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CN110460385B - 相位噪声补偿装置及方法、接收机 - Google Patents

相位噪声补偿装置及方法、接收机 Download PDF

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CN110460385B CN201810430182.4A CN201810430182A CN110460385B CN 110460385 B CN110460385 B CN 110460385B CN 201810430182 A CN201810430182 A CN 201810430182A CN 110460385 B CN110460385 B CN 110460385B
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Abstract

本发明实施例提供一种相位噪声补偿装置及方法、接收机。根据发射机不理想参数的估计值和发送信号中的训练序列信号确定修正信号，并根据该修正信号确定接收信号的相位噪声，因此考虑了发射机不理想对相位噪声的影响，能够准确的估计相位噪声，从而，能够有效的进行相位噪声的补偿，保证了系统的传输效率和性能。

Description

相位噪声补偿装置及方法、接收机
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种相位噪声补偿装置及方法、接收机。
背景技术
相干光通信系统以巨大的传输带宽、极大的扩容潜力、极低的传输损耗和低廉的造价等优势，在通信传输网络中占据着重要地位。而构建低成本、大容量、高频谱效率的相干光通信网络，选择适合的调制格式是关键。近年来，灵活可变的调制格式作为提高传输速率的最有效途径迅速成为关注热点，高阶的正交幅度调制(QAM，Quadrature AmplitudeModulation)成为下一代光通信系统的主流方案。而复杂的QAM调制格式对相位噪声尤为敏感。
现有的相位噪声补偿方法，一般基于盲相位搜索方案，或者基于间插正交相移键控(QPSK，Quadrature Phase Shift Keyin)的载波相位估计方案，对激光器导致的相位噪声进行补偿。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
发明人发现，复杂的QAM调制格式不仅对激光器的相位噪声敏感，而且对于设备的不理想导致的相位噪声也很敏感，容易受到发射机的直流偏置、I路和Q路的相位不平衡及幅度不平衡的影响，从而导致严重的误码，极大地限制了系统的传输效率。现有的相位噪声补偿方法并没有考虑到发射机的不理想导致的相位噪声，因此影响了相位噪声补偿的效果，限制了系统的传输效率。
本发明实施例提供一种相位噪声补偿装置及方法、接收机，根据发射机不理想参数的估计值和发送信号中的训练序列信号确定修正信号，并根据该修正信号确定接收信号的相位噪声，因此考虑了发射机不理想对相位噪声的影响，能够准确的估计相位噪声，从而，能够有效的进行相位噪声的补偿，保证了系统的传输效率和性能。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种相位噪声补偿装置，所述装置包括：第一确定单元，其用于根据接收信号确定发射机不理想参数的估计值；第二确定单元，其用于根据所述发射机不理想参数的估计值和插入到发射机的发送信号中的训练序列信号，确定修正信号；第三确定单元，其用于根据所述修正信号确定所述接收信号的相位噪声；以及补偿单元，其用于根据所述接收信号的相位噪声，对所述接收信号进行相位噪声补偿。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种接收机，包括根据本发明实施例的第一方面所述的相位噪声补偿装置。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种相位噪声补偿方法，所述方法包括：根据接收信号确定发射机不理想参数的估计值；根据所述发射机不理想参数的估计值和插入到发射机的发送信号中的训练序列信号，确定修正信号；根据所述修正信号确定所述接收信号的相位噪声；以及根据所述接收信号的相位噪声，对所述接收信号进行相位噪声补偿。
本发明的有益效果在于：根据发射机不理想参数的估计值和发送信号中的训练序列信号确定修正信号，并根据该修正信号确定接收信号的相位噪声，因此考虑了发射机不理想对相位噪声的影响，能够准确的估计相位噪声，从而，能够有效的进行相位噪声的补偿，保证了系统的传输效率和性能。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本发明实施例1的相位噪声补偿装置的一示意图；
图2是本发明实施例1的第三确定单元103的一示意图；
图3是本发明实施例1的第四确定单元201的一示意图；
图4是本发明实施例1的进行插值处理的一示意图；
图5是本发明实施例2的接收机的系统构成的一示意框图；
图6是本发明实施例3的相位噪声补偿方法的一示意图；
图7是本发明实施例3的相位噪声补偿方法的另一示意图。
具体实施方式
在本发明实施例中，术语“第一”、“第二”等用于对不同元素从称谓上进行区分，但并不表示这些元素的空间排列或时间顺序等，这些元素不应被这些术语所限制。术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。
在本发明实施例中，单数形式“一”、“该”等包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据……”，术语“基于”应理解为“至少部分基于……”，除非上下文另外明确指出。
参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。
实施例1
本发明实施例提供一种相位噪声补偿装置，该相位噪声补偿装置设置在光通信系统的接收机端。图1是本发明实施例1的相位噪声补偿装置的一示意图。如图1所示，装置100包括：
第一确定单元101，其用于根据接收信号确定发射机不理想参数的估计值；
第二确定单元102，其用于根据该发射机不理想参数的估计值和插入到发射机的发送信号中的训练序列信号，确定修正信号；
第三确定单元103，其用于根据该修正信号确定该接收信号的相位噪声；以及
补偿单元104，其用于根据该接收信号的相位噪声，对该接收信号进行相位噪声补偿。
由上述实施例可知，根据发射机不理想参数的估计值和发送信号中的训练序列信号确定修正信号，并根据该修正信号确定接收信号的相位噪声，因此考虑了发射机不理想对相位噪声的影响，能够准确的估计相位噪声，从而，能够有效的进行相位噪声的补偿，保证了系统的传输效率和性能。
在本实施例中，例如，发射机不理想参数包括以下的至少一个：发射机I路和Q路的幅度不平衡、相位不平衡以及发射机直流偏置量的估计值。
在本实施例中，第一确定单元101确定发射机不理想参数的估计值可以参考相关技术。例如，对于接收信号，将载波相位恢复后的信号取均值，得到直流偏置估计值；去掉直流偏置后的信号送入蝶形有限冲击相应滤波器(butterfly FIR filter)，根据最小均方误差(least-mean squares，LMS)方法对滤波器抽头系数进行迭代；最后，根据收敛后的滤波器抽头系数可计算得到幅度不平衡和相位不平衡的估计值。
在本实施例中，由于发射机不理想参数在一定时间内保持相对稳定，例如，几秒钟之内保持相对稳定。从而，可以以一定的周期来更新发射机不理想参数的估计值。
在本实施例中，第二确定单元102根据该发射机不理想参数的估计值和插入到发射机的发送信号中的训练序列信号，确定修正信号。
例如，在理想条件下，发射机的发送信号可以表示为：
S(i)＝I(i)+jQ(i) (1)
其中，S(i)表示第i个发送信号，I(i)表示第i个发送信号中的I路信号，Q(i)表示第i个发送信号中的Q路信号。
由于发射机不理想，调制后的发送信号可以表示为：
Figure BDA0001653208130000041
其中，SM(i)表示调制后的第i个发送信号，a和b分别表示I路和Q路的幅度，θI和θQ分别表示I路和Q路的相位，I0+jQ0表示发射机的直流偏置量。
在接收机端，接收信号经过均衡和频偏补偿等处理后，接收信号中仍然包含相位噪声和发射机不理想的信息，在进行相位噪声补偿之前，接收信号可以表示为：
Figure BDA0001653208130000051
其中，Y(i)表示相位噪声补偿之前的第i个接收信号，a和b分别表示I路和Q路的幅度，θI和θQ分别表示I路和Q路的相位，I0+jQ0表示发射机的直流偏置量，
Figure BDA0001653208130000052
表示第i个接收信号的相位噪声。
在本实施例中，插入到发射机的发送信号中的训练序列信号可以是任意形式的信号，例如，周期信号、非周期信号、相关信号、非相关信号等。
在本实施例中，插入到发射机的发送信号中的训练序列信号可以是连续插入的，也可以是间隔插入的，并且，可以是等间隔插入的，也可以是非等间隔插入的，另外，训练序列信号的数量可以根据实际需要而确定。
例如，插入发送信号中的训练序列信号可以表示为：
S(k)＝I(k)+jQ(k) (4)
其中，S(k)表示第k时刻的发送信号，即该训练序列信号，I(k)表示该训练序列信号中的I路信号，Q(k)表示该训练序列信号中的Q路信号。
这样，第二确定单元102根据该发射机不理想参数的估计值a,b即幅度不平衡的估计值，以及θI和θQ即相位不平衡的估计值，以及直流偏置量I0+jQ0，获得的修正信号可以表示为：
Figure BDA0001653208130000053
其中，Sout(k)表示对应于该训练序列信号的修正信号，I(k)表示该训练序列信号中的I路信号，Q(k)表示该训练序列信号中的Q路信号，a和b分别表示I路和Q路的幅度，θI和θQ分别表示I路和Q路的相位，I0+jQ0表示发射机的直流偏置量。
在本实施例中，第三确定单元103根据该修正信号确定该接收信号的相位噪声。以下，对第三确定单元103的结构以及确定相位噪声的方法进行示例性的说明。
图2是本发明实施例1的第三确定单元103的一示意图。如图2所示，第三确定单元103包括：
第四确定单元201，其用于根据处于该训练序列信号所在时刻的该接收信号和与该训练序列信号对应的修正信号，确定与该训练序列信号对应的相位噪声；以及
插值单元202，其用于对该与训练序列信号对应的相位噪声进行插值处理，获得所有时刻的接收信号的相位噪声。
在本实施例中，第四确定单元201根据处于该训练序列信号所在时刻的该接收信号和与该训练序列信号对应的修正信号，确定与该训练序列信号对应的相位噪声。
例如，该训练序列信号所在时刻为第k时刻，则在进行相位噪声补偿之前的处于该训练序列信号所在时刻的该接收信号为Y(k)，与该训练序列信号对应的修正信号则为Sout(k)。
图3是本发明实施例1的第四确定单元201的一示意图。如图3所示，第四确定单元201包括：
第一计算单元301，其用于将与该训练序列信号对应的修正信号取共轭操作后与处于该训练序列信号所在时刻的接收信号相乘；以及
第二计算单元302，其用于对相乘的结果取角度，获得与该训练序列信号对应的相位噪声。
例如，第一计算单元301将于训练序列信号S(k)对应的修正信号Sout(k)取共轭操作后，再与处于S(k)所在时刻k的接收信号Y(k)相乘，根据以上的公式(3)-(5)，对相乘的结果取角度，则能够得到与该训练序列信号S(k)对应的相位噪声
Figure BDA0001653208130000061
在本实施例中，插入到发送信号中的训练序列信号可以是多个，此时，第二确定单元102确定对应于多个训练序列信号的多个修正信号，第一计算单元301将该多个修正信号取共轭操作后分别与处于该多个训练序列信号所在时刻的接收信号相乘，获得多个相乘结果，第二计算单元302将该多个相乘结果取平均，并对取平均后的相乘结果取角度，获得与该训练序列信号对应的相位噪声。
这样，通过对多个相乘结果进行取平均处理，能够去除白噪声对相位噪声估计的影响，从而进一步提高相位噪声估计的准确性。
在本实施例中，插值单元202对与训练序列信号对应的相位噪声进行插值处理，获得其他非训练序列信号对应的相位噪声，从而获得所有时刻的接收信号的相位噪声。
例如，可以采用线性插值、三次样条差值等现有的插值方法。
图4是本发明实施例1的进行插值处理的一示意图。如图4所示，通过对与训练序列信号对应的相位噪声进行插值处理，获得所有时刻的接收信号的相位噪声。
在本实施例中，在获得所有时刻的接收信号的相位噪声之后，补偿单元104根据该接收信号的相位噪声，对该接收信号进行相位噪声补偿。具体的补偿方法可参考相关技术。
由上述实施例可知，根据发射机不理想参数的估计值和发送信号中的训练序列信号确定修正信号，并根据该修正信号确定接收信号的相位噪声，因此考虑了发射机不理想对相位噪声的影响，能够准确的估计相位噪声，从而，能够有效的进行相位噪声的补偿，保证了系统的传输效率和性能。
实施例2
本发明实施例还提供一种接收机，该接收机包括根据实施例1所述的相位噪声补偿装置，该相位噪声补偿装置的具体结构和功能可以参考实施例1的记载，此处不再赘述。
图5是本发明实施例2的接收机的系统构成的一示意框图。如图5所示，接收机500包括：均衡单元501、频偏补偿单元502、相位噪声补偿单元503、发射机不理想补偿单元504、第一确定单元505、第二确定单元506、第三确定单元507以及误码率计算单元508。
在本实施例中，均衡单元501、频偏补偿单元502、发射机不理想补偿单元504以及误码率计算单元508的具体结构和功能可以参考现有技术。
在本实施例中，相位噪声补偿单元503、第一确定单元505、第二确定单元506、第三确定单元507的具体结构和功能可以参考实施例1中的记载。
如图5所示，接收信号经过均衡单元501、频偏补偿单元502的处理后，经由相位噪声补偿单元503补偿相位噪声以及发射机不理想补偿单元504补偿了发射机不理想后，经由误码率计算单元508后输出，其中，第一确定单元505基于发射机不理想补偿单元504确定发射机不理想参数的估计值，第二确定单元506确定修正信号，第三确定单元507根据该修正信号确定相位噪声并用于相位噪声补偿单元503进行相位噪声的补偿。
在本实施例中，相位噪声补偿单元503、第一确定单元505、第二确定单元506、第三确定单元507的功能可以由接收机的处理器执行，例如，由接收机的数字信号处理器(DSP)执行。
由上述实施例可知，根据发射机不理想参数的估计值和发送信号中的训练序列信号确定修正信号，并根据该修正信号确定接收信号的相位噪声，因此考虑了发射机不理想对相位噪声的影响，能够准确的估计相位噪声，从而，能够有效的进行相位噪声的补偿，保证了系统的传输效率和性能。
实施例3
本发明实施例还提供一种相位噪声补偿方法，其对应于实施例1的相位噪声补偿装置。
图6是本发明实施例3的相位噪声补偿方法的一示意图。如图6所示，该方法包括：
步骤601：根据接收信号确定发射机不理想参数的估计值；
步骤602：根据该发射机不理想参数的估计值和插入到发射机的发送信号中的训练序列信号，确定修正信号；
步骤603：根据该修正信号确定该接收信号的相位噪声；以及
步骤604：根据该接收信号的相位噪声，对该接收信号进行相位噪声补偿。
图7是本发明实施例3的相位噪声补偿方法的另一示意图。如图7所示，该方法包括：
步骤701：判断当前时刻是否为训练序列信号所在的时刻，当判断结果为“是”时，进入步骤702，当判断结果为“否”时，进入下一时刻；
步骤702：根据接收信号确定发射机不理想参数的估计值；
步骤703：根据该发射机不理想参数的估计值和插入到发射机的发送信号中的训练序列信号，确定与训练序列信号对应的修正信号；
步骤704：根据该时刻的接收信号和与训练序列信号对应的修正信号，确定与该训练序列信号对应的相位噪声；
步骤705：对所述与该训练序列信号对应的相位噪声进行插值处理，获得所有时刻的接收信号的相位噪声；
步骤706：根据所有时刻的接收信号的相位噪声，对接收信号进行相位噪声补偿。
由上述实施例可知，根据发射机不理想参数的估计值和发送信号中的训练序列信号确定修正信号，并根据该修正信号确定接收信号的相位噪声，因此考虑了发射机不理想对相位噪声的影响，能够准确的估计相位噪声，从而，能够有效的进行相位噪声的补偿，保证了系统的传输效率和性能。
本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在相位噪声补偿装置或接收机中执行所述程序时，所述程序使得计算机在所述相位噪声补偿装置或接收机中执行实施例3所述的相位噪声补偿方法。
本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可读程序使得计算机在相位噪声补偿装置或接收机中执行实施例3所述的相位噪声补偿方法。
结合本发明实施例描述的在相位噪声补偿装置或接收机中执行损伤监测方法可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或二者组合。例如，图1中所示的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合，既可以对应于计算机程序流程的各个软件模块，亦可以对应于各个硬件模块。这些软件模块，可以分别对应于图6所示的各个步骤。这些硬件模块例如可利用现场可编程门阵列(FPGA)将这些软件模块固化而实现。
软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域已知的任何其它形式的存储介质。可以将一种存储介质耦接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息；或者该存储介质可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该软件模块可以存储在移动终端的存储器中，也可以存储在可插入移动终端的存储卡中。例如，若设备(例如移动终端)采用的是较大容量的MEGA-SIM卡或者大容量的闪存装置，则该软件模块可存储在该MEGA-SIM卡或者大容量的闪存装置中。
针对图1描述的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合，可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑器件、分立硬件组件、或者其任意适当组合。针对图1描述的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合，还可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP通信结合的一个或多个微处理器或者任何其它这种配置。
以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种相位噪声补偿装置，所述装置包括：
第一确定单元，其用于根据接收信号确定发射机不理想参数的估计值；
第二确定单元，其用于根据所述发射机不理想参数的估计值和插入到发射机的发送信号中的训练序列信号，确定修正信号；
第三确定单元，其用于根据所述修正信号确定所述接收信号的相位噪声；以及
补偿单元，其用于根据所述接收信号的相位噪声，对所述接收信号进行相位噪声补偿，
所述第三确定单元包括：
第四确定单元，其用于根据处于所述训练序列信号所在时刻的所述接收信号和与所述训练序列信号对应的所述修正信号，确定与所述训练序列信号对应的相位噪声；以及
插值单元，其用于对所述与所述训练序列信号对应的相位噪声进行插值处理，获得所有时刻的接收信号的相位噪声。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述第四确定单元包括：
第一计算单元，其用于将与所述训练序列信号对应的所述修正信号取共轭操作后与处于所述训练序列信号所在时刻的所述接收信号相乘；以及
第二计算单元，其用于对所述相乘的结果取角度，获得所述与所述训练序列信号对应的相位噪声。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，
所述第二确定单元确定对应于多个训练序列信号的多个修正信号，
所述第一计算单元将所述多个修正信号取共轭操作后分别与处于所述多个训练序列信号所在时刻的所述接收信号相乘，获得多个相乘结果，
所述第二计算单元将所述多个相乘结果取平均，并对取平均后的相乘结果取角度，获得所述与所述训练序列信号对应的相位噪声。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述发射机不理想参数的估计值包括：发射机I路和Q路的幅度不平衡、相位不平衡以及发射机直流偏置量的估计值中的至少一个。
5.一种接收机，所述接收机包括根据权利要求1-4中的任一项所述的装置。
6.一种相位噪声补偿方法，所述方法包括：
根据接收信号确定发射机不理想参数的估计值；
根据所述发射机不理想参数的估计值和插入到发射机的发送信号中的训练序列信号，确定修正信号；
根据所述修正信号确定所述接收信号的相位噪声；以及
根据所述接收信号的相位噪声，对所述接收信号进行相位噪声补偿，
其中，
所述根据所述修正信号确定所述接收信号的相位噪声，包括：
根据处于所述训练序列信号所在时刻的所述接收信号和与所述训练序列信号对应的所述修正信号，确定与所述训练序列信号对应的相位噪声；以及
对所述与所述训练序列信号对应的相位噪声进行插值处理，获得所有时刻的接收信号的相位噪声。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，
所述根据处于所述训练序列信号所在时刻的所述接收信号和与所述训练序列信号对应的所述修正信号，确定与所述训练序列信号对应的相位噪声，包括：
将与所述训练序列信号对应的所述修正信号取共轭操作后与处于所述训练序列信号所在时刻的所述接收信号相乘；以及
对所述相乘的结果取角度，获得所述与所述训练序列信号对应的相位噪声。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，
确定对应于多个训练序列信号的多个修正信号，
将所述多个修正信号取共轭操作后分别与处于所述多个训练序列信号所在时刻的所述接收信号相乘，获得多个相乘结果，
将所述多个相乘结果取平均，并对取平均后的相乘结果取角度，获得所述与所述训练序列信号对应的相位噪声。
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