專利名稱：一種頻域載波頻率糾偏方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及調(diào)制解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)講是一種頻域載波頻率糾偏方法。
背景技術(shù)：
載波頻率的同步是相干通信中的重要環(huán)節(jié)，其目的是同步信號(hào)和本振頻率間的頻率差，最終準(zhǔn)確恢復(fù)接收信號(hào)的相位信息。在光通信領(lǐng)域，多通過(guò)數(shù)字處理方法進(jìn)行頻率補(bǔ)償，即在接收端通過(guò)數(shù)字處理對(duì)各種偏差進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償，而不再調(diào)節(jié)光源波長(zhǎng)。
數(shù)字化頻率同步方法多基于相位差分法或頻域分析提取頻率差的方法相位差分法是利用相鄰碼元的相位差粗略估計(jì)載波頻偏，但目前主要用于M-PSK (M-phase-shiftkeying，相移鍵控)格式。頻域分析提取頻率差的方法，是對(duì)大量信號(hào)進(jìn)行頻域分析進(jìn)而 估算出頻率差，頻域方法雖然具有較大的動(dòng)態(tài)估計(jì)范圍，但是對(duì)數(shù)據(jù)量和計(jì)算量要求很高，往往需要對(duì)上萬(wàn)個(gè)接收符號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算，因此利用此方法糾偏載波頻率往往需要大量數(shù)據(jù)。目前，在高速數(shù)字光通信中采用高階調(diào)制格式提高通信容量，但是基于高階調(diào)制格式的頻率糾偏方法卻少見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種頻域載波頻率糾偏方法，適用于各類調(diào)制格式，尤其是高階調(diào)制格式的載波頻率糾偏，通過(guò)對(duì)接收信號(hào)間矢量連接的頻域分析，找到尖峰所對(duì)應(yīng)的頻率差，通過(guò)頻率差與實(shí)際頻率偏差之間的關(guān)聯(lián)，從而估算出實(shí)際頻率差，克服了頻域分析方法中要求大量數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，基于有限接收數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率差估計(jì)，最終完成頻率同步。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種頻域載波頻率糾偏方法，包括如下步驟:A101.將接收信號(hào)集中的所有信號(hào)兩兩互連，組成第一矢量集；同時(shí)將接收信號(hào)中的所有信號(hào)頻率偏移后，兩兩互連組成第二矢量集，其中為正的頻率差值，滿足<R/2，R為接收信號(hào)的波特率；A102.分別計(jì)算第一矢量集和第二矢量集的幅角，并對(duì)/2取模對(duì)齊到(_n/4，/4)區(qū)間內(nèi)，分別得到第一角度集合和第二角度集合；A103.分別對(duì)第一角度集合和第二角度集合中的角度進(jìn)行FFT運(yùn)算，計(jì)算出各自尖峰所對(duì)應(yīng)的第一頻率差和第二頻率差；A104.判斷頻率差符號(hào)，若第一頻率差小于第二頻率差，則實(shí)際頻率偏差為第一頻率差；否則，實(shí)際頻率偏差為第一頻率差的負(fù)值;A105.對(duì)接收信號(hào)集中的信號(hào)乘以對(duì)應(yīng)的頻率偏差2 AfkT，完成糾偏，其中Af為所述實(shí)際頻率偏差。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述尖峰所對(duì)應(yīng)的第一頻率差和第二頻率差的求取表
D
達(dá)式為= —TfT，其中R為接收信號(hào)的波特率，X為FFT后峰值所對(duì)應(yīng)的頻率，N為接收 mN
信號(hào)集中接收符號(hào)的數(shù)量，m為與調(diào)制格式有關(guān)的倍乘系數(shù)。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述m在QAM調(diào)制格式時(shí)，取m = 4 ;在M-PSK調(diào)制時(shí)，取m為PSK調(diào)制的階數(shù)M，即m = M。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述AlOl中所有信號(hào)頻率偏移f\，即將每個(gè)信號(hào)乘以2 Ji f\kT，其中為正的頻率差值，滿足< R/2，R為接收信號(hào)的波特率，k對(duì)應(yīng)接收信號(hào)集中第k個(gè)符號(hào)，T為符號(hào)周期。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述接收信號(hào)集中的所有信號(hào)兩兩互連，得到的矢量個(gè)數(shù)為N* (N-I)，組成第一矢量集。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟中產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)結(jié)果利用寄存器儲(chǔ)存。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述頻域載波頻率糾偏方法應(yīng)用在相干光傳輸?shù)慕邮斩?，通過(guò)DSP運(yùn)算完成信號(hào)的頻率估計(jì)和糾偏。本發(fā)明的有益效果在于I.本發(fā)明的頻域載波頻率糾偏方法普遍適用于各種調(diào)制，各種調(diào)制格式下計(jì)算和 處理過(guò)程完全一致。2.基于較少接收符號(hào)得到大量的統(tǒng)計(jì)樣本，滿足了 FFT計(jì)算大量數(shù)據(jù)的要求，克服了頻域分析方法中要求大量數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，提高了頻率估計(jì)的時(shí)效性。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例一種頻域載波頻率糾偏方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖I 所示，以 QAM(Quadrature Amplitude Modulation,正交振幅調(diào)制)格式為例，詳細(xì)敘述本發(fā)明頻域載波頻率糾偏方法A101.將接收信號(hào)集SO中的所有信號(hào)兩兩互連，組成第一矢量集SI ;假設(shè)接收信號(hào)集SO中有N個(gè)接收符號(hào)，將其中任意符號(hào)SOi和SOj進(jìn)行互連，則兩兩互連得到的矢量ru個(gè)數(shù)為N* (N-I)。同時(shí)，將接收信號(hào)SO中的所有信號(hào)頻率偏移后，同樣按照上述方式兩兩互連，組成第二矢量集S2 ;其中，所有信號(hào)頻率偏移的實(shí)際做法是將每個(gè)信號(hào)乘以2 f\kT，其中為固定的正的頻率差值，滿足< R/2，R為接收信號(hào)的波特率，k對(duì)應(yīng)接收信號(hào)集SO中第k個(gè)符號(hào)，T為符號(hào)周期。A102.分別計(jì)算第一矢量集SI和第二矢量集S2的幅角，并對(duì)/2取模對(duì)齊到(-JI/4, /4)區(qū)間內(nèi)，分別得到第一角度集合Sll和第二角度集合S21。以第一矢量集SI
中的矢量為例，進(jìn)行幅角運(yùn)算的公式為呵(義_) =唭中Xi、yi、Xj, Yj分別為
符號(hào)SOi和SOj的橫縱坐標(biāo)。將arg ^ij)對(duì)Ji /2取模并對(duì)齊到(_ /4，Ji /4)區(qū)間內(nèi)，得到第一角度集合S11。第二角度集合S21的求法和第一角度集合Sll相同，此處不再贅述。A103.分別對(duì)第一角度集合Sll和第二角度集合S21中的角度進(jìn)行FFT運(yùn)算，找出各自尖峰所對(duì)應(yīng)的第一頻率差A(yù)f1和第二頻率差A(yù)f2。所述求取尖峰所對(duì)應(yīng)的第一頻
r D
率差和第二頻率差的求取表達(dá)式為4/；@，其中R為接收信號(hào)的波特率，X為FFT后
mis
峰值對(duì)應(yīng)的頻率，N為接收信號(hào)集SO中接收符號(hào)的數(shù)量，在本實(shí)施例中，由于是QAM調(diào)制格式，因此取m = 4。在M-PSK調(diào)制時(shí)，取m為PSK調(diào)制的階數(shù)，即m = M。A104.判斷頻率差符號(hào)，若第一頻率差A(yù) f:小于第二頻率差A(yù) f2,即A f丨< A f2,則實(shí)際頻率偏差A(yù)f 為第一頻率差，g卩Af= Af1;若第一頻率差A(yù) 4大于第二頻率差A(yù)f2，則實(shí)際頻率偏差A(yù)f為第一頻率差八4的負(fù)值，8卩Af = -AfpA105.對(duì)接收信號(hào)集SO中的信號(hào)乘以對(duì)應(yīng)的頻率偏差2 Ji AfkT，完成糾偏，其中A f為所述實(shí)際頻率偏差，k對(duì)應(yīng)接收信號(hào)集SO中第k個(gè)符號(hào)，T為符號(hào)周期。本發(fā)明頻域載波頻率糾偏方法，主要應(yīng)用在相干光傳輸?shù)慕邮斩?，通過(guò)DSP運(yùn)算按照上述步驟，完成信號(hào)的頻率估計(jì)和糾偏，所述步驟中產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)結(jié)果利用寄存器儲(chǔ)存。基于對(duì)中間數(shù)據(jù)結(jié)果和硬件的共享，所述矢量幅角、FFT求頻域峰值、頻偏校正、符號(hào)判斷等運(yùn)算的硬件可分時(shí)重用。由于中間處理過(guò)程的時(shí)延，可將步驟A104得到的頻率差用于對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)的頻率校正。本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離 本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種頻域載波頻率糾偏方法，其特征在于，包括如下步驟 A101.將接收信號(hào)集中的所有信號(hào)兩兩互連，組成第一矢量集；同時(shí)將接收信號(hào)中的所有信號(hào)頻率偏移も后，兩兩互連組成第二矢量集，其中も為正的頻率差值，滿足も<R/2，R為接收信號(hào)的波特率； A102.分別計(jì)算第一矢量集和第二矢量集的幅角，并對(duì)π/2取模對(duì)齊到(-π/4，π/4)區(qū)間內(nèi)，分別得到第一角度集合和第二角度集合； Α103.分別對(duì)第一角度集合和第二角度集合中的角度進(jìn)行FFT運(yùn)算，計(jì)算出各自尖峰所對(duì)應(yīng)的第一頻率差和第二頻率差； Α104.判斷頻率差符號(hào)，若第一頻率差小于第二頻率差，則實(shí)際頻率偏差為第一頻率差；否則，實(shí)際頻率偏差為第一頻率差的負(fù)值； Α105.對(duì)接收信號(hào)集中的信號(hào)乘以對(duì)應(yīng)的頻率偏差2 Ji AfkT，完成糾偏，其中Af為所述實(shí)際頻率偏差。
2.如權(quán)利要求I所述的頻域載波頻率糾偏方法，其特征在于所述尖峰所對(duì)應(yīng)的第一頻率差和第二頻率差的求取表達(dá)式為Δ/1§Κ2，其中R為接收信號(hào)的波特率，X為FFT后峰值所對(duì)應(yīng)的頻率，N為接收信號(hào)集中接收符號(hào)的數(shù)量，m為與調(diào)制格式有關(guān)的倍乘系數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的頻域載波頻率糾偏方法，其特征在于所述m在QAM調(diào)制格式時(shí)，取m = 4 ;在M-PSK調(diào)制時(shí)，取m為PSK調(diào)制的階數(shù)M，即m = M。
4.如權(quán)利要求I所述的頻域載波頻率糾偏方法，其特征在于所述AlOl中所有信號(hào)頻率偏移も，即將每個(gè)信號(hào)乘以2 fAT，其中も為正的頻率差值，滿足< R/2，R為接收信號(hào)的波特率，k對(duì)應(yīng)接收信號(hào)集中第k個(gè)符號(hào)，T為符號(hào)周期。
5.如權(quán)利要求I所述的頻域載波頻率糾偏方法，其特征在于所述接收信號(hào)集中的所有信號(hào)兩兩互連，得到的矢量個(gè)數(shù)為N*(N-I)，組成第一矢量集。
6.如權(quán)利要求I所述的頻域載波頻率糾偏方法，其特征在于所述步驟中產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)結(jié)果利用寄存器儲(chǔ)存。
7.如權(quán)利要求I所述的頻域載波頻率糾偏方法，其特征在于所述頻域載波頻率糾偏方法應(yīng)用在相干光傳輸?shù)慕邮斩?，通過(guò)DSP運(yùn)算完成信號(hào)的頻率估計(jì)和糾偏。
全文摘要
一種頻域載波頻率糾偏方法，涉及調(diào)制解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，包括步驟A101.將接收信號(hào)集中的所有信號(hào)兩兩互連，組成第一矢量集；將接收信號(hào)中的所有信號(hào)頻率偏移f1后，兩兩互連組成第二矢量集；A102.分別計(jì)算兩個(gè)矢量集的幅角，并對(duì)π/2取模對(duì)齊到(-π/4，π/4)區(qū)間內(nèi)，得到第一角度集合和第二角度集合；A103.對(duì)兩個(gè)角度集合中的角度進(jìn)行FFT運(yùn)算，找出各自尖峰所對(duì)應(yīng)的第一頻率差和第二頻率差；A104.若第一頻率差小于第二頻率差，則實(shí)際頻率偏差為第一頻率差；否則，實(shí)際頻率偏差為第一頻率差的負(fù)值；A105.對(duì)接收信號(hào)集中的信號(hào)乘以對(duì)應(yīng)的頻率偏差Δf，完成糾偏。本發(fā)明克服頻域分析方法中要求大量數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，基于有限數(shù)據(jù)完成頻率同步。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102739574SQ201210185280
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者劉武, 楊奇, 楊超, 羅鳴 申請(qǐng)人:武漢郵電科學(xué)研究院