补偿数据信号的频差的方法和设备技术

提供了一种补偿数据信号的频差的方法和设备。所述方法包括：对所述数据信号进行自适应均衡以产生第一信号；将所述数据信号滑动半个码元周期，并且对滑动后的数据信号使用同样的均衡系数进行所述自适应均衡，以产生第二信号；使用第一信号和第二信号估计所述数据信号的频差；以及对所述第一信号补偿所估计的频差。通过所述方法和设备，可以估计和补偿数据信号的频差以进行载波恢复，虽然仍存在频差的歧义解，但歧义解与正确解相差码元速率的整数倍，故所估计的频差的歧义解不会影响该载波恢复以及随后的数据恢复的正确性。

【技术实现步骤摘要】
补偿数据信号的频差的方法和设备
本专利技术涉及光通信领域，并且具体涉及一种在接收机中补偿数据信号的频差的方法和设备。
技术介绍
随着光通信技术的发展，提出了相干光通信。相干光通信具有频率选择性好、频谱效率高等优点，因而可以提高通信容量。此外，在相干光通信中，色散与偏振模色散对信号的损伤都为线性损伤，此时通信信道可建模为线性时不变系统，通过适度复杂的数字信号处理（DSP）技术就可以补偿线性损伤。因此，相干光通信系统正在成为研究热点。随着电子技术的进步，数字信号处理的成本大为降低。新一代的相干光通信系统普遍引入DSP技术。在相干光通信接收机中，在使用本征光载波解调信号光后,使用模数转换器(ADC)对所得到的电信号采样，然后对采样信号进行数字信号处理。该数字信号处理通常包括：色散补偿→时钟恢复→自适应均衡（进行偏振解复用与偏振模色散补偿）→载波恢复（进行频差估计与补偿）→载波恢复（进行相位噪声估计与补偿）→码元判决→解码。在目前的相干光通信接收机中，在对信号进行了自适应均衡后，已经完成了残余色散补偿与偏振解复用，由此得到的信号为在发射机中产生的调制数据与频差因子及相差因子之积，所述频差因子是由发射机中的发送激光器和接收机中的本地激光器之间的频差（即，发射机和接收机之间的载波频差）决定的，所述相差因子是由所述发送激光器与本地激光器之间的初始相位差以及相位噪声决定的。具体地，假设在发射机中使用的调制方式是M-PSK调制，则在接收机中，在进行了自适应均衡之后获得的均衡后的信号可表示为：)exp(j2πiΔfT+θ)---(1)]]>其中M为调制阶数，Xi为在所述调制数据的第i个码元（i为码元序号，且为正整数），Xi＝0,1,…，M-1,T为码元周期，T=1/b，b为调制数据的码元速率，Δf为所述频差，θ为所述相差，R为该信号的幅度，Eout(i)表示该均衡后的信号中与第i个码元对应的分量。为了确定所述调制数据Xi，需要准确地估计和补偿所述频差和相差。已经提出了多种在进行载波恢复时估计和补偿频差的方法，例如训练序列法和盲估计法。训练序列法使用已知的训练序列来确定频差。然而，由于需要发送训练序列来确定频差，因此训练序列法显著降低了有效的数据传送速率。此外，在训练序列法中，需要先用同步的方法找到数据帧头，这导致通信系统的复杂性增加。盲估计法不需要使用事先已知的数据。目前普遍采用的盲估计法为M次乘方法。具体地，对于频差，由于调制数据Xi满足因此可以通过对上式（1）进行M次乘方来消去调制数据Xi。即，可以计算连续的两个信号Eout(i+1)和Eout(i)的M次乘方并且将其相除：Eout(i+1)M/Eout(i)M=exp(j2πMΔfT)(3)此时，Δf与Δf+Nfb/M都为式(3)的解，其中Nf为整数，即，频差Δf存在歧义解而不能被唯一地确定。在进行频差补偿时，可以将Eout(i)乘以exp(-j2πiΔfT)。此时，如果Nf不是M的整数倍，则exp(-j2πiΔfT)≠exp[-j2πi(Δf+Nfb/M)T]，导致使用Δf和Δf+Nfb/M进行频差补偿将产生不同的补偿结果，即，如果没有选择频差的正确的解，后续的数据恢复将出现错误。为了解决这一问题，在盲估计法中，通常令Nf为0，并且假设实际频差在的范围内。这意味着需要将发射机和接收机之间的频差控制在的范围（即，频差容忍范围）内。然而，在相干光通信系统的某些应用场景中，例如在无中继超长跨距系统（用于沙漠地区）中，为了减少信噪比要求并降低成本，码元速率很低，一般为2G以下。以QPSK(M=4)调制方式为例，如果使用盲估计法，则需要将发射机和接收机之间的频差控制在之间。然而，常用的商用激光器的频漂特性难以满足该要求。因此，需要一种可以在接收机中使用的补偿所述频差（即，发射机中使用的载波与接收机使用的本地载波之间的频差）的方法和设备，其能够估计和补偿数据信号的频差以用于载波恢复，其取值范围大于传统的基于M次乘方的盲估计方法，即使仍然存在频差的歧义解，但其与正确解相差码元速率的整数倍，故所估计的频差的歧义解也不会影响该载波恢复以及随后的数据恢复的正确性。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种补偿数据信号的频差的方法和设备，其能够估计和补偿数据信号的频差以进行载波恢复，并且即使仍然存在频差的歧义解，因为其与正确解相差码元速率的整数倍，所估计的频差的歧义解也不会影响该载波恢复以及随后的数据恢复的正确性。根据本专利技术的一个方面，提供了一种补偿数据信号的频差的方法，包括：对所述数据信号进行自适应均衡以产生第一信号；将所述数据信号滑动半个码元周期，并且使用相同的均衡系数对滑动后的数据信号进行所述自适应均衡，以产生第二信号；使用第一信号和第二信号估计所述数据信号的频差；以及对所述第一信号补偿所估计的频差。根据本专利技术的另一方面，提供了一种补偿数据信号的频差的方法，包括：对所述数据信号进行自适应均衡以产生第一信号；利用所述第一信号估计所述数据信号的第一频差；将所述数据信号滑动半个码元周期，并且使用相同的均衡系数对滑动后的数据信号进行所述自适应均衡以产生第二信号；使用第一信号和第二信号估计所述数据信号的第二频差；基于所述第一频差和所述第二频差计算所述数据信号的第三频差；对所述第一信号补偿所述第三频差，其中，第一频差的取值范围为T为所述数据信号的码元周期，M为所述数据信号的调制阶数，第二频差的取值范围大于第一频差的取值范围。根据本专利技术的另一方面，提供了一种补偿数据信号的频差的设备，包括：自适应均衡器，被配置为对所述数据信号进行自适应均衡以产生第一信号，以及将所述数据信号滑动半个码元周期，并且使用相同的均衡系数对滑动后的数据信号进行所述自适应均衡，以产生第二信号；频差补偿器，被配置为使用第一信号和第二信号估计所述数据信号的频差，并且对所述第一信号补偿所估计的频差。根据本专利技术的另一方面，提供了一种补偿数据信号的频差的设备，包括：自适应均衡器，被配置为对所述数据信号进行自适应均衡以产生第一均衡信号，以及将所述数据信号滑动半个码元周期，并且使用相同的均衡系数对滑动后的数据信号进行所述自适应均衡以产生第二均衡信号；频差补偿器，被配置为利用所述第一均衡信号估计所述数据信号的第一频差，使用第一均衡信号和第二均衡信号估计所述数据信号的第二频差，基于所述第一频差和所述第二频差计算所述数据信号的第三频差，并且对所述第一均衡信号补偿所述第三频差，其中，第一频差的取值范围为T为所述数据信号的码元周期，M为所述数据信号的调制阶数，第二频差的取值范围大于第一频差的取值范围。通过根据本专利技术上述方面的方法和设备，可以估计和补偿数据信号的频差以进行载波恢复,其中，所估计的频差的取值范围扩大到±b，这样，即使所估计的频差不是发射机与接收机之间的真实频差，而是真实频差的歧义解，因其与正确解相差码元速率的整数倍，也可以正确地进行载波恢复，从而避免所估计的频差的歧义解影响该载波恢复以及随后的数据恢复的正确性。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种补偿数据信号的频差的方法，包括：对所述数据信号进行自适应均衡以产生第一信号；将所述数据信号滑动半个码元周期，并且使用同样的均衡系数对滑动后的数据信号进行所述自适应均衡，以产生第二信号；使用第一信号和第二信号估计所述数据信号的频差；以及对所述第一信号补偿所估计的频差。

【技术特征摘要】
1.一种补偿数据信号的频差的方法，包括：对所述数据信号进行自适应均衡以产生第一信号；将所述数据信号滑动半个码元周期，并且使用同样的均衡系数对滑动后的数据信号进行所述自适应均衡，以产生第二信号；使用第一信号和第二信号估计所述数据信号的频差；以及对所述第一信号补偿所估计的频差，其中，使用第一信号和第二信号估计所述数据信号的频差包括：将所述第二信号的各个数据与预定阈值进行比较；保留所述第二信号中大于或等于预定阈值的数据；使用所述第二信号中被保留的数据以及所述第一信号中位于所述被保留的数据之前的一个数据和之后的一个数据，来估计所述数据信号的频差。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定阈值是所述第一信号的幅度。3.如权利要求2所述的方法，其中，使用第一信号、以及第二信号中大于或等于预定阈值的分量，来估计所述数据信号的频差包括：通过下式计算所述频差Δf：其中，n为码元序号，Eout(2n+2)和Eout(2n)为第一信号中分别与第n、n+1码元对应的分量，Eout(2n+1)为第二信号中与第n码元和第n+1码元之间的转换点对应的分量，*为共轭运算符，R是所述预定阈值，T是所述数据信号的码元周期，并且-1/T<Δf<1/T。4.一种补偿数据信号的频差的方法，包括：对所述数据信号进行自适应均衡以产生第一信号；利用所述第一信号估计所述数据信号的第一频差，第一频差的取值范围为其中Δf1为所述第一频差，T为所述数据信号的码元周期，M为所述数据信号的调制阶数；将所述数据信号滑动半个码元周期，并且使用同样的均衡系数对滑动后的数据信号进行所述自适应均衡以产生第二信号；使用第一信号和第二信号估计所述数据信号的第二频差，所述第二频差的取值范围大于第一频差的取值范围；基于所述第一频差和所述第二频差计算所述数据信号的第三频差；对所述第一信号补偿所述第三频差，其中，使用第一信号和第二信号估计所述数据信号的第二频差包括：将所述第二信号的各个数据与预定阈值进行比较；保留所述第二信号中大于或等于预定阈值的数据；使用所述第二信号中被保留的数据以及所述第一信号中位于所述被保留的数据之前的一个数据和之后的一个数据，来估计所述数据信号的第二频差。5.如权利要求4所述的方法，其中，利用所述第一信号估计所述数据信号的第一频差包括：对所述第一信号进行乘方运算以消除与所述第一信号携带的调制数据有关的项；以及基于所述乘方运算的结果计算所述第一频差。6.如权利要求4所述的方法，其中，所述预定阈值是所述第一信号的幅度。7.如权利要求6所述的方法，其中，使用第一信号、以及第二信号中大于或等于预定阈值的分量，来估计所述数据信号的频差包括：通过下式计算所述频差Δf：其中，n为码元序号，Eout(2n+2)和Eout(2n)为第一信号中分别与第n码元和第n+1码元对应的分量，Eout(2n+1)为第二信号中与第n码元和第n+1码元之间的转换点对应的分量，*为共轭运算符，R是所述预定阈值，T是所述数据信号的码元周期，并且-1/T<Δf<1/T。8.如权利要求6所述的方法，其中，基于所述第一频差和所述第二频差计算所述数据信号的第三频差包括：计算第二频差与第一频差之间的差值；以四舍五入的方式计算所述差值...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾韬，潘勇，杨奇，杨铸，余少华，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院，
类型：发明
国别省市：