專利名稱：平均長度自適應(yīng)優(yōu)化方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對相位恢復(fù)進(jìn)行優(yōu)化的裝置和方法，尤其是涉及對利用 數(shù)字信號的載波相位的平均來進(jìn)行相位恢復(fù)的裝置中所采用的平均長度 進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化的置和方法。
背景技術(shù)：
隨著對通信系統(tǒng)的容量要求和靈活性要求的逐步提升，相干通信技術(shù)變得越來越重要。和非相干技術(shù)(比如"開一關(guān)"鍵控，on-off key, OOK)或自相干技術(shù)(如差分四相相移鍵控DQPK)相比，相干技術(shù)有 如下優(yōu)點3dB的信噪比(ONR)增益；可以采用更高效的調(diào)制技術(shù)(如 正交調(diào)制QAM)來提高傳輸容量，可以方便地采用電均衡技術(shù)來應(yīng)對信 道變化，降低成本等。目前，相干接收機(jī)中載波相位恢復(fù)普遍是利用數(shù) 字技術(shù)實現(xiàn)的，比如D. Ly-Gagon等在"Coherent detection of optical quadrature phae-hift keying ignal with carrier phae etimation", (Journal of Lightwave Technology, Vol.24, No. 1, January 2006， pp 12-21)中提出基于m 次方的方法和Z.Tao等在"Multiplier-free Phae Recovery for Optical Coherent Receiver" , (OWT4， OFC2008)中提出的基于數(shù)據(jù)預(yù)判決的方 法等。數(shù)字相位恢復(fù)技術(shù)的共同點是假設(shè)載波相位在多個數(shù)據(jù)符號上維 持不變，從而利用對這些符號上載波相位的平均來消除信道的噪聲對相 位估計的影響。這一假設(shè)就意味著為了取得最佳的相位恢復(fù)性能，平均 的長度必須是對信道噪聲強(qiáng)度和載波相位變化速度的最佳折衷。已有多 個實驗顯示，不匹配的平均長度對相干接收機(jī)的性能有很大的影響。而在實際的傳輸系統(tǒng)中，信道的噪聲強(qiáng)度和載波相位變化的速度是 由很多因素(如激光器的特性，信道的特性等)所共同決定的，而這些 因素既不是固定不變、又很難通過實時的檢測來得到的。5可以看出，需要優(yōu)化數(shù)字相位恢復(fù)中的平均長度，從而使相干接收 機(jī)工作于最佳狀態(tài)。而這種技術(shù)必須是具備以下的特性1. 無訓(xùn)練性不需要訓(xùn)練序列或信道/激光器特性等先驗知識；2. 自適應(yīng)性能夠隨信道噪聲強(qiáng)度和載波相位變化速度的改變自動 的實現(xiàn)優(yōu)化；3. 計算簡單性計算復(fù)雜度低以便在高速接收機(jī)中實現(xiàn)；為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種對相位恢復(fù)裝置中所采用的 平均長度自動進(jìn)行優(yōu)化的方法和裝置。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題是自適應(yīng)地優(yōu)化和調(diào)整利用數(shù)字符號在載波相 位上的平均來消除信道噪聲影響的相位恢復(fù)裝置中所采用的平均長度， 在信號噪聲強(qiáng)度與載波相位變化兩者之間進(jìn)行折衷，從而獲得匹配的平 均長度，并利用匹配的平均長度來進(jìn)行相位恢復(fù)。在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某 些方面的基本理解。但是，應(yīng)當(dāng)理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮 舉性概述。它并不是意圖用來確定本發(fā)明的關(guān)鍵性部分或重要部分，也 不是意圖用來限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出關(guān)于 本發(fā)明的某些概念，以此作為稍后給出的更詳細(xì)描述的前序。對于本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員而言，本發(fā)明的下述各個方面和由所附獨立權(quán)利要求限 定的方案可以與本發(fā)明中的實施例和/或從屬權(quán)利要求進(jìn)行任意可能的適 當(dāng)組合。本發(fā)明第一方面提供了一種對進(jìn)行相位恢復(fù)時采用的平均長度進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化的方法，包括殘余相差計算步驟，用于接收經(jīng)相位恢復(fù)后 的數(shù)字符號的當(dāng)前相位和經(jīng)數(shù)據(jù)恢復(fù)后的數(shù)字符號的數(shù)據(jù)調(diào)制相位，并 計算所述數(shù)字符號的殘余相差，所述殘余相差為所述數(shù)字符號的當(dāng)前相 位與數(shù)據(jù)調(diào)制相位的差；殘余相差自相關(guān)值計算步驟，用于計算所述殘 余相差的移位為m的自相關(guān)值，其中，-10《m《10，且m為整數(shù)；優(yōu)化 步驟，用于根據(jù)所述殘余相差自相關(guān)值來對所述平均長度進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)選地，其中，所述優(yōu)化步驟包括正負(fù)判斷步驟，用于判斷所述 殘余相差的自相關(guān)值是正值還是負(fù)值；當(dāng)判定所述殘余相差的自相關(guān)值 為正值時，減小進(jìn)行相位恢復(fù)時采用的平均長度，當(dāng)判定所述殘余相差 的自相關(guān)值為負(fù)值時，增大進(jìn)行相位恢復(fù)時采用的平均長度。優(yōu)選地，其中，在所述正負(fù)判斷步驟之前還包括閾值判斷步驟， 用于判斷所述殘余相差的自相關(guān)值是否在一個預(yù)定的閾值范圍內(nèi)，當(dāng)判 定所述殘余相差的自相關(guān)值在所述預(yù)定的閾值范圍內(nèi)時，不對所述平均 長度進(jìn)行優(yōu)化，否則，執(zhí)行所述正負(fù)判斷步驟。優(yōu)選地，其中，在所述殘余相差計算步驟之前還包括下采樣步驟， 用于對接收到的所述當(dāng)前相位和數(shù)據(jù)調(diào)制相位進(jìn)行下采樣，并利用下采 用后的所述當(dāng)前相位和數(shù)據(jù)調(diào)制相位執(zhí)行所述殘余相差計算步驟。優(yōu)選地，在所述閾值判斷步驟之前還包括歸一化處理步驟，用于 對所述殘余相差自相關(guān)值進(jìn)行歸一化處理；所述閾值判斷步驟判斷經(jīng)歸 一化的殘余相差自相關(guān)值的絕對值是否大于或小于一個預(yù)定值，當(dāng)經(jīng)歸 一化的殘余相差自相關(guān)值的絕對值小于所述預(yù)定值時，不對所述平均長 度進(jìn)行優(yōu)化，否則，利用所述正負(fù)判斷步驟對所述殘余相差的自相關(guān)值 繼續(xù)進(jìn)行判斷。優(yōu)選地，其中，所述歸一化處理步驟中采用的歸一化系數(shù)是^————^ ，其中—^+ d)表示上述殘余相差的移位 為0的自相關(guān)值與殘余相差的移位為1的自相關(guān)值的差。本發(fā)明的第二方面提供了一種用于對相位恢復(fù)裝置中采用的平均長度進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化的裝置，包括殘余相差計算單元，接收經(jīng)相位恢復(fù) 后的數(shù)字符號的當(dāng)前相位和經(jīng)數(shù)據(jù)恢復(fù)后的數(shù)字符號的數(shù)據(jù)調(diào)制相位， 并計算所述數(shù)字符號的殘余相差，所述殘余相差為所述數(shù)字符號的當(dāng)前 相位與數(shù)據(jù)調(diào)制相位的差；殘余相差自相關(guān)值計算單元，用于計算所述 殘余相差的移位為m的自相關(guān)值，其中，-10《m《10，且m為整數(shù)；優(yōu) 化單元，用于根據(jù)所述殘余相差自相關(guān)值來對所述平均長度進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)選地，其中，所述優(yōu)化單元包括正負(fù)判斷單元，用于判斷所述 殘余相差的自相關(guān)值是正值還是負(fù)值，當(dāng)所述正負(fù)判斷單元判定所述殘余相差的自相關(guān)值為正值時，輸出指示減小上述平均長度的優(yōu)化信號， 當(dāng)所述正負(fù)判斷單元判定所述殘余相差的自相關(guān)值為負(fù)值時，輸出指示 增大上述平均長度的優(yōu)化信號。優(yōu)選地，其中，在所述正負(fù)判斷單元之前還具有閾值判斷單元， 用于判斷所述殘余相差的自相關(guān)值是否在一個預(yù)定的閾值范圍內(nèi)，當(dāng)所 述閾值判斷單元判定所述殘余相差的自相關(guān)值在所述預(yù)定的閾值范圍內(nèi) 時，不對所述平均長度進(jìn)行優(yōu)化，否則，利用所述正負(fù)判斷單元對所述 殘余相差的自相關(guān)值進(jìn)行判斷。優(yōu)選地，其中，在所述殘余相差計算單元之前還具有下采樣單元， 用于對接收到的所述當(dāng)前相位和數(shù)據(jù)調(diào)制相位進(jìn)行下采樣；所述殘余相 差計算單元利用經(jīng)下采用后的所述當(dāng)前相位和數(shù)據(jù)調(diào)制相位計算所述殘 余相差。優(yōu)選地，在所述閾值判斷單元之前還具有歸一化處理單元，用于 對所述殘余相差自相關(guān)值進(jìn)行歸一化處理；所述閾值判斷單元判斷經(jīng)歸 一化的殘余相差自相關(guān)值的絕對值是否大于一個小于1的預(yù)定值，當(dāng)經(jīng) 歸一化的殘余相差自相關(guān)值的絕對值小于所述預(yù)定值時，不對所述平均 長度進(jìn)行優(yōu)化，否則，利用所述正負(fù)判斷單元對所述殘余相差的自相關(guān) 值進(jìn)行判定。優(yōu)選地，其中，所述歸一化處理單元中采用的歸一化系數(shù)是 _^_^a外+^ (0) — (1)，其中A化+ (0)—(1)表示上述殘余相差的移位為0的自相關(guān)值與殘余相差的移位為1的自相關(guān)值的差。本發(fā)明的第三方面提供了一種相干接收機(jī)，其特征在于包括上述 中任一種平均長度自適應(yīng)優(yōu)化裝置。本發(fā)明第四方面提供了 一種計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序使得計算 機(jī)可以執(zhí)行下列步驟殘余相差計算步驟，用于接收經(jīng)相位恢復(fù)后的數(shù) 字符號的當(dāng)前相位和經(jīng)數(shù)據(jù)恢復(fù)后的數(shù)字符號的數(shù)據(jù)調(diào)制相位，并計算 所述數(shù)字符號的殘余相差，所述殘余相差為所述符號的當(dāng)前相位與數(shù)據(jù) 調(diào)制相位的差;殘余相差自相關(guān)值計算步驟，用于計算所述殘余相差的移位為m的自相關(guān)值，其中，-10《m《10，且為整數(shù)；正負(fù)判斷步驟，用 于判斷所述殘余相差的自相關(guān)值是正值還是負(fù)值；優(yōu)化步驟，當(dāng)判定所 述殘余相差的自相關(guān)值為正值時，減小進(jìn)行相位恢復(fù)時采用的平均長度， 當(dāng)判定所述殘余相差的自相關(guān)值為負(fù)值時，增大進(jìn)行相位恢復(fù)時采用的 平均長度。本發(fā)明第五方面提供了一種存儲介質(zhì)，在該存儲介質(zhì)上存儲了如本 發(fā)明第四方面所述的計算機(jī)程序。上述平均長度優(yōu)化裝置和方法綜合考慮了信號噪聲強(qiáng)度和載波相位 變化速度，使得不需要訓(xùn)練序列或信道/激光器特性等先驗知識，能夠隨 信道噪聲強(qiáng)度和載波相位變化速度的改變實現(xiàn)自適應(yīng)的優(yōu)化。并且，該 裝置和方法的低計算復(fù)雜度和可并行實現(xiàn)的特點大大降低了其硬件實現(xiàn) 的難度。所述方法和裝置可以對實際系統(tǒng)中數(shù)字相位恢復(fù)裝置進(jìn)行優(yōu)化從而 得到最佳的接收性能，可以用于所有利用數(shù)字符號的載波相位平均來消 除噪聲影響、進(jìn)行相位恢復(fù)的裝置中，例如可以用于相干接收機(jī)中，尤 其是可以用于光相干接收機(jī)中。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。


以下將參照下面的附圖對實施例進(jìn)行解釋，以下示例僅僅是作為一 種示例而非意于限制本發(fā)明，其中圖1示出了現(xiàn)有的利用數(shù)字相位恢復(fù)裝置的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2示出了現(xiàn)有的數(shù)字相位恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是殘余相差自相關(guān)值^^^⑨和^^/D與平均長度的邏輯關(guān)系示意圖；圖4示出了應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的第一種實施方式的平均長度自適應(yīng) 優(yōu)化方法的相位恢復(fù)流程；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第二種實施方式的平均長度優(yōu)化流程；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第一種實施方式的平均長度自適應(yīng)優(yōu)化裝9置；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第二種實施方式的平均長度自適應(yīng)優(yōu)化裝置；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的第三種實施方式的平均長度自適應(yīng)優(yōu)化裝置；圖9示出了可以用于本發(fā)明的平均長度自適應(yīng)優(yōu)化裝置中的兩種歸一化系數(shù)計算器9A和9B;圖10示出了本發(fā)明中的平均長度自適應(yīng)優(yōu)化裝置的一種低速實現(xiàn)；圖11示出了可用于本發(fā)明的下采樣器的一種實現(xiàn)方式；圖12示出了一種采用了本發(fā)明的平均長度自適應(yīng)優(yōu)化裝置進(jìn)行相位恢復(fù)的相干接收機(jī)的框圖。
具體實施方式
圖1中示出了公知的利用數(shù)字相位恢復(fù)裝置的光相干接收機(jī)(此處 以光相干接收機(jī)作為示例進(jìn)行說明，當(dāng)然本發(fā)明并不限于光相干接收機(jī) 中，事實上只要是利用數(shù)字符號的載波相位平均來消除噪聲影響、進(jìn)行 相位恢復(fù)的裝置都可以采用下面將要具體描述的平均長度優(yōu)化裝置和方 法)。其中，包括前端114、數(shù)字相位恢復(fù)裝置109和數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置111。 前端114包括光90°混頻器102，光電轉(zhuǎn)換器104和105，模數(shù)轉(zhuǎn)換器 106和107，以及激光器113，前端114將接收到的光信號101轉(zhuǎn)換成基 帶電信號108，基帶電信號108可以表示為/ + ^ =啤(^+#。)。 一般情 況下，108的輻角既包含了數(shù)據(jù)信息^，也包含了載波與本振之間的相位 偏移-。。數(shù)字相位恢復(fù)裝置109接收由前端114所恢復(fù)出的基帶信號108，并 消除基帶信號108中的相位偏移A，將數(shù)據(jù)信息^輸出給數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置111，數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置111根據(jù)所接收的消除了相位偏移后的符號相位恢復(fù) 出傳輸?shù)臄?shù)據(jù)112?？梢钥闯?，數(shù)字相位恢復(fù)裝置111是相干接收機(jī)中極為重要的部分。 公知的數(shù)字相位恢復(fù)裝置109可以用圖2所示的結(jié)構(gòu)來表示。相位檢測器204根據(jù)輸入的基帶數(shù)字信號108檢測出各個數(shù)據(jù)符號上的相位偏移， 即&, ， A》是對第k個數(shù)字符號的載波與本振之間的相位偏移A的估計， 在信道和接收機(jī)中存在著噪聲等干擾因素，在估計^,的過程中，必須要消除這些因素對估計的影響。 一般情況下，載波與本振之間的相位偏移的變化會慢于噪聲的變化，因而通常通過計算數(shù)字符號的載波相位的平 均值來去除噪聲等因素的干擾，從而得到準(zhǔn)確的A,。得到》。，后，將^。,從取幅角器202所輸出的數(shù)字信號的相位中減去就實現(xiàn)了相位恢復(fù)?？梢妼?shù)字符號的載波相位的平均是上述的相位恢復(fù)中必不可少的一部分。一般，上述平均可以用分段的算術(shù)平均來實現(xiàn)，也可以用滑動平均實現(xiàn)，但是，無論采用何種算來來實現(xiàn)，如果平均長度選取的過長，在平均的過程中，由于相位偏移本身已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，這時相位檢測器204的輸出207就不能真實地反映當(dāng)前數(shù)字符號的相位偏移；而另一方面，如果平均長度選取得過短，就無法完全消除噪聲等因素對于估計相位偏移的影響，相位檢測器204的輸出207同樣不能真實地反映相位偏移。可見，為了使相位檢測器204的輸出207真實地反映當(dāng)前數(shù)字符號的相位偏移，所選取的平均長度必須是對相位偏移的變化速度和噪聲強(qiáng)度的最佳折衷。同時需要特別注意的是，在實際的系統(tǒng)中，相位偏移的變化速度和噪聲強(qiáng)度并不是固定不變的，而是隨著信道情況的變化而變化。具體地，第k個數(shù)字符號經(jīng)過相位恢復(fù)后的相位可以表示為^+%,+~-》。，，其中&,表示第k個符號的數(shù)據(jù)調(diào)制相位，％,表示第 k個符號上載波與本振之間的相位偏移，％,為噪聲對第k個符號相位的 影響，而》。，表示相位恢復(fù)裝置對％,的估計值，數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置111對所述 相位估計值》。，進(jìn)行判決，得到第k個符號的數(shù)據(jù)調(diào)制相位的估計值&,。 從統(tǒng)計上，我們可以認(rèn)為^,= ,，這里，將數(shù)字符號經(jīng)過數(shù)字相位恢復(fù)裝置的相位恢復(fù)后的當(dāng)前相位110與由數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置進(jìn)行了數(shù)據(jù)恢復(fù)之 后的數(shù)據(jù)調(diào)制相位112之間的差定義為殘余相差，因此，該第k個數(shù)字符號的殘余相差就可以表示為fea +~ U—~ , —I + ，其中，外,-&"就是相位恢復(fù)的誤差，在下文中用A^表示，對于理 想的相位恢復(fù)，A^應(yīng)當(dāng)?shù)扔?，在滿足^%=0的前提下，根據(jù)自相關(guān)的定義可以將殘余相差的移位為零的自相關(guān)值表示為公式(1):A^ (0) = M(A% +AJ2} = M《J (1)， 而根據(jù)殘余相差的統(tǒng)計特性，可以確定無論所選取的平均長度為何值，都滿足公式(2):五^"2^l^^A外+^^(0)—^A化+^^(1) ........................ (2)，其中，&%+吣(1)是殘余相^的移位為1的自相關(guān)，表示為 ^線.*①=咖外+1 +)}。因此，由公式(1)和(2)可以確定，當(dāng)^A^+^(l)-0時，可以滿足公式^^,(0)二4^J，艮P:可以使A^i，獲得理想的相位恢復(fù)性能。另一方面，根據(jù)相位恢復(fù)裝置的數(shù)學(xué)統(tǒng)計模型，可以確定殘余相差的自相關(guān)值和相位恢復(fù)裝置進(jìn)行相位恢復(fù)時所選取的平均長度之間存在 如附圖3中所示出的關(guān)系，g口 ^吣^(1)是隨著相位恢復(fù)裝置中所選取的平均長度單調(diào)遞增的。如前所述，由于當(dāng)^^+吣(1) = 0時，可以使相位恢復(fù)的性能最優(yōu)，因此，如附圖3所示，當(dāng)相鄰的兩個數(shù)字符號的殘余 相差的自相關(guān)值^^+吣(1) = 0時，曲線i ^^(l)與橫軸的交點A所對應(yīng)的長度即最優(yōu)的平均長度，并且，從附圖3可以看出為優(yōu)化相位恢 復(fù)性能、在需要調(diào)整平均長度時的平均長度調(diào)整的方向，g卩當(dāng)&吣吣(1)小于零時，表示平均長度偏小，這時應(yīng)當(dāng)增大平均長度，而當(dāng)/ ^+吣(1) 大于零時，表示平均長度偏大，應(yīng)當(dāng)減小平均長度，總之，應(yīng)當(dāng)沿使尺一，"(l)的值為o的方向來進(jìn)行平均長度的調(diào)整。需要說明的是，如前所述，根據(jù)殘余相差的統(tǒng)計特性得到了公式(2),這是以假定A^ -Ai,為前提的，即假定相鄰的兩個數(shù)字符號的相位恢復(fù) 的誤差相等，當(dāng)然，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，這個假定并不絕對限于相鄰的兩個數(shù)字符號之間，也可以假設(shè)相鄰的2個、3個甚至更多個數(shù)字符號之間的相位恢復(fù)誤差相等，即可以表示為A^=A^ + ni，相12應(yīng)地可以得到A^+^(W) = 0， (m=l， 2， 3……，m為整數(shù))，當(dāng)然 m不可能無限大，因為m值選取得過大，上述假設(shè)就無法成立，所以得 出的結(jié)論相應(yīng)地也是不正確的，因此，根據(jù)實際的應(yīng)用場合，可以適當(dāng) 地選取m值，優(yōu)選地-10《m《10， m為整數(shù)?；诖耍景l(fā)明通過計算相位恢復(fù)后的數(shù)字符號的殘余相差的自相 關(guān)值來檢測相位恢復(fù)的性能，并根據(jù)檢測的結(jié)果來對相位恢復(fù)裝置進(jìn)行 相位恢復(fù)時所選取的平均長度進(jìn)行自適應(yīng)地優(yōu)化。實施例1圖4示出了應(yīng)用了本發(fā)明的第一種實施方式的平均長度自適應(yīng)優(yōu)化 流程的相位恢復(fù)方法。當(dāng)接收機(jī)啟動或接收到的信道改變時，相位恢復(fù) 裝置首先以默認(rèn)的平均長度工作，該默認(rèn)長度可以是根據(jù)不同的應(yīng)用場 合而選定的合理的值(步驟401)。然后計算在從相位恢復(fù)裝置的輸出得 到符號的當(dāng)前相位與從數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置的輸出得到的符號的數(shù)據(jù)調(diào)制相位 之間的差，即殘余相差(步驟402)。然后，計算從步驟402得到的數(shù)字 符號殘余相差的移位為m (m可選為l， 2， 3等，優(yōu)選地-10《m《10) 自相關(guān)值，即與當(dāng)前數(shù)字符號相鄰的第m個的符號的殘余相差的相關(guān)值 (步驟403)。然后，在步驟406判斷該相關(guān)值是正值還是負(fù)值，如果是 正值，表示選取的平均長度偏大，進(jìn)入步驟408，在步驟408中減小平均 長度，然后返回步驟402;如果是負(fù)值，表示選取的平均長度偏小，則進(jìn) 入步驟407，在步驟407中增加平均長度，然后返回步驟402;如果等于 0，表示當(dāng)前的平均長度是最佳的，不需要調(diào)整和優(yōu)化，則不進(jìn)行優(yōu)化， 返回步驟402。附圖6中示出了與上述平均長度優(yōu)化方法對應(yīng)的、根據(jù)本發(fā)明的第 一種實施方式的平均長度自適應(yīng)優(yōu)化裝置。該優(yōu)化裝置有兩個輸入，一 個是從相位恢復(fù)裝置輸出的、進(jìn)行相位恢復(fù)之后得到的符號相位IIO，表 示為；％" +^「<，而另一個是數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置輸出的、進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)后得到的數(shù)據(jù)調(diào)制相位112(即判決相位，以QPK調(diào)制為例，112為兀/4， 3兀/4，5兀/4,7兀/4中的某個值)，表示為-#。符號相位110通過減法器602減去數(shù)據(jù)調(diào)制相位112就得到了殘余相差603，將殘余相差603分別輸出給寄存器(Z'1) 604和乘法器605， 與寄存器604的中寄存的前一個符號的殘余相差相乘，其輸出進(jìn)入求平 均器607，求平均器607的輸出609即為殘余相差移位值位1的自相關(guān)值， 當(dāng)然此處殘余相差自相關(guān)值不限于與前一個符號的殘余相差相乘，也可 以與前兩個或三個符號的殘余相差相乘，因此，相應(yīng)地，寄存器不限于 一位寄存器，因此可以將其表示為寄存器(Z'm)。
正負(fù)判斷器614判斷求平均器607輸出的殘余相差自相關(guān)值609是 否大于零，并根據(jù)判定結(jié)果輸出優(yōu)化信號615，優(yōu)化信號615指示出相位 恢復(fù)裝置中平均長度的調(diào)整方向，具體地說，當(dāng)殘余相差自相關(guān)值609 小于零時，表示進(jìn)行相位恢復(fù)所選擇的數(shù)據(jù)平均長度偏小，則優(yōu)化信號 615指示增大平均長度；而殘余相差自相關(guān)值609大于零時，表示進(jìn)行相 位恢復(fù)所選擇的數(shù)據(jù)平均長度偏大，優(yōu)化信號615指示減小平均長度； 如果殘余相差自相關(guān)值609等于0，表示當(dāng)前的平均長度是最佳的，不需 要調(diào)整和優(yōu)化，則不進(jìn)行優(yōu)化。
實施例2
附圖5示出了根據(jù)應(yīng)用了本發(fā)明的第二種實施方式的平均長度自適 應(yīng)優(yōu)化流程的相位恢復(fù)方法。
其與第一種實施方式的區(qū)別僅在于在計算出上述殘余相差的自相 關(guān)值以后，首先在步驟405判斷步驟403得到的殘余相差自相關(guān)值是否 超出了一個以O(shè)為中點的一個預(yù)定的閾值范圍，例如(-5， +5)，當(dāng)然該 閾值范圍可以根據(jù)不同的系統(tǒng)自身的特點進(jìn)行相應(yīng)地選擇。如果未超出 上述閾值范圍，則不進(jìn)行優(yōu)化，并返回步驟402;如果超出了上述閾值范 圍，則將在步驟403得到的殘余相差自相關(guān)值傳遞給步驟406繼續(xù)進(jìn)行 判斷。
附圖7中示出了與該平均長度優(yōu)化方法對應(yīng)的、根據(jù)本發(fā)明的第二 種實施方式的平均長度自適應(yīng)優(yōu)化裝置。其與根據(jù)第一種實施方式的優(yōu) 化裝置的區(qū)別僅在于在利用正負(fù)判斷器614進(jìn)行判斷之前，先采用閾 值判斷器612進(jìn)行判斷，殘余相差自相關(guān)值609首先進(jìn)入閾值判斷器612， 閾值判斷器612判斷殘余相差自相關(guān)值609的絕對值是否大于一個預(yù)先設(shè)定的閾值，如果殘余相差自相關(guān)值609的絕對值大于所述閾值，則閾 值判斷器612就將殘余相差自相關(guān)值609輸出給正負(fù)判斷器614進(jìn)行正 負(fù)判斷，否則不輸出優(yōu)化信號，不進(jìn)行優(yōu)化。如前所述，正負(fù)判斷器614 根據(jù)殘余相差自相關(guān)值609是否大于零，輸出優(yōu)化信號615，優(yōu)化信號 615指示了相位恢復(fù)裝置中平均長度的調(diào)整方向，具體地說，當(dāng)殘余相差 自相關(guān)值609小于零時，表示進(jìn)行相位恢復(fù)所選擇的數(shù)據(jù)平均長度偏小， 優(yōu)化信號615指示增大平均長度；而當(dāng)殘余相差自相關(guān)值609大于零時， 進(jìn)行相位恢復(fù)所選擇的數(shù)據(jù)平均長度偏小，優(yōu)化信號615指示減小平均 長度；如果殘余相差自相關(guān)值609等于0，表示當(dāng)前的平均長度是最佳的， 不需要調(diào)整和優(yōu)化，則不進(jìn)行優(yōu)化。
在這一優(yōu)選實施方式中，由于采用了閾值判斷器，使得可以控制進(jìn) 行優(yōu)化的頻率，例如可以選擇當(dāng)殘余相差自相關(guān)值的絕對值<10 (該數(shù) 值的選擇根據(jù)不同的系統(tǒng)而不同，根據(jù)系統(tǒng)對相位恢復(fù)的精確度的要求 可以選擇適當(dāng)?shù)拈撝?時，不進(jìn)行優(yōu)化，這使得當(dāng)殘余相差的自相關(guān)
值在一個允許的范圍內(nèi)(表示當(dāng)前采用的平均長度與最優(yōu)的平均長度相 差不大)時，不進(jìn)行優(yōu)化，從而可以避免優(yōu)化的頻率過高，在滿足需要 的相位恢復(fù)準(zhǔn)確度的同時，在優(yōu)化次數(shù)和優(yōu)化效果之間進(jìn)行了折衷，提 高優(yōu)化效率，并避免了優(yōu)化的頻率過高，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
實施例3
附圖8中示出了根據(jù)本發(fā)明的第三種實施方式的平均長度自適應(yīng)優(yōu)
化裝置。其與根據(jù)第二種實施方式的優(yōu)化裝置的區(qū)別僅在于在利用閾
值判斷器612進(jìn)行殘余相差的自相關(guān)值的判斷之前，先對殘余相差自相 關(guān)值進(jìn)行歸一化處理。其中，殘余相差603被分為三路，第一路進(jìn)入歸 一系數(shù)計算器606，利用歸一系數(shù)計算器606計算對殘余相差的自相關(guān)值 進(jìn)行歸一化的歸一化系數(shù)；第二路和第三路與上述實施方式相同，分別 進(jìn)入寄存器604和乘法器605，并從607輸出殘余相差移位值位1 (m) 的自相關(guān)值609。殘余相差自相關(guān)值609和歸一系數(shù)計算器606的輸出 608經(jīng)乘法器610相乘得到歸一化的殘余相差自相關(guān)值611。然后將歸一 化的殘余相差自相關(guān)值611輸入閾值判斷器612進(jìn)行閾值判斷和優(yōu)化信
15號的輸出，這一過程與第二實施方式中相同，在此不再贅述。
在此，最簡單地，歸一化系數(shù)計算器606可以輸出一個常數(shù)，這個 常數(shù)可以為當(dāng)前系統(tǒng)所接收到的數(shù)字信號的最大幅值的倒數(shù)(表示為 1/Rmax)，因此這個常數(shù)會隨著系統(tǒng)的改變而改變；另外，歸一化系數(shù)計 算器606也可以根據(jù)如附圖9A和9B中示出的歸一化系數(shù)計算器606A 或606B。利用歸一化系數(shù)對殘余相差自相關(guān)值609進(jìn)行歸一化，以使歸 一化的殘余相差自相關(guān)值611成為絕對值小于1的數(shù)，這樣使閾值判斷 器612進(jìn)行判斷時更為方便，這時，閾值判斷器的閾值就可以選擇在0 到l之間的任意數(shù)，其中，閾值為O表示只要歸一化的殘余相差自相關(guān) 值611的絕對值大于O，就進(jìn)行優(yōu)化，閾值為1表示只有歸一化的殘余相 差自相關(guān)值611的絕對值大于l，才進(jìn)行優(yōu)化，而由于歸一化的殘余相差 自相關(guān)值611是絕對值小于1的數(shù)，因此閾值為1就表示從不優(yōu)化。
在本實施方式中，通過采用歸一化系數(shù)計算器對殘余相差自相關(guān)值 611進(jìn)行歸一化處理，將其絕對值限定小于1的范圍內(nèi)，使得后續(xù)的判斷 過程更加方便。
圖9A和圖9B分別示出了歸一化系數(shù)計算器606的兩種結(jié)構(gòu)606A 或606B。歸化系數(shù)計算器606的輸入是去除了相位恢復(fù)裝置估計的相
位偏移(即A)和數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置估計的數(shù)據(jù)調(diào)制相位(即A)之后的符 號相位，也就是本發(fā)明中的殘余相差< ^ --?！?。
圖9A中，將殘余相差603 輸入求平方器901，求
平方器901輸出殘余相差603的平方O v -》w +%，》2 ，再經(jīng)求平均器卯3 得到多個符號的殘余相差的平方和的平均值￡{0 ^-^,+^)2}。最后， 經(jīng)取倒數(shù)器905得到所統(tǒng)計的符號的平方和的平均值的倒數(shù) ~~^~~^V，即^^，該倒數(shù)即為歸一化系數(shù)608，利用乘法
器610將歸一化系數(shù)608與殘余相差自相關(guān)值609相乘，得到歸一化的 殘余相差自相關(guān)值611。
圖9B中，輸出的殘余相差分為兩路， 一路輸入求平方器906和求平 均器908，得到所統(tǒng)計的殘余相差的平方和的平均值￡{(~ -< +^)2};
而另一路經(jīng)寄存器913，乘法器914和求平均器915，與圖6中的604，605和607—樣，寄存器913，乘法器914和求平均器915共同實現(xiàn)了對
所統(tǒng)計的殘余相差求移位值為1 (m，如前所述，此處m也不限于l，可
以是根據(jù)不同的系統(tǒng)而選定的整數(shù)，優(yōu)選地-10《m《10)的自相關(guān)的
過程。兩路的輸出909和916經(jīng)減法器912相減、再經(jīng)取倒數(shù)器912取
其倒數(shù)就得到了歸一化系數(shù) 608 :
_^_1_，即_1_。
+ - ￡{(A% + ^)(A%+1 +、+~ (0)-、 (1)
圖9A和圖9B的區(qū)別僅在于圖9A所示的歸一化系數(shù)計算器必須
在每次對相位恢復(fù)裝置進(jìn)行平均長度調(diào)整后(即圖4中的步驟407或408 ) 都要運行；而由于Am^(0)-Z ^+ (1)是一個常數(shù)，所以圖9B中所示
的歸一化系數(shù)計算器在整個優(yōu)化過程中只需要運行一次，不會隨著平均 長度的調(diào)整而發(fā)生變化，從而，采用圖9B中示出的歸一化系數(shù)計算器可 以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的優(yōu)化效率。 實施例4
附圖10中示出了根據(jù)本發(fā)明的第四種實施方式的平均長度自適應(yīng) 低速優(yōu)化裝置600'，其中，該低速優(yōu)化裝置由圖6-8中所示的任一種優(yōu) 化裝置600和兩個下采樣器1001和1003構(gòu)成。
自適應(yīng)平均長度優(yōu)化裝置600，的輸入是相位恢復(fù)裝置的輸出110和 數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置的輸出112，自適應(yīng)平均長度優(yōu)化裝置600的輸出是對相位 恢復(fù)裝置中采用的平均長度進(jìn)行優(yōu)化的優(yōu)化信號。數(shù)字相位恢復(fù)裝置109 根據(jù)該優(yōu)化信號，增加或減小相位恢復(fù)過程中的采用的用于進(jìn)行相位恢 復(fù)的數(shù)字信號的平均長度。
下采樣器1001和下采樣器1003的作用是分別對相位恢復(fù)裝置和數(shù) 據(jù)恢復(fù)裝置輸出的高速數(shù)據(jù)信號進(jìn)行下采樣，從而使自適應(yīng)平均長度優(yōu) 化裝置600的輸入1002和1004的速率遠(yuǎn)低于相位恢復(fù)裝置和和數(shù)據(jù)恢 復(fù)裝置的輸出速率(即符號速率)110和112，這樣自適應(yīng)平均長度優(yōu)化 裝置600就可以以遠(yuǎn)低于符號速率的速度工作，從而大大降低了對硬件 處理速度的要求。
圖12給出了應(yīng)用了本發(fā)明的自適應(yīng)平均長度優(yōu)化裝置600 (600') 的相干接收機(jī)的構(gòu)成圖。圖中的自適應(yīng)相位恢復(fù)優(yōu)化裝置600可以由圖6-8和10中所示的任意一種方式實現(xiàn)。
本發(fā)明中的平均長度優(yōu)化裝置和方法可以應(yīng)用于任何利用數(shù)字信號 的載波相位的平均來進(jìn)行相位恢復(fù)的系統(tǒng)中，尤其是可以用于光相干接 收機(jī)中。
對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，上述方法不限于用硬件實現(xiàn)，顯 然也可以通過計算機(jī)程序單獨實現(xiàn)或者軟硬件結(jié)合的方式來實現(xiàn)。根據(jù) 本發(fā)明的上述方法的各個操作過程也可以以存儲在各種機(jī)器可讀的存儲 介質(zhì)中的計算機(jī)可執(zhí)行程序的方式實現(xiàn)。
而且，本發(fā)明的目的也可以通過下述方式實現(xiàn)將存儲有上述可執(zhí) 行程序代碼的存儲介質(zhì)直接或者間接地提供給系統(tǒng)或設(shè)備，并且該系統(tǒng) 或設(shè)備中的計算機(jī)或者中央處理單元(CPU)讀出并執(zhí)行上述程序代碼。
此時，只要該系統(tǒng)或者設(shè)備具有執(zhí)行程序的功能，則本發(fā)明的實施 方式不局限于程序，并且該程序也可以是任意的形式，例如，目標(biāo)程序、 解釋器執(zhí)行的程序或者提供給操作系統(tǒng)的腳本程序等。
上述這些機(jī)器可讀存儲介質(zhì)包括但不限于各種存儲器和存儲單元， 半導(dǎo)體設(shè)備，磁盤單元例如、磁和磁盤，以及其它適于存儲信息的介質(zhì) 等。
另外，客戶計算機(jī)通過連接到因特網(wǎng)上的相應(yīng)網(wǎng)站，并且將依據(jù)本 發(fā)明的計算機(jī)程序代碼下載和安裝到計算機(jī)中然后執(zhí)行該程序，也可以 實現(xiàn)本發(fā)明。
以上雖然結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的實施例，但是應(yīng)當(dāng)明白，上 面所描述的實施方式只是用于說明本發(fā)明，而并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。 對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可以對上述實施方式做出各種修改和變更 而沒有背離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利 要求及其等效含義來限定。
18
權(quán)利要求
1.一種對進(jìn)行相位恢復(fù)時采用的平均長度進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化的方法，包括殘余相差計算步驟，用于接收經(jīng)相位恢復(fù)后的數(shù)字符號的當(dāng)前相位和經(jīng)數(shù)據(jù)恢復(fù)后的數(shù)字符號的數(shù)據(jù)調(diào)制相位，并計算所述數(shù)字符號的殘余相差，所述殘余相差為所述數(shù)字符號的當(dāng)前相位與數(shù)據(jù)調(diào)制相位的差；殘余相差自相關(guān)值計算步驟，用于計算所述殘余相差的移位為m的自相關(guān)值，其中，-10≤m≤10，且m為整數(shù)；優(yōu)化步驟，用于根據(jù)所述殘余相差自相關(guān)值來對所述平均長度進(jìn)行優(yōu)化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，其中，所述優(yōu)化步驟包括 正負(fù)判斷步驟，用于判斷所述殘余相差的自相關(guān)值是正值還是負(fù)值； 當(dāng)判定所述殘余相差的自相關(guān)值為正值時，減小進(jìn)行相位恢復(fù)時采用的平均長度，當(dāng)判定所述殘余相差的自相關(guān)值為負(fù)值時，增大進(jìn)行相 位恢復(fù)時釆用的平均長度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的優(yōu)化方法，其中，在所述正負(fù)判斷步驟之前還包括閾值判斷步驟，用于判斷所述殘余相差的自相關(guān)值是否在一個預(yù)定 的閾值范圍內(nèi)，當(dāng)判定所述殘余相差的自相關(guān)值在所述預(yù)定的閾值范圍 內(nèi)時，不對所述平均長度進(jìn)行優(yōu)化，否則，執(zhí)行所述正負(fù)判斷步驟。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述的優(yōu)化方法，其中，在所述殘 余相差計算步驟之前還包括下采樣步驟，用于對接收到的所述當(dāng)前相位和數(shù)據(jù)調(diào)制相位進(jìn)行下 采樣，并利用下采用后的所述當(dāng)前相位和數(shù)據(jù)調(diào)制相位執(zhí)行所述殘余相 差計算步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的優(yōu)化方法，在所述閾值判斷步驟之前還包 括歸一化處理步驟，用于對所述殘余相差自相關(guān)值進(jìn)行歸一化處理；所述閾值判斷步驟判斷經(jīng)歸一化的殘余相差自相關(guān)值的絕對值是否大于一個小于1的預(yù)定值，當(dāng)經(jīng)歸一化的殘余相差自相關(guān)值的絕對值小 于所述預(yù)定值時，不對所述平均長度進(jìn)行優(yōu)化，否則，利用所述正負(fù)判 斷步驟對所述殘余相差的自相關(guān)值繼續(xù)進(jìn)行判斷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的優(yōu)化方法，其中，所述歸一化處理步驟中采用的歸一化系數(shù)是<formula>formula see original document page 3</formula>其中(Q) — (1)表示上述殘余相差的移位為o的自相關(guān)值與殘余相差的移位為i的自相關(guān)值 的差。
7. —種用于對相位恢復(fù)裝置中采用的平均長度進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化的裝置，包括殘余相差計算單元，接收經(jīng)相位恢復(fù)后的數(shù)字符號的當(dāng)前相位和經(jīng) 數(shù)據(jù)恢復(fù)后的數(shù)字符號的數(shù)據(jù)調(diào)制相位，并計算所述數(shù)字符號的殘余相差，所述殘余相差為所述數(shù)字符號的當(dāng)前相位與數(shù)據(jù)調(diào)制相位的差；殘余相差自相關(guān)值計算單元，用于計算所述殘余相差的移位為m的自相關(guān)值，其中，-10《m《10，且m為整數(shù)；優(yōu)化單元，用于根據(jù)所述殘余相差自相關(guān)值來對所述平均長度進(jìn)行優(yōu)化。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述優(yōu)化單元包括 正負(fù)判斷單元，用于判斷所述殘余相差的自相關(guān)值是正值還是負(fù)值，當(dāng)所述正負(fù)判斷單元判定所述殘余相差的自相關(guān)值為正值時，輸出指示 減小上述平均長度的優(yōu)化信號，當(dāng)所述正負(fù)判斷單元判定所述殘余相差 的自相關(guān)值為負(fù)值時，輸出指示增大上述平均長度的優(yōu)化信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，在所述正負(fù)判斷單元之前還 具有閾值判斷單元，用于判斷所述殘余相差的自相關(guān)值是否在一個預(yù)定 的閾值范圍內(nèi)，當(dāng)所述閾值判斷單元判定所述殘余相差的自相關(guān)值在所 述預(yù)定的閾值范圍內(nèi)時，不對所述平均長度進(jìn)行優(yōu)化，否則，利用所述 正負(fù)判斷單元對所述殘余相差的自相關(guān)值進(jìn)行判斷。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7-9中任意一項所述的裝置，其中，在所述殘余相差計算單元之前還具有下采樣單元，用于對接收到的所述當(dāng)前相位和數(shù)據(jù)調(diào)制相位進(jìn)行下 采樣；所述殘余相差計算單元利用經(jīng)下采樣后的所述當(dāng)前相位和數(shù)據(jù)調(diào)制 相位計算所述殘余相差。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，在所述閾值判斷單元之前還具有: 歸一化處理單元，用于對所述殘余相差自相關(guān)值進(jìn)行歸一化處理； 所述閾值判斷單元判斷經(jīng)歸一化的殘余相差自相關(guān)值的絕對值是否大于或小于一個大于一個小于1的預(yù)定值，當(dāng)經(jīng)歸一化的殘余相差自相 關(guān)值的絕對值小于所述預(yù)定值時，不對所述平均長度進(jìn)行優(yōu)化，否則， 利用所述正負(fù)判斷單元對所述殘余相差的自相關(guān)值進(jìn)行判定。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的裝置，其中，所述歸一化處理單元中采_^_用的歸一化系數(shù)是A外w" (0)_(1)，其中及一+ (0) — ^ft+p" (1)表示上 述殘余相差的移位為0的自相關(guān)值與殘余相差的移位為1的自相關(guān)值的差。
13. —種相干接收機(jī)，其特征在于包括如權(quán)利要求7-12中任一項 所述的裝置。
全文摘要
平均長度自適應(yīng)優(yōu)化方法和裝置。一種對進(jìn)行相位恢復(fù)時采用的平均長度進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化的方法，包括殘余相差計算步驟，用于接收經(jīng)相位恢復(fù)后的數(shù)字符號的當(dāng)前相位和經(jīng)數(shù)據(jù)恢復(fù)后的數(shù)字符號的數(shù)據(jù)調(diào)制相位，并計算所述數(shù)字符號的殘余相差，所述殘余相差為所述符號的當(dāng)前相位與數(shù)據(jù)調(diào)制相位的差；殘余相差自相關(guān)值計算步驟，用于計算所述殘余相差的移位為m的自相關(guān)值，其中，-10≤m≤10，且為整數(shù)；正負(fù)判斷步驟，用于判斷所述殘余相差的自相關(guān)值是正值還是負(fù)值；優(yōu)化步驟，當(dāng)判定所述殘余相差的自相關(guān)值為正值時，減小進(jìn)行相位恢復(fù)時采用的平均長度，當(dāng)判定所述殘余相差的自相關(guān)值為負(fù)值時，增大進(jìn)行相位恢復(fù)時采用的平均長度。
文檔編號H04B10/148GK101621335SQ20081013185
公開日2010年1月6日 申請日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者中島久雄, 磊 李, 陶振寧 申請人:富士通株式會社