[发明专利]一种基于平滑跟踪的载波频率纠偏方法

说明书

技术领域

本发明涉及调制解调技术领域，具体来讲是一种基于平滑跟踪的载波频率纠偏方法。

背景技术

载波频率的同步是相干通信中的重要环节，其目的是同步信号和本振频率间的频率差，最终准确恢复接收信号的相位信息。在相干光通信领域，大多采用数字处理方法进行频率补偿，即在接收端通过数字处理对各种偏差进行估计和补偿，而不再调节光源波长。为提高频谱效率、简化信号处理，光通信中的频率同步较多采用盲估计，即根据接收数据本身相位的统计特征估算出频率差。

数字化的频率盲估计方法多基于相位差分法，或者频域分析提取频率差的方法：相位差分法是利用相邻连续码元的相位差估计载波频偏；频域分析提取频率差的方法，是对大量接收信号进行频域分析进而估算出频率差。目前，相位差分法或频域分析方法已成功用于M-PSK(M-phase-shift keying，相移键控)调制格式，却由于QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制)信号具有不规则的幅度和相位分布，上述方法都不能直接适用于QAM信号的频差盲估计。因此，需要寻找一种适用于各种调制格式的频差纠偏方法，对于高阶调制的应用非常重要。基于频域分析提取频率差的方法主要对接收数据进行FFT计算，具有较大的动态估计范围和较高估计精度。但FFT方法只能得到频率差的绝对值，并无法确定频率差的正负号，确定符号往往需要花费较大的计算量。另一方面，得出频率偏差后，必须对接收数据进行频率校正才能进行后续的相位估计。因此，上述纠偏环节中都需要大量乘法运算，无疑会占用大量硬件资源。

在实际接收系统中，为保证频率估计的连续稳定性，通常需要对获取的频率偏差进行平滑以消除抖动，然后再对接收数据进行频率纠偏，这种平滑跟踪的过程需要与上述频域估计方法结合起来持续跟踪频率的长期大范围的变化。

因此，需要找到一种能适用于各种调制格式的频域纠偏方法，通过减少判断频率差符号的乘法运算量，同时在平滑跟踪过程中合并频率预纠偏和后续的纠偏方法。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于平滑跟踪的载波频率纠偏方法，适用于各类调制格式，尤其是高阶调制格式的载波频率纠偏，能够估算出实际频率差、减少判断频率差符号的计算量，在保证对频差的持续大范围跟踪的同时，大幅减少乘法运算。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种基于平滑跟踪的载波频率纠偏方法，包括如下步骤：S1.从预纠偏频率队列中按从小到大的顺序选取多个预纠偏频率，对顺序接收到的信号序列按固定个数分组得到集合，每组信号对应一个预纠偏频率进行频率预纠偏，得到与各个预纠偏频率对应的多个预纠偏信号集合；S2.对每个预纠偏信号集合中的所有信号求相位角，再对相位角取模对齐到(0，π/2)区间，得到每个预纠偏信号集合对应的角度集合；S3.对每个角度集合进行快速傅立叶变换运算，计算出频谱尖峰所对应的频率；S4.根据频谱尖峰所对应的频率与接收信号的实际频率偏差之间的倍率关系，通过所述频谱尖峰对应频率除以与调制格式有关的倍乘系数，得出所述实际频率偏差的绝对值；S5.连续取2N+1组所述集合，其中N为整数，对每组集合按照S1-S4计算，并在所有计算结果中，找出2N+1个所述实际频率偏差的绝对值中最小值所对应的预纠偏频率，作为预纠偏频率队列中最理想的值保存到缓存队列中；S6.对缓存队列中所有的预纠偏频率值进行统计平均，其平均值作为平滑后的频差估计值；S7.对统计平均后新接收的信号，使用平滑后的频差估计值进行最终的频率纠偏，进入后续的相位估计；基于平滑后的频差估计值构造预纠偏频率的序列f_n＝ΔF+n*step，其中step为步长，n为正整数，取值为[-N，N]，f_n序列共有2N+1个纠偏频率，用于下一轮预纠偏。

在上述技术方案的基础上，所述S1中，频率预纠偏具体是对所述集合中第x个符号乘以T为符号周期，f_k为对应该分组的预纠偏频率。