[发明专利]一种适用于QAM调制的载波相位纠偏方法

说明书

技术领域

本发明涉及QAM调制解调技术，具体涉及采用16-QAM调制方式时接收端数据的载波相位纠偏方法。

背景技术

QAM(Quadrature Amplitude Modulation)正交振幅调制是数字信号的一种调制方式，在调制过程中，同时以载波信号的幅度和相位来代表不同的数字比特编码，把多进制与正交载波技术结合起来，进一步提高频带的利用率。

载波相位恢复是相干光通信中的一个技术难点，由于目前光锁相环并未实用，通过数字处理方法进行补偿是相对可行的方法。相位估计(PE phase estimation)算法近年来有较多的研究，其主要目的就是放宽对激光器的线宽要求，容忍相位噪声，使目前可商用的激光器能用于高阶调制(如16-QAM)，同时降低DSP处理的复杂性。

VVPE算法(Viterbi and Viterbi Phase Estimate)是一种常用的载波相位估计算法，最早于1983年由A.J.Viterbi和A.M.Viterbi提出，并应用于M-PSK编码的相位估计中。以QPSK为例(如图1所示)，4个星座点角度位于θ＝π/4+k×π/2(k＝0、1、2、3)，用极坐标可表示为γe^jθ。若对这些点的坐标取4次方，结果为γ⁴e^j4×θ，幅值大小都为γ⁴，幅角4×θ对应到π+k×2π(k＝0、1、2、3)，因此都落到x负半轴上的一点。实际传输中，由于种种干扰(激光器噪声、线路扰动)，在某一时刻，所接收到的信号的相位有较大偏差，星座图相对于期望的分布整体偏转了α度，即θ’＝θ+α，则4次方后各点对应的幅角大致分布在角度π+4α，如图2所示。通过对所有点坐标4次方后的幅角进行统计平均，可以求出π+4α进而估算出相位偏差α，对原始信号乘以e^-jα即可完成相位纠偏。基于VVPE的思想，还发展出针对M-PSK的M-th Power相位纠偏算法，差别在于将接收到的相位进行M次方再估算α。

然而，VVPE算法并不能直接用于QAM调制，因为QAM有部分星座点的相位并不是π/4的整数倍，相位θ乘以4倍后不能都对齐到同一个角度。如图5所示，16-QAM的信号在4次方后自然分区，各class的点沿不同的对称轴对称分布，不同于QPSK 4次方后只沿π轴对称分布。另一个问题是VVPE算法针对MPSK编码，只选取4个角上的点，其满足θ＝π/4+k×π/2(k＝0、1、2、3)，对于16-QAM则只有1/4的点被选取用于相位估计，个数较少时会有较大偏差。因此，VVPE算法不能直接应用于16-QAM，目前，对于精度要求较高的场合，一般采用Mth-Power算法，可是，Mth-Power算法的运算量和对硬件的依赖程度非常高。因此需要一种计算复杂性较低的适用于16-QAM的载波相位纠偏算法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何减小16-QAM载波相位纠偏的误差，并降低计算的复杂性。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种16-QAM载波相位纠偏方法，包括以下步骤：

A10、对接收信号集S0中的所有信号S0j的原始坐标取四次方后组成信号集S1；

A20、计算信号集S1中与class1上各点对应的接收信号的纠偏角度θ1，θ1-π作为第一纠偏角度，并按θ1-π对S1中的各接收信号进行偏转后得到信号集S2；具体步骤为，计算获得与class2和class3上各点对应的接收信号在4次方后最大幅值R2，按Rj＞R2筛选出部分信号按VVPE算法计算获得平均幅角θ1，θ1-π作为第一纠偏角度。按θ1-π对信号集S1偏转后得到信号集S2；

A30、计算第二纠偏角度β，该步骤包括以下步骤：

A301、计算获得与class1上各点对应的接收信号在4次方后的实域的最小幅值作为选定阈值limit；

A302、按照Rcosθ＜limit、Rcosθ＞limit且Rsinθ＞0、Rcosθ＞limit且Rsinθ＜0将信号集S2中的各接收信号划分到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个区，统计信号集S2中落入各区的接收信号的个数；

A303、对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区内的各接收信号分别按π、4×atan(1/3)和-4×atan(1/3)三个角度进行最大似然拟合，获得信号集S2中各接收信号相对三个角度集体偏转的角度β，作为第二纠偏角度；

A40、对信号集S0中的所有接收信号校正(θ1-π+β)/4角度。