CN110943950B - 一种基于幅度放大和相位旋转的fft频偏估计方法 - Google Patents

一种基于幅度放大和相位旋转的fft频偏估计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110943950B
CN110943950B CN201911173245.3A CN201911173245A CN110943950B CN 110943950 B CN110943950 B CN 110943950B CN 201911173245 A CN201911173245 A CN 201911173245A CN 110943950 B CN110943950 B CN 110943950B
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency offset
data
offset estimation
amplitude
fft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911173245.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110943950A (zh
Inventor
杨爱英
谭庆照
郭芃
卢继华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201911173245.3A priority Critical patent/CN110943950B/zh
Publication of CN110943950A publication Critical patent/CN110943950A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110943950B publication Critical patent/CN110943950B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/0014—Carrier regulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0048—Allocation of pilot signals, i.e. of signals known to the receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/0014—Carrier regulation
    • H04L2027/0024—Carrier regulation at the receiver end
    • H04L2027/0026—Correction of carrier offset

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法，属于光通信技术领域。包括步骤一：得到离线待测信号；步骤二：进行幅度均值归一化处理；步骤三：对归一化处理后数据进行四次方处理；步骤四：利用评价因子γ判断信号是否能直接进行频偏估计；步骤五：利用幅度放大和相位旋转提高评价因子γ的值。步骤六：利用FFT得到频偏值。所述方法通过幅度放大和相位旋转的方式，可以提高傅里叶变换后的峰值幅度，从而更容易找到峰值。使得在频偏测量过程中对自发辐射噪声和相位噪声都有更好的鲁棒性；提出评价因子γ可判断各种调制格式是否可以直接利用FFT进行频偏估计，在不能直接利用情况下，可通过幅度放大和相位旋转的方式提高γ值以满足条件。

Description

一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法
技术领域
本发明涉及一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法，属于相干光通信及频偏估计技术领域。
技术背景
相干光通信领域中，频偏估计是关键技术之一，越来越多的频偏估计方案被提出。目前比较成熟的方案有时域基于差分频偏估计方法和频域基于FFT的频偏估计方法。然而在现有的频偏估计方法中，时域差分频偏估计方法适用于对M-PSK信号的频偏估计。虽然通过分区旋转的方案应用于高阶QAM信号的频偏估计，但对自发辐射噪声或者相位噪声的鲁棒性较差。
基于FFT的频偏估计方法的复杂度较高，为保证能在接收端进行数据的实时处理，频偏估计时采用数据点的长度通常为512。此时虽然能实现对QPSK和8/16/64QAM等矩形分布信号的频偏估计。但对诸如32-QAM、128QAM等星座点非矩形分布的信号，基于FFT的频偏估计方案不能直接应用。
针对非矩形分布信号存在的问题，本发明致力于提出基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方案，实现对32-QAM等星座点非矩形分布信号的频偏估计。该方案对于自发辐射噪声或者相位噪声有较好的鲁棒性，并提出了评价因子γ来判断各种调制格式的信号是否能利用FFT进行频偏估计。
发明内容
本发明的目的是为解决现有频偏估计方案不能实现对32-QAM等非矩形分布信号的频偏估计，提出一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法。
本发明的核心思想是：基于信号在傅里叶变换后峰值幅度受到信号的调制幅度和调制相位的影响，提出通过幅度放大和相位旋转的方式提高其峰值的幅度，从而提高信号对自发辐射噪声和相位噪声的鲁棒性。经上述处理的信号进行傅里叶变换后，峰值更容易检测，从而得到峰值位置对应的频偏值，实现频偏估计。
所述基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法，包括以下步骤：
步骤一：得到离线待测信号，在相干通信接收端，当待测信号经过模数转换、色散补偿、时钟恢复以及偏振模色散补偿后，得到待测信号，通过公式(1)表示：
Figure BDA0002289296170000021
其中，Sn为待测信号，n为数据序号，N表示数据的长度，
Figure BDA0002289296170000022
表示调制信号，An调制幅度,an调制相位，Δf表示频偏，Ts表示码元采样间隔，θn是由激光器线宽引起的相位噪声；
步骤二：对待测信号进行幅度均值归一化处理，得到归一化处理后数据S′n，通过公式(2)表示：
Figure BDA0002289296170000023
步骤三：对归一化处理后数据进行四次方处理，得到四次方处理后数据
Figure BDA0002289296170000024
具体通过公式(3)表示：
Figure BDA0002289296170000025
步骤四：利用评价因子γ判断信号是否能直接进行频偏估计，即在四次方运算后，通过公式(4)计算评价因子γ；
Figure BDA0002289296170000026
评价因子γ用来判断信号是否能直接利用FFT进行频偏估计；
步骤五：判断γ值较低无法直接利用FFT进行频偏估计时，需提高评价因子γ，得到处理后数据，具体为：
首先，将经步骤三得到的四次方处理后数据置于平面直角坐标系中，可以发现数据点分布Y轴的两侧；将分布数据点较少一侧通过设定幅值的区间提取出来，得到提取出的星座点；
其次，考虑到提取出的星座点的幅值存在差异性，将幅值较小的数据进行幅值放大，因此，提取出的星座点包括放大后数据点和未放大的数据点；
其中，放大倍数大于等于2倍；
第三，将放大后数据点和未放大的数据点都进行相位旋转处理，得到处理后数据，使其评价因子γ值变大；
步骤六：将处理后数据和其他幅度未经处理的数据利用FFT进行频偏测量，具体通过公式(5)表示：
Figure BDA0002289296170000031
其中，其他幅度未经处理的数据即步骤三得到的四次方处理后数据除去“提取出的星座点”以外的数据；式(5)中
Figure BDA0002289296170000032
为归一化频率，其范围为[-1/2Ts,-1/2Ts]，公式(5)左边Δf即为频偏估计值；
至此，完成了基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法。
有益效果
本发明一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法，与现有频偏估计方法相比，具有如下有益效果：
1.本发明提出的方法与现有频偏估计方法相比，对自发辐射噪声和相位噪声都有更好的鲁棒性；
2.幅度放大和相位旋转的方式，可以提高傅里叶变换后的峰值幅度，从而更容易找到峰值；
3.本发明提出的评价因子γ可以判断各种调制格式是否可以直接利用FFT进行频偏估计，在不能直接利用FFT进行频偏估计时，可通过幅度放大和相位旋转的方式提高γ值以满足条件；
4.本发明可与现代相干光通信接收端DSP相结合，在接收端的DSP部分进行数据的实时处理，具有极大的应用潜力。
附图说明
图1为本发明一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法及实施例的流程图；
图2为本发明一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法实施例中的***示意图；
图3为本发明一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法实施例中32-QAM信号的星座图和信号四次方运算后的星座点；
图4为本发明一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法实施例中的结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法进行详细说明。
实施例1
本实例叙述了本发明一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法具体实施。
***如附图2所示，产生了28Gbaud的32-QAM信号，激光器的线宽被设置为100kHz。PRBS的长度为230-1。Set OSNR模块用于控制待测信号的光信噪比。
对接收到数据按照附图1所示的步骤，具体为：
步骤A:在相干通信接收端,当待测信号经过模数转换后，得到离线数据先进行色散补偿、时钟恢复以及偏振模色散补偿；
步骤B:对待测信号进行幅度均值归一化处理，得到如附图3(a)所示的星座点；
步骤C：对归一化处理后数据进行四次方处理，得到如附图3(b)所示的星座点；
步骤D：计算四次方运算后数据的γ值，可得到此时的γ值为14.50％，难以直接进行频偏估计；
步骤E：分析附图3(b)星座点分布，可以发现C2和C4圈的数据位于Y轴的右侧；利用幅度值选择出幅度范围在0.1～0.32的C2圈数据和幅度范围在1.6～2.6的C4圈数据；由于C2圈数据幅值较低，首先将C2圈数据进行幅度放大至2.11，并将放大后的C2圈和C4圈的数据旋转180度；计算此时γ值为70.29％；
步骤F：将处理后的数据代入公式(5)进行求解得到频偏值，并利用计算得到的频偏值补偿频偏并计算数据的误码率(BER)，结果在附图4中展示。从结果中可以发现，传统的FFT频偏估计方法，即使进行处理的数据长度达到1024时，补偿频偏后的误码率都在20％的软判决纠错编码(SD-FEC)门限以上；而经过本发明处理数据后，即使进行处理的数据的长度为512，OSNR在22dB时的误码率都在SD-FEC门限以下，这说明基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法可以有效的实现对非矩形分布信号进行频偏估计。
以上所述的实施例为本发明一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。该实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：在相干通信接收端，当待测信号经过模数转换、色散补偿、时钟恢复以及偏振模色散补偿后，得到待测信号；
通过公式(1)表示：
Figure FDA0002663426910000011
其中，Sn为待测信号，n为数据序号，N表示数据的长度，
Figure FDA0002663426910000017
表示调制信号，An调制幅度,an调制相位，Δf表示频偏，Ts表示码元采样间隔，θn是由激光器线宽引起的相位噪声；
步骤二：对待测信号进行幅度均值归一化处理，得到归一化处理后数据S′n，通过公式(2)表示：
Figure FDA0002663426910000013
步骤三：对归一化处理后数据进行四次方处理，得到四次方处理后数据
Figure FDA0002663426910000014
具体通过公式(3)表示：
Figure FDA0002663426910000015
步骤四：利用评价因子γ判断信号是否能直接进行频偏估计，即在四次方运算后，计算评价因子γ；
其中，评价因子γ通过公式(4)表示：
Figure FDA0002663426910000016
评价因子γ用来判断信号是否能直接利用FFT进行频偏估计；
步骤五：判断γ值较低无法直接利用FFT进行频偏估计时，需提高评价因子γ，得到处理后数据，具体为：
首先，将经步骤三得到的四次方处理后数据置于平面直角坐标系中，可以发现数据点分布Y轴的两侧；将分布数据点较少一侧通过设定幅值的区间提取出来，得到提取出的星座点；
其次，考虑到提取出的星座点的幅值存在差异性，将幅值小的数据进行幅值放大，因此，提取出的星座点包括放大后数据点和未放大的数据点；
第三，将放大后数据点和未放大的数据点都进行相位旋转处理，得到处理后数据，使其评价因子γ值变大；
步骤六：将处理后数据和其他幅度未经处理的数据利用FFT进行频偏测量，具体通过公式(5)表示：
Figure FDA0002663426910000021
其中，其他幅度未经处理的数据即步骤三得到的四次方处理后数据除去提取出的星座点以外的数据；式(5)中
Figure FDA0002663426910000022
为归一化频率，公式(5)左边Δfest即为频偏估计值；
至此，完成了基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法。
2.根据权利要求1所述的一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法，其特征在于：步骤五的其次中幅度放大倍数大于等于2倍。
3.根据权利要求1所述的一种基于幅度放大和相位旋转的FFT频偏估计方法，其特征在于：式(5)中
Figure FDA0002663426910000023
的范围为[-1/2Ts,1/2Ts]。
CN201911173245.3A 2019-11-26 2019-11-26 一种基于幅度放大和相位旋转的fft频偏估计方法 Active CN110943950B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911173245.3A CN110943950B (zh) 2019-11-26 2019-11-26 一种基于幅度放大和相位旋转的fft频偏估计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911173245.3A CN110943950B (zh) 2019-11-26 2019-11-26 一种基于幅度放大和相位旋转的fft频偏估计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110943950A CN110943950A (zh) 2020-03-31
CN110943950B true CN110943950B (zh) 2020-11-06

Family

ID=69908109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911173245.3A Active CN110943950B (zh) 2019-11-26 2019-11-26 一种基于幅度放大和相位旋转的fft频偏估计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110943950B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113114377B (zh) * 2021-03-05 2022-03-04 北京遥测技术研究所 一种用于空间相干激光通信的qpsk信号频偏估计方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1972137A (zh) * 2006-10-25 2007-05-30 北京北方烽火科技有限公司 一种用于wcdma的接收信号频偏估计与补偿方法
CN102195905A (zh) * 2011-03-31 2011-09-21 重庆重邮信科通信技术有限公司 一种频偏估计方法及装置
CN106027454A (zh) * 2016-04-02 2016-10-12 上海大学 基于频率补偿的qam信号的频偏估计方法
CN106101044A (zh) * 2016-06-01 2016-11-09 中国电力科学研究院 一种用于相干光通信***的基于多步插值的频偏估计方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004086710A1 (en) * 2003-03-28 2004-10-07 Intel Corporation System and method for two channel frequency offset estimation of ofdm signals
CN107395287B (zh) * 2016-05-16 2019-12-13 深圳市中兴微电子技术有限公司 一种频偏估计方法和装置
CN109347776B (zh) * 2018-11-26 2020-06-16 北京理工大学 一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1972137A (zh) * 2006-10-25 2007-05-30 北京北方烽火科技有限公司 一种用于wcdma的接收信号频偏估计与补偿方法
CN102195905A (zh) * 2011-03-31 2011-09-21 重庆重邮信科通信技术有限公司 一种频偏估计方法及装置
CN106027454A (zh) * 2016-04-02 2016-10-12 上海大学 基于频率补偿的qam信号的频偏估计方法
CN106101044A (zh) * 2016-06-01 2016-11-09 中国电力科学研究院 一种用于相干光通信***的基于多步插值的频偏估计方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Feed-forward frequency offset estimation for 32-QAM optical coherent detection;F. Xiao et al.;《OPTICS EXPRESS》;20170417;第25卷(第8期);8828-8839 *
相干检测MSK信号的载波频偏估计和相位估计算法研究;颜利宏;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20190115(第01期);I136-502 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110943950A (zh) 2020-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Algorithms for blind separation and estimation of transmitter and receiver IQ imbalances
CN109361471B (zh) 一种基于幅度偏差分析的光通信信号调制格式识别方法
CN108847895B (zh) 一种适用于C-mQAM相干光通信***的盲相位噪声补偿方法
CN109347776B (zh) 一种差分相位幅度比的光通信信号调制格式识别方法
WO2016173324A1 (zh) 一种光信噪比监测的方法及装置
TWI423628B (zh) 偵測載波頻率飄移方法以及接收器
CN110943950B (zh) 一种基于幅度放大和相位旋转的fft频偏估计方法
JP2010016827A (ja) 位相再生における平均化長を最適化する方法および装置
US9154226B2 (en) Optical signal quality monitoring method and apparatus using a software-based synchronized amplitude histogram
CN111935056A (zh) 一种信号解调方法及相关装置
Bo et al. DC component recovery in Kramers-Kronig receiver utilizing AC-coupled photo-detector
CN109587091B (zh) 基于逻辑回归算法的相干光通信***调制格式识别方法
KR100901984B1 (ko) 위상 천이 보상 기법을 이용한 잔류 주파수 옵셋 보상 장치
JP2015220627A (ja) 光送信器および線形性調整方法
CN109246044A (zh) 用于32进制正交振幅调制信号的频偏估计方法及***
CN111313974A (zh) 一种信号幅度排序与比值计算的调制格式识别方法
JP2015204573A (ja) 通信システム、受信装置および半導体装置
WO2023159886A1 (zh) 一种概率整形qam动态均衡及数字信号处理方法
Liu et al. Low-complexity frequency offset estimation for probabilistically shaped MQAM coherent optical systems
Zibar et al. Bayesian filtering for phase noise characterization and carrier synchronization of up to 192 Gb/s PDM 64-QAM
CN114531328B (zh) 一种基于信号包络平坦度的调制格式识别方法
KR100960344B1 (ko) 수신된 신호들의 신호 크기, 잡음 전력 및 신호 대 잡음비의 추정 방법
CN113285762B (zh) 一种基于相对熵计算的调制格式识别方法
Fan et al. Deep learning assisted pre-carrier phase recovery EVM estimation for coherent transmission systems
Lu et al. Low-complexity carrier phase estimation for M-ary QAM based on blind phase search using simplified measurement

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20200331

Assignee: Hengshui Hanwang Electronic Technology Co.,Ltd.

Assignor: BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022990000971

Denomination of invention: A FFT Frequency Offset Estimation Method Based on Amplitude Amplification and Phase Rotation

Granted publication date: 20201106

License type: Exclusive License

Record date: 20221201