[发明专利]基于载波周期性的大频偏范围载波恢复方法

说明书

一种基于载波周期性的大频偏范围载波恢复方法，通过将接收到的微波信号通过初始混频操作来将载波频偏降低至中频段，再通过直接载波周期估计法进行迭代操作，获取粗频率恢复的频偏值，然后将信号通过包络检测法以进行频率精确恢复，包络检测法同时也能通过计算峰值点出现的位置相对于整个时间窗口的位置来获得载波相位，从而完成了对信号的载波频率及相位的恢复。同时，为了降低计算复杂度，载波频率及相位恢复的过程基于降采样操作实现。本发明具有大频偏恢复范围，频率偏移较大时，也可成功恢复出载波；本发明适用于任意调制格式；本发明基于具备正反馈特性迭代环路，实现更高的频率恢复精度且迭代的复杂度低。

技术领域

本发明涉及的是一种光通信领域的技术，具体涉及一种用于微波光子系统及相干光通信传输系统的基于载波周期性的大频偏范围载波恢复方法。

背景技术

相干光通信传输系统和基于光外差式拍频的微波光子系统在光通信领域有广阔的应用场景。这两种系统的共同特点是信号光与本振光由两台独立的窄线宽激光器产生，由于实际商用的激光器的频率存在最高±2.5GHz的偏差，这意味着两台激光器拍频产生的射频信号存在最高±5GHz的频率偏差。因此，大频偏范围下的载波频率及相位恢复算法在这两种光通信系统的实际应用中必不可少。

现有的载波恢复算法包括用于单载波调制格式的M次方算法、锁相环、频率盲扫描算法、自相干探测技术、基于导符号的算法、基于导频的算法等。基于导频的算法又可分为基于快速傅里叶变换的频域处理法、基于保护频带的载波滤波法和无保护频带的载波滤波法。除了这些单元算法，还有根据单元算法优缺点进行结合的混合载波恢复算法，以实现更高的性能。

发明内容

本发明针对上述现有技术的缺陷，提出了一种基于载波周期性的大频偏范围载波恢复方法，通过对信号进行分析来重构载波分量。基本原理是基于包含载波分量的微波信号呈现出一种与均值电平进行周期性交叉的现象，提出直接载波周期估计法，即检测交叉的周期T，则残余频偏Δf＝1/(2T)。基于直接载波周期估计法，并结合载波频偏符号识别、包络检测、计算复杂度降低等方案，本发明可以实现-Fs/2～+Fs/2的频偏恢复范围、1/T_f的频偏恢复精度，其中Fs是数字信号的采样频率，T_f是信号帧持续时间。同时该算法具有调制码型无关特性。该算法可以实现基于两台独立激光器拍频产生的射频信号的载波频率及相位恢复。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于载波周期性的大频偏范围载波恢复方法，包括粗频率恢复、细频率恢复及相位恢复，具体为：先将接收到的微波信号通过初始混频操作来将载波频偏降低至中频段，再通过直接载波周期估计法进行迭代操作，获取粗频率恢复的频偏值，然后将信号通过包络检测法以进行频率精确恢复，包络检测法同时也能通过计算峰值点出现的位置相对于整个时间窗口的位置来获得载波相位，从而完成了对信号的载波频率及相位的恢复。同时，为了降低计算复杂度，载波频率及相位恢复的过程基于降采样操作实现。

所述的初始混频操作，是将接收到的微波信号与默认载波频率进行混频后经过低通滤波器，使得经过此处理后信号的载波频率减小，从而测量载波周期的精度提高。

所述的直接载波周期估计法，是指在系统中保留信号光的载波分量作为导频，从而接收到的微波信号包含载波分量而呈现出周期性，此周期与载波周期相同，因此可以直接测量微波信号波形的周期来确定载波周期。在采样频率有限的数字系统中实现时，需迭代直接载波周期估计法来降低时域波形观测精度造成的测量误差。

所述的包络检测法，是在粗频率恢复后，此时残余载波频偏已远小于基带信号波特率，而呈现出基带信号被残余载波调制的状态，即载波分量成为基带信号的包络，此时包络检测才能有效恢复残余载波频偏即载波相位。

所述的计算复杂度降低技术是根据残余载波频偏的大小进行不同倍率的降采样操作。当残余载波频偏接近采样频率的一半时，不需要降采样操作；当残余载波频偏小于采样频率的一半时，依据其比例进行相应倍率的降采样操作。