键控QPSK信号；步骤S2、将每个信号数据块中所述目标QPSK信号按照三个第一预设角度旋转，基于预设的第一误差函数，计算每个第一预设角度对应的所述目标QPSK信号旋转后与目标对角线之间的误差距离；步骤S3、基于每个第一预设角度对应的所述目标QPSK信号旋转后与目标对角线之间的误差距离，对所述QAM信号进行载波相位估计。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1包括：基于预设的分块规则，将所述QAM信号分为多个信号数据块；基于每个信号数据块中数据的信号幅度，将每个信号数据块中数据分为：调制相位等于的QPSK信号、调制相位接近的准QPSK信号、旋转后相位等于或接近的旋转QPSK信号、以及除此以外的非QPSK信号；将所述QPSK信号、所述准QPSK信号以及旋转后的所述旋转QPSK信号作为所述目标QPSK信号。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2包括：将每个信号数据块中所述目标QPSK信号按照三个第一预设角度旋转，其中，所述三个第一预设角度中有一个所述第一预设角度为0；基于预设的第一误差函数，分别计算每个第一预设角度对应的所述目标QPSK信号旋转后与目标对角线之间的误差距离以及相应的误差距离总和。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S3包括：以旋转角度为横坐标，所述信号数据误差总和为纵坐标建立直角坐标系；在所述直角坐标系中，确定其中三个旋转角度对应的三个坐标位置；基于所述其中三个旋转角度对应的三个坐标位置，利用直线交点法对所述QAM信号进行估计。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述直角坐标系中，确定其中三个旋转角度对应的三个坐标位置，包括：在所述直角坐标系中，确定所述信号数据误差最小时对应的第一预设角度；以所述信号数据误差最小时对应的第一预设角度为中心，确定另外两个旋转角度以及所述另外两个旋转角度对应的坐标位置。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雪，杨桃，王立芊，张民，张治国，王丹石，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11