一種應用于DQPSK系統的頻偏補償裝置及其補償方法制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種應用于DQPSK系統的頻偏補償模塊及其補償方法，本發明專利技術方法中每組矢量信號數據預補償過程中采用相位放大和歸一化運算計算得到單位頻偏相位偏移，對N個相位數據求平均，并除以四，獲得殘余的單位頻偏相位偏移值；將殘余頻偏和預補償頻偏相加，然后再乘上N個數據各自的編號，獲得各自的頻偏相位值；將預補償前的原始相位值，減去其進行頻偏相位計算后得到的頻偏相位，完成頻偏相位補償；本發明專利技術裝置及其方法的補償過程無需對激光器進行控制，增強了系統的穩定性，使系統更易于實現，降低了成本。

【技術實現步驟摘要】
一種應用于DQPSK系統的頻偏補償裝置及其補償方法
本專利技術提出了一種應用于DQPSK系統的頻偏補償裝置及其補償方法，特別是涉及一種應用于光通信領域中的偏振復用的相移鍵控系統中能補償大范圍頻偏，具有較強頻偏變化跟蹤能力的補償模塊及其補償方法，本專利技術屬于低速、高速相干光通信

技術介紹
隨著通信技術的進步，偏振復用的相移鍵控相干光通信系統，能在符號速率一定的情況下，實現多倍于符號速率的通信速率，并且，對光信號的處理，全部轉移到電域中進行，減少了對光學器件要求的同時，能獲得更大的信號處理和恢復質量，被普遍認為是100G光通信系統的傳輸解決方案。另外，相對于強度調制方式，偏振復用的相移鍵控調制方式對接收端的光信噪比要求較低，也被應用在長距傳輸場合。偏振復用的相移鍵控通信系統，使用相干的方式實現光信號的接收，遠端信號的調制使用一個本振光源，近端接收機使用另一個頻率相近的本振光源進行相干接收。在兩個光源之間，必然存在頻率偏差，因而，必須對接收到的信號，進行頻偏補償處理，才能恢復出正確的數據。在已有的文獻中，介紹了多種類似的頻偏補償方法，它們存在的缺陷在于：能補償的頻偏的范圍有限，必須不能超過符號速率的八分之一；或者通過根據信號中頻率偏移的大小，調整外部的本振光源，這種方法的穩定性較差。
技術實現思路
本專利技術的目的就是克服現有技術存在的問題和不足，針對偏振復用相移鍵控系統，提出一種針對本振光源的頻偏對信號相位造成的影響而進行補償的頻偏補償裝置及其補償方法，本專利技術方法實現簡單，具有更好的穩定性。本專利技術原理如下：對需要進行頻偏補償的矢量信號數據，先對其進行預處理，然后計算其相位值，并設定合理的相位數據表示比特寬度，使其覆蓋整個相位值范圍。然后進行預補償操作，得到一個參與的單位頻偏相位值，對連續的一段數據進行平均運算，求得這個參與的頻偏相位值，再結合之前預補償部分，得到當前連續數據的單位頻偏相位，最后根據相位的累積，求得當前連續數據的頻偏相位，從原始相位中減去頻偏相位值，完成頻偏的補償。首先，對數據進行預處理，使得矢量信號的某一分量信號數據達到滿比特寬度，然后進行相位計算，并設定相位數據的表示寬度與實際相位的對應關系為：當前比特寬度下能表示的最大數，無限接近2π，0則為0。然后通過相位的計算，實現頻偏的預補償和單位頻偏的計算，最后根據頻偏的累積效應，將單位頻偏相位轉換為當前矢量數據的頻偏相位，并從原始相位數據中減去這個值，完成補償。第k個數據的相位可以表示為進行預補償處理后phase'(k)＝2π·Δf'·T+δ對連續N個求平均mean(phase'(k))＝2π·Δf'·T平均值加上之前預補償處理中，減去的頻偏相位部分，得到2π·Δf·T。然后在根據數據的序號，乘上單位頻偏相位，得到頻偏相位。最后通過減法操作，實現頻偏相位補償。本專利技術技術方案是：一種應用于DQPSK系統的頻偏補償模塊，包括如下模塊設置于數字處理芯片中：分組模塊：對矢量信號數據按照時間先后順序分組，每組包括N個連續數據進入預處理模塊；預處理模塊：對組內矢量信號數據的虛實部進行2的m次方倍數同比例放大，m表示設置寬度減去數據值表示需要的最小比特寬度值；相位計算模塊：對預處理模塊輸出信號數據采用cordic算法計算，獲得矢量信號數據相位值在[0,2π)范圍內的相位值，然后送入頻偏預補償模塊；頻偏預補償模塊：對每組數據進行逐組處理，對當前組內的每一個相位數據Pi(1＜＝i＜＝N)，減去與其對應的頻偏相位預補償量Ppre-i，得到初步處理后的數據Pi'＝Pi-Ppre-i；殘余頻偏計算模塊：對頻偏相位預補償模塊處理后信號的組內N個相位數據，前后兩兩相減，對所得差值求平均值P′mean，再將平均值P′mean擴大四倍，并將其歸一化到[-π,+π)的范圍內，對歸一化后的相位數據縮小四倍，得到殘余的單位頻偏相位偏移Pfo-s；殘余頻偏補償模塊：將殘余頻偏計算模塊中計算得到的殘余的單位頻偏相位偏移值Pfo-s，分別乘以組內數據的編號i(1＜＝i＜＝N)，得到N個補償相位量，然后將經頻偏預補償模塊處理后的Pi'減去與其編號相對應的乘積，完成補償，獲得消除頻偏相位偏移的相位值Pend-i；頻偏預補償量更新模塊：計算當前組內最后一個數據的頻偏相位偏移Pfo-N＝Ppre-N+Pfo-s×N，Ppre-N為頻偏相位預補償中組內最后一個相位數據的相位預補償量，Pfo-s×N為殘余頻偏補償模塊中組內最后一個數據的殘余頻偏相位預補償量；計算該組數據對應的單位頻偏相位大小Pfo＝P′fo+Pfo-s，其中：P′fo為更新前的值，其初值為零，Pfo-s為殘余的單位頻偏相位偏移；預補償頻偏相位計算模塊：頻偏預補償量計算更新模塊計算的變量Pfo-N、Pfo，由Ppre-i＝Pfo-N+Pfo×i，1＜＝i＜＝N獲得對應于每個數據的預補償頻偏相位值Ppre-i，并反饋至頻偏預補償模塊。所述預處理模塊內設置有移位寄存器，移位寄存器用于延遲矢量信號數據，使矢量信號數據和與其對應的E值保持同步。所述每組數據中的N值由偏振復用相移鍵控系統中的激光器線寬變化速度和數字處理芯片運行速度確定，與激光器線寬變化速度成反比關系，與數字處理芯片運行速度正相關。所述N值優選為16或32或64。一種應用于DQPSK系統的頻偏補償方法，對矢量信號數據的虛實部進行同比例放大的預處理；計算矢量信號數據的相位大小；在相位數據計算設定的相位數據格式下，通過前后相位值的減法，消除頻偏相位的累積特征；每組矢量信號數據預補償過程中采用相位放大和歸一化運算計算得到單位頻偏相位偏移，對N個相位數據求平均，并除以四，獲得殘余的單位頻偏相位偏移值；將殘余頻偏和預補償頻偏相加，然后再乘上N個數據各自的編號，獲得各自的頻偏相位值；將預補償前的原始相位值，減去其進行頻偏相位計算后得到的頻偏相位，完成頻偏相位補償。所述矢量信號數據的預處理包括如下步驟：首先判斷矢量信號數據的實虛部的正負符號位值，實部數據和虛部數據判斷同時進行；當實部位值大于等于零時，進入步驟202，預處理模塊計算1所在的最高比特位數R2；否則進入步驟201，計算0所在的最高比特位數R1；由步驟205對步驟201和步驟202的有效比特位數進行選擇，為當實部數據為負時，R＝R2；否則R＝R1；當虛部位值大于等于零時，進入步驟203，預處理模塊計算1所在的最高比特位置，得到最高有效比特位數I1；否則進入步驟204，計算0所在的最高比特位置，得到最高有效比特位數I2；由步驟206對步驟203和步驟204的有效比較特位數進行選擇，為當虛部數據為負時，I＝I2，否則I＝I1；然后預處理模塊比較實部和虛部的有效比特位數的大小，即比較I和R，得到兩者的較大值max(R,I)。由預處理模塊中設置的公式E＝M-1-max(R,I)，由步驟207得到最大可擴比特位數E，其中M表示每個數據在數字處理芯片中表示時所占用的比特位數；最后，步驟209對矢量信號數據進行有效比特位擴展，將矢量信號數據的實虛部同時左移E個比特位。所述矢量信號數據采用移動寄存器的延遲同步方法，使矢量信號數據和與其對應的最大可擴比特位數E值保持同步。其預補償步驟具體包括如下：步驟301：頻偏相位預補償：將原始相位數據P本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種應用于DQPSK系統的頻偏補償模塊，其特征在于：包括如下模塊設置于數字處理芯片中：分組模塊(100)：對矢量信號數據按照時間先后順序分組，每組包括N個連續數據進入預處理模塊；預處理模塊(101)：對組內矢量信號數據的虛實部進行2的m次方倍數同比例放大，m表示設置寬度減去數據值表示需要的最小比特寬度值；相位計算模塊(102)：對預處理模塊(101)輸出信號數據采用cordic算法計算，獲得矢量信號數據相位值在[0,2π)范圍內的相位值，然后送入頻偏預補償模塊(103)；頻偏預補償模塊(103)：對每組數據進行逐組處理，對當前組內的每一個相位數據Pi(1＜＝i＜＝N)，減去與其對應的頻偏相位預補償量Ppre?i，得到初步處理后的數據P′i＝Pi?Ppre?i；殘余頻偏計算模塊(104)：對頻偏相位預補償模塊(103)處理后信號的組內N個相位數據，前后兩兩相減，對所得差值求平均值P′mean，再將平均值P′mean擴大四倍，并將其歸一化到[?π,+π)的范圍內，對歸一化后的相位數據縮小四倍，得到殘余的單位頻偏相位偏移Pfo?s；殘余頻偏補償模塊(105)：將殘余頻偏計算模塊(104)中計算得到的殘余的單位頻偏相位偏移值Pfo?s，分別乘以組內數據的編號i(1＜＝i＜＝N)，得到N個補償相位量，然后將經頻偏預補償模塊(103)處理后的P′i減去與其編號相對應的乘積，完成補償，獲得消除頻偏相位偏移的相位值Pend?i；頻偏預補償量更新模塊(106)：計算當前組內最后一個數據的頻偏相位偏移Pfo?N＝Ppre?N+Pfo?s×N，Ppre?N為頻偏相位預補償(103)中組內最后一個相位數據的相位預補償量，Pfo?s×N為殘余頻偏補償模塊(105)中組內最后一個數據的殘余頻偏相位預補償量；計算該組數據對應的單位頻偏相位大小Pfo＝P′fo+Pfo?s，其中：P′fo為更新前的值，其初值為零，Pfo?s為殘余的單位頻偏相位偏移；預補償頻偏相位計算模塊(107)：頻偏預補償量計算更新模塊(106)計算的變量Pfo?N、Pfo，由Ppre?i＝Pfo?N+Pfo×i，1＜＝i＜＝N獲得對應于每個數據的預補償頻偏相位值Ppre?i，并反饋至頻偏預補償模塊(103)。...

【技術特征摘要】
1.一種應用于DQPSK系統的頻偏補償裝置，其特征在于：包括如下模塊設置于數字處理芯片中：分組模塊(100)：對矢量信號數據按照時間先后順序分組，每組包括N個連續數據進入預處理模塊；預處理模塊(101)：對組內矢量信號數據的虛實部進行2的m次方倍數同比例放大，m為正交數據的預設比特寬度減去實際所用比特寬度；相位計算模塊(102)：對預處理模塊(101)輸出信號數據采用cordic算法計算，獲得矢量信號數據相位值在[0,2π)范圍內的相位值，然后送入頻偏預補償模塊(103)；頻偏預補償模塊(103)：對每組數據進行逐組處理，對當前組內的每一個相位數據Pi(1＜＝i＜＝N)，減去與其對應的頻偏相位預補償量Ppre-i，得到初步處理后的數據P'i＝Pi-Ppre-i；殘余頻偏計算模塊(104)：對頻偏相位預補償模塊(103)處理后信號的組內N個相位數據，前后兩兩相減，對所得差值求平均值P′mean，再將平均值P′mean擴大四倍，并將其歸一化到[-π,+π)的范圍內，對歸一化后的相位數據縮小四倍，得到殘余的單位頻偏相位偏移Pfo-s；殘余頻偏補償模塊(105)：將殘余頻偏計算模塊(104)中計算得到的殘余的單位頻偏相位偏移值Pfo-s，分別乘以組內數據的編號i(1＜＝i＜＝N)，得到N個補償相位量，然后將經頻偏預補償模塊(103)處理后的Pi'減去第i個補償相位量，完成補償，獲得消除頻偏相位偏移的相位值Pend-i；頻偏預補償量更新模塊(106)：計算當前組內最后一個數據的頻偏相位偏移Pfo-N＝Ppre-N+Pfo-s×N，Ppre-N為頻偏相位預補償(103)中組內最后一個相位數據的相位預補償量，Pfo-s×N為殘余頻偏補償模塊(105)中組內最后一個數據的殘余頻偏相位預補償量；計算該組數據對應的單位頻偏相位大小Pfo＝P′fo+Pfo-s，其中：P′fo為更新前的值，其初值為零，Pfo-s為殘余的單位頻偏相位偏移；預補償頻偏相位計算模塊(107)：頻偏預補償量計算更新模塊(106)計算的變量Pfo-N、Pfo，由Ppre-i＝Pfo-N+Pfo×i，1＜＝i＜＝N獲得對應于每個數據的預補償頻偏相位值Ppre-i，并反饋至頻偏預補償模塊(103)。2.根據權利要求1所述一種應用于DQPSK系統的頻偏補償裝置，其特征在于：所述預處理模塊內設置有移位寄存器，移位寄存器用于延遲矢量信號數據，使矢量信號數據和與其對應的E值保持同步。3.根據權利要求1所述的一種應用于DQPSK系統的頻偏補償裝置，其特征在于：所述每組數據中的N值由偏振復用相移鍵控系統中的激光器線寬變化速度和數字處理芯片運行速度確定，與激光器線寬變化速度成反比關系，與數字處理芯片運行速度正相關。4.根據權利要求3所述的一種應用于DQPSK系統的頻偏補償裝置，其特征在于：所述N值優選為16或32或64。5.根據權利要求1所述的一種應用于DQPSK系統的頻偏補償裝置的補償方法，其特征在于：對矢量信號數據的虛實部進行同比例放大的預處理；計算矢量信號數據的相位大小；在相位數據計算設定的相位數據格式下，通過前后相位值的減法，消除頻偏相位的累積特征；每組矢量信號數據預補償過程中采用相位放大和歸一化運算計算得到單位頻偏相位偏移，對N個相位數據求平均，并除以四，獲得殘余的單位頻偏相位偏移值；將殘余頻偏和預補償頻偏相加，然后再乘上N個數據各自的編號，獲得各自的頻偏相位值；將預補償前的原始相位值...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋新明，曹麗，黃麗艷，于龍，江毅，何國良，盛元峰，徐健，
申請(專利權)人：武漢光迅科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北;42