[发明专利]用于相位和振荡器频率估计的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于估计相位调制信号的相位的方法，一种用于估计相位调制信号的本地振荡器频率偏移信号的方法，和一种用于处理所接收的相位调制信号的接收器，所述接收器具有相位估计器和振荡器频率估计器。

背景技术

在相干光传输系统中，本地振荡器频率和相位偏移给系统带来严重损耗。Intradyne，即相位差相干接收器需要对数据序列与本地振荡器之间的载波相位偏移和载波频率偏移进行数字估计和补偿。

通常，对LOFO(本地振荡器频率偏移)的估计是在载波恢复阶段中通过差分Viterbi&Viterbi(V&V)算法做，其中使用平均滤波器、M次方计算、角度计算和相位斜度检测来估计载波相位增量。类似地，可通过V&V算法使用不同参数求平均值来估计载波相位。

如果LOFO接近零，则载波相位恢复得到大幅改善，其需要先前的LOFO估计阶段和对光前端中的本地振荡器(LO)的控制或数字LOFO补偿。如果LOFO未得到补偿，则可能出现严重的性能损耗，如图17中所描绘，图17说明由于本地振荡器频率偏移而引起的40G DQPSK传输的损耗。所述图是在各种软差分(SD)方案下的来自40G DQPSK模拟系统的本地振荡器频率偏移(LOFO)的误码率(BER)损耗。应注意，在此情况下，不需要相位恢复。对于500MHz LOFO的实例且还对于未在此图中描绘的LOFO的其它示范性值，所有性能与参考曲线1705相比有所损耗，参考曲线1705是在没有LOFO的情况下的硬差分解码以供参考。这证明使用差分解调而非专用的载波相位恢复的任何方案均遭受较大LOFO的影响，所述LOFO应在此阶段之前进行补偿。现列出以下方案：标准软差分(SD)解调1701、MSPE(多符号相位估计)1702、非冗余误差检测(NEC)1703和改善的NEC(INEC)1704。

因此，全数字相干接收器需要本地振荡器频率偏移补偿。其后，一些系统甚至可能需要载波相位偏移补偿。在这两种情况下，都需要载波相位估计。在第一种情况下，仅需要估计相位(＝频率)的增量，在第二种情况下，需要估计相位自身。均衡之后的所接收的信号可通过将映射到星座点的随机数据模式叠加到由相位失真削弱的基本传输脉冲来描述。为估计相位失真，应移除由π/2的整数倍组成的调制。此可根据V&V算法由M次方运算来执行。然而，V&V算法在4次方运算的情况下实施起来较复杂，即有两个复数乘法：通过使用若干加法进行的平均和通过使用查找表进行的角度计算。

发明内容

本发明的目的是提供低复杂性载波相位估计以及低复杂性本地振荡器频率偏移估计的概念。

此目的由独立权利要求项的特征实现。从附属权利要求项、描述和图式中容易明白其它实施方式。

本发明是基于以下发现：对于从调制信号计算相位参考，不需要乘法，仅需要逻辑加法和实数加法的计算有效实施方案是可行的，所带来的性能损耗微乎其微。进一步的发现是，表现为相位斜度的通过梯度检测方法进行的对本地振荡器频率偏移的估计对于失真和噪声非常敏感，其中频域中的估计相对于失真和噪声要稳健得多。而且，典型的2π相位矛盾性需要在检测相位斜度梯度之前解开，这在存在失真和噪声的情况下容易出错。

为了详细描述本发明，将使用以下术语、缩写和符号：

PDM：偏振复用

(D)QPSK：(差分)四相相移键控，(差分)

         正交相移键控

CD：色散

PMD：偏振模色散

PLL：锁相环

FD：频域

TD：时域

FFT：快速傅里叶变换

IFFT：反向快速傅里叶变换

DFT：离散傅里叶变换

DSP：数字信号处理

ADC：模/数转换器

FIR：有限脉冲响应

LO：本地振荡器

FO：频率偏移

TR：时钟恢复

PMD：偏振模色散

sps：每符号采样

FFW：前馈

FB：反馈

SOP：偏振状态

PDL：偏振相关损耗

DGD：差分群延时

FEC：前向纠错

BER：误码率

CPE：载波相位估计

I：同相

Q：正交

MIMO：多入多出

OSNR：光信噪比

WDM：波分复用