專利名稱：一種基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法
技術領域：
本發明涉及調制解調技術領域，具體來講是一種基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法。
背景技術：
載波頻率的同步是相干通信中的重要環節，其目的是同步信號和本振頻率間的頻率差，最終準確恢復接收信號的相位信息。在相干光通信領域，大多采用數字處理方法進行頻率補償，即在接收端通過數字處理對各種偏差進行估計和補償，而不再調節光源波長。為提高頻譜效率、簡化信號處理，光通信中的頻率同步較多采用盲估計，即根據接收數據本身相位的統計特征估算出頻率差。數字化的頻率盲估計方法多基于相位差分法，或者頻域分析提取頻率差的方法相位差分法是利用相鄰連續碼元的相位差估計載波頻偏；頻域分析提取頻率差的方法，是 對大量接收信號進行頻域分析進而估算出頻率差。目前，相位差分法或頻域分析方法已成功用于M-PSK(M-phase_shift keying,相移鍵控)調制格式，卻由于QAM(QuadratureAmplitude Modulation,正交幅度調制)信號具有不規則的幅度和相位分布，上述方法都不能直接適用于QAM信號的頻差盲估計。因此，需要尋找一種適用于各種調制格式的頻差糾偏方法，對于高階調制的應用非常重要。基于頻域分析提取頻率差的方法主要對接收數據進行FFT計算，具有較大的動態估計范圍和較高估計精度。但FFT方法只能得到頻率差的絕對值，并無法確定頻率差的正負號，確定符號往往需要花費較大的計算量。另一方面，得出頻率偏差后，必須對接收數據進行頻率校正才能進行后續的相位估計。因此，上述糾偏環節中都需要大量乘法運算，無疑會占用大量硬件資源。在實際接收系統中，為保證頻率估計的連續穩定性，通常需要對獲取的頻率偏差進行平滑以消除抖動，然后再對接收數據進行頻率糾偏，這種平滑跟蹤的過程需要與上述頻域估計方法結合起來持續跟蹤頻率的長期大范圍的變化。因此，需要找到一種能適用于各種調制格式的頻域糾偏方法，通過減少判斷頻率差符號的乘法運算量，同時在平滑跟蹤過程中合并頻率預糾偏和后續的糾偏方法。
發明內容
針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法，適用于各類調制格式，尤其是高階調制格式的載波頻率糾偏，能夠估算出實際頻率差、減少判斷頻率差符號的計算量，在保證對頻差的持續大范圍跟蹤的同時，大幅減少乘法運算。為達到以上目的，本發明采取的技術方案是一種基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法，包括如下步驟S1.從預糾偏頻率隊列中按從小到大的順序選取多個預糾偏頻率，對順序接收到的信號序列按固定個數分組得到集合，每組信號對應一個預糾偏頻率進行頻率預糾偏，得到與各個預糾偏頻率對應的多個預糾偏信號集合；S2.對每個預糾偏信號集合中的所有信號求相位角，再對相位角取模對齊到(O，π/2)區間，得到每個預糾偏信號集合對應的角度集合；S3.對每個角度集合進行快速傅立葉變換運算,計算出頻譜尖峰所對應的頻率；S4.根據頻譜尖峰所對應的頻率與接收信號的實際頻率偏差之間的倍率關系，通過所述頻譜尖峰對應頻率除以與調制格式有關的倍乘系數，得出所述實際頻率偏差的絕對值；S5.連續取2N+1組所述集合，其中N為整數，對每組集合按照S1-S4計算，并在所有計算結果中，找出2N+1個所述實際頻率偏差的絕對值中最小值所對應的預糾偏頻率，作為預糾偏頻率隊列中最理想的值保存到緩存隊列中；S6.對緩存隊列中所有的預糾偏頻率值進行統計平均，其平均值作為平滑后的頻差估計值；S7.對統計平均后新接收的信號，使用平滑后的頻差估計值進行最終的頻率糾偏，進入后續的相位估計；基于平滑后的頻差估計值構造預糾偏頻率的序列fn = AF+n*st印，其中st印為步長，η為正整數，取值為[_N，N]，fn序列共有2N+1個糾偏頻率,用于下一輪預糾偏。在上述技術方案的基礎上，所述SI中，頻率預糾偏具體是對所述集合中第X個符號乘以V2##，T為符號周期，fk為對應該分組的預糾偏頻率。在上述技術方案的基礎上，所述S2中，求相位角和對π /2取模運算，接收信號&
求得的角度為mod (arg Cri), π/2),其中arg Cri)為A的幅角，
權利要求
1.一種基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法，其特征在于，包括如下步驟 · 51.從預糾偏頻率隊列中按從小到大的順序選取多個預糾偏頻率，對順序接收到的信號序列按固定個數分組得到集合，每組信號對應一個預糾偏頻率進行頻率預糾偏，得到與各個預糾偏頻率一一對應的多個預糾偏信號集合； ·52.對每個預糾偏信號集合中的所有信號求相位角，再對相位角取模對齊到(O，π/2)區間，得到每個預糾偏信號集合對應的角度集合； ·53.對每個角度集合進行快速傅立葉變換運算，計算出頻譜尖峰所對應的頻率； ·54.根據頻譜尖峰所對應的頻率與接收信號的實際頻率偏差之間的倍率關系，通過所述頻譜尖峰對應頻率除以與調制格式有關的倍乘系數，得出所述實際頻率偏差的絕對值； ·55.連續取2Ν+1組所述集合，其中N為整數，對每組集合按照S1-S4計算，并在所有計算結果中，找出2Ν+1個所述實際頻率偏差的絕對值中最小值所對應的預糾偏頻率，作為預糾偏頻率隊列中最理想的值保存到緩存隊列中； · 56.對緩存隊列中所有的預糾偏頻率值進行統計平均，其平均值作為平滑后的頻差估計值； · 57.對統計平均后新接收的信號，使用平滑后的頻差估計值進行最終的頻率糾偏，進入后續的相位估計；基于平滑后的頻差估計值構造預糾偏頻率的序列fn = AF+n*st印，其中step為步長，η為正整數,取值為[-N, N],仁序列共有2Ν+1個糾偏頻率,用于下一輪預糾偏。
2.如權利要求I所述的基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法，其特征在于所述SI中，頻率預糾偏具體是對所述集合中第X個符號乘以，T為符號周期，fk為對應該分組的預糾偏頻率。
3.如權利要求I所述的基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法，其特征在于所述S2中，求相位角和對π/2取模運算,接收信號η求得的角度為mod (arg Cri), π/2),其中arg Cri)為A的幅角，虹gWXi
4.如權利要求I所述的基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法，其特征在于所述S3中，頻譜尖峰所對應的頻率的求取表達式為AZmax =￥，其中為頻譜尖峰所對應的頻率，R為接收信號的波特率，z為快速傅立葉變換后峰值所對應的頻點值，L為預糾偏信號集中符號的數量。
5.如權利要求I所述的基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法，其特征在于所述S4中，與調制格式有關的倍乘系數在QAM調制格式時，所述倍乘系數取值為4 ;在M-PSK調制時，倍乘系數取值為PSK調制的階數。
6.如權利要求I所述的基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法，其特征在于每個估計與糾偏周期內，所述S1-S4重復η = 2N+1，對順序輸入的不同組接收信號對應的預糾偏不同的頻率，獲取不同預糾偏頻率下對應的實際頻率偏差的絕對值；所述S5中，在2Ν+1個值中找出最小的實際頻率偏差的絕對值，將與其對應的預糾偏偏差作為最理想的頻差估計。
7.如權利要求6所述的基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法，其特征在于所述S6中，對緩存的最新M個估計頻差求平均，M為緩存的長度，所述平均值作為一個估計周期內的平滑后的頻差估計值。
8.如權利要求I所述的基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法，其特征在于所述S7中，對所有接收信號按照所述平滑后的頻差估計值偏移頻率，即對接收集合中第k個信號乘以，其中AF為平滑后的頻率差值，k對應確定AF后接收到的第k個信號，T為符號周期。
9.如權利要求I所述的基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法，其特征在于所述S7中，根據所述平滑后的頻差估計值構造預糾偏頻率序列，用于所述Si中集合的頻率預糾偏，其中step為步長，決定了頻率估計的精度，(2N+l)*st印決定了預糾偏頻率的范圍。
10.如權利要求I所述的基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法，其特征在于所述實際頻率偏差初值為0，各步驟中產生的中間數據結果利用寄存器儲存，所述載波頻率糾偏方法應用在相干光傳輸的接收端，通過DSP運算完成信號的頻率估計和糾偏。
全文摘要
一種基于平滑跟蹤的載波頻率糾偏方法，涉及調制解調技術領域，包括步驟構建預糾偏頻率隊列，對連續接收的信號分組后，對應不同預糾偏頻率進行預糾偏；通過頻域分析方法求出不同預糾偏頻率下的實際頻率偏差，找出最小實際頻率偏差對應的預糾偏頻率，以此作為最優的頻率估計值；再通過對緩存的最優頻率估計值求平均，得出平滑后的頻差估計值，以此進行最終的信號頻率糾偏，同時構建下一輪的預糾偏頻率隊列。本發明適用于各類調制格式，在保證對頻差的持續大范圍跟蹤的同時，可大幅減少乘法運算。
文檔編號H04L27/00GK102843322SQ20121033458
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月12日 優先權日2012年9月12日
發明者劉武, 楊奇, 楊鑄 申請人:武漢郵電科學研究院