專利名稱：頻率偏移估計(jì)方法以及頻率偏移估計(jì)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字相干(coherent)光接收機(jī)以及無線通信接收機(jī)，特別涉及頻率偏移估計(jì)方法以及頻率偏移估計(jì)裝置。本申請(qǐng)對(duì)2010年4月16日向日本申請(qǐng)的日本特愿2010 - 094968號(hào)要求優(yōu)先權(quán)，并在此引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
在光通信領(lǐng)域中，組合了飛躍性地提高頻率利用效率的同步檢波方式和數(shù)字信號(hào)處理的數(shù)字相干通信系統(tǒng)受到關(guān)注。當(dāng)與由直接檢波構(gòu)建的系統(tǒng)進(jìn)行比較時(shí)，可知數(shù)字相干通信系統(tǒng)不僅能夠提高接收靈敏度，還通過接收機(jī)接收來自發(fā)送機(jī)的信號(hào)作為數(shù)字信號(hào)，從而能夠補(bǔ)償由于光纖傳輸而受到的波長(zhǎng)色散或極化模式色散所造成的發(fā)送信號(hào)的波 形變形。因此，正在討論引進(jìn)數(shù)字相干通信系統(tǒng)作為下一代的光通信技術(shù)。將在相干接收機(jī)中接收到的信號(hào)光與本地振蕩光相乘，變換成基帶(baseband)信號(hào)。在生成信號(hào)光的載波或本地振蕩光的激光振蕩器中，難以實(shí)現(xiàn)利用在無線通信用的振蕩器中通常使用的鎖相環(huán)得到的頻率穩(wěn)定化，并且在發(fā)送機(jī)的激光振蕩器的輸出頻率與接收機(jī)的激光振蕩器的輸出頻率之間產(chǎn)生大的頻率偏移。在實(shí)際的光通信系統(tǒng)中，頻率偏移達(dá)到±5GHz。在相干通信系統(tǒng)中，由于在載波的相位中承載信息，所以，需要在接收機(jī)中估計(jì)并補(bǔ)償頻率偏移。此外，在無線通信中，由于在發(fā)送機(jī)和接收機(jī)中使用的基準(zhǔn)振蕩器的振蕩頻率的誤差、伴隨著發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的移動(dòng)的多普勒頻移導(dǎo)致產(chǎn)生頻率偏移。在該情況下，也需要在接收機(jī)中估計(jì)并補(bǔ)償頻率偏移。為了估計(jì)頻率偏移，已知有非專利文獻(xiàn)I中所記載的那樣的使用對(duì)I個(gè)符號(hào)周期(symboI period)的期間內(nèi)的符號(hào)的相位變化信息進(jìn)行利用的相位增加算法的方法?？墒?，該方法限定能夠估計(jì)的頻率偏移的范圍。另一方面，在專利文獻(xiàn)I中記載了以下方法針對(duì)OFDM (正交頻分復(fù)用)信號(hào)，利用頻譜的形狀，估計(jì)頻率偏移。在該情況下，與相位增加算法相比能使能夠估計(jì)的頻率偏移的范圍變寬。

圖10是表示現(xiàn)有的頻率偏移估計(jì)裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。在圖10中，頻率偏移估計(jì)裝置104由串并聯(lián)變換電路5、離散傅立葉變換電路(DFT) 6、質(zhì)心(centroid)計(jì)算電路7構(gòu)成。此外，作為頻率偏移估計(jì)裝置104的周圍電路，第一 A/D變換器I、第二 A/D變換器
2、合成電路3連接于頻率偏移估計(jì)裝置104。接收信號(hào)的同相分量(I信號(hào))由第一 A/D變換器I進(jìn)行模擬-數(shù)字變換，接收信號(hào)的正交分量(Q信號(hào))由第二 A/D變換器2進(jìn)行模擬-數(shù)字變換，之后，用合成電路3將模擬-數(shù)字變換后的信號(hào)變換成I+jQ的復(fù)數(shù)信號(hào)。將合成電路3的輸出信號(hào)輸入至頻率偏移估計(jì)裝置104。圖11、圖12分別是表示現(xiàn)有的頻率偏移估計(jì)裝置104的工作的概念圖。圖11、圖12示出了離散傅立葉變換電路6的輸出信號(hào)、即接收信號(hào)的頻譜。圖11示出在沒有頻率偏移時(shí)的頻譜，圖12示出在有頻率偏移時(shí)的頻譜。將離散傅立葉變換的頻率編號(hào)設(shè)為(I、
2、…、Ns)，將頻率編號(hào)i的頻率分量的信號(hào)功率設(shè)為Pi,將相當(dāng)于基準(zhǔn)頻率的頻率編號(hào)設(shè)為(，(例如選擇為隊(duì)/2。此時(shí)，用下式(I)得到與頻率偏移成比例的信號(hào)SW/Wt。[數(shù)式I]
權(quán)利要求
1.一種頻率偏移估計(jì)方法，估計(jì)接收信號(hào)的載波頻率與本地振蕩器的輸出信號(hào)的頻率的差，其中，包含 對(duì)以規(guī)定的采樣頻率預(yù)先進(jìn)行了采樣的接收信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉變換,輸出具有多個(gè)頻率分量的頻譜的步驟； 計(jì)算所述頻譜的平均功率的步驟； 對(duì)所述平均功率、或所述平均功率的常數(shù)倍的功率加上規(guī)定的值來計(jì)算閾值的步驟；基于所述閾值，對(duì)所述頻譜的各頻率分量的功率進(jìn)行I比特量化的步驟；以及將所述各頻率分量的頻率與所述進(jìn)行I比特量化后的各頻率分量的功率相乘，求取該相乘后的乘積之和，用該乘積之和除以所述進(jìn)行I比特量化后的所述頻譜的各頻率分量的功率之和，計(jì)算質(zhì)心頻率的步驟。
2.—種頻率偏移估計(jì)方法，估計(jì)接收信號(hào)的載波頻率與本地振蕩器的輸出信號(hào)的頻率的差，其中，包含 對(duì)以規(guī)定的采樣頻率預(yù)先進(jìn)行了采樣的接收信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉變換，輸出具有多個(gè)頻率分量的頻譜的步驟； 對(duì)所述頻譜的多個(gè)頻率分量以其功率的大小依次進(jìn)行重排的步驟； 對(duì)所述進(jìn)行重排后的頻率分量中的特定位次的功率值或特定位次的功率值的常數(shù)倍的功率加上預(yù)先確定的值來計(jì)算閾值的步驟； 基于所述閾值，對(duì)所述頻譜的各頻率分量的功率進(jìn)行I比特量化的步驟；以及將所述各頻率分量的頻率與所述進(jìn)行I比特量化后的各頻率分量的功率相乘，求取該相乘后的乘積之和，用該乘積之和除以所述進(jìn)行I比特量化后的所述頻譜的各頻率分量的功率之和，計(jì)算質(zhì)心頻率的步驟。
3.一種頻率偏移估計(jì)方法，估計(jì)接收信號(hào)的載波頻率與本地振蕩器的輸出信號(hào)的頻率的差，其中，包含 對(duì)以規(guī)定的采樣頻率預(yù)先進(jìn)行了采樣的接收信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉變換，輸出具有多個(gè)頻率分量的頻譜的步驟； 對(duì)所述頻譜的多個(gè)頻率分量以其功率的大小依次進(jìn)行重排的步驟； 利用所述進(jìn)行重排后的多個(gè)頻率分量的功率的算術(shù)平均計(jì)算閾值的步驟； 基于所述閾值，對(duì)所述頻譜的各頻率分量的功率進(jìn)行I比特量化的步驟；以及將所述各頻率分量的頻率與所述進(jìn)行I比特量化后的各頻率分量的功率相乘，求取該相乘后的乘積之和，用該乘積之和除以所述進(jìn)行I比特量化后的所述頻譜的各頻率分量的功率之和，計(jì)算質(zhì)心頻率的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的頻率偏移估計(jì)方法，其中， 在計(jì)算所述閾值的步驟中，在Ns=2m，此外，k=0、l、2、…、m- I時(shí)，將對(duì)Ns個(gè)頻率分量以功率的大小呈降序進(jìn)行重排時(shí)的從排頭起第2k個(gè)功率值和第(2k+l)個(gè)功率值的平均值作為所述閾值。
5.一種頻率偏移估計(jì)方法，估計(jì)接收信號(hào)的載波頻率與本地振蕩器的輸出信號(hào)的頻率的差，其中，包含 對(duì)以規(guī)定的采樣頻率預(yù)先進(jìn)行了采樣的接收信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉變換，輸出具有多個(gè)頻率分量的頻譜的步驟；基于預(yù)先設(shè)定的閾值，對(duì)所述頻譜的各頻率分量的功率進(jìn)行I比特量化的步驟；以及將所述各頻率分量的頻率與所述進(jìn)行I比特量化后的各頻率分量的功率相乘，求取該相乘后的乘積之和，用該乘積之和除以所述進(jìn)行I比特量化后的所述頻譜的各頻率分量的功率之和，計(jì)算質(zhì)心頻率的步驟。
6.一種頻率偏移估計(jì)裝置，估計(jì)接收信號(hào)的載波頻率與本地振蕩器的輸出信號(hào)的頻率的差，其中，具備 離散傅立葉變換部，對(duì)以規(guī)定的采樣頻率預(yù)先進(jìn)行了采樣的接收信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉變換，輸出具有多個(gè)頻率分量的頻譜； 平均功率計(jì)算部，計(jì)算由所述離散傅立葉變換部進(jìn)行變換后的頻譜的平均功率； 閾值功率計(jì)算部，對(duì)由所述平均功率計(jì)算部計(jì)算出的所述平均功率、或所述平均功率的常數(shù)倍的功率加上規(guī)定的值來計(jì)算閾值； I比特量化部，基于由所述閾值功率計(jì)算部計(jì)算出的所述閾值，對(duì)所述頻譜的各頻率分量的功率進(jìn)行I比特量化；以及 質(zhì)心計(jì)算部，將由所述離散傅立葉變換部進(jìn)行變換后的頻譜的各頻率分量的頻率與由所述I比特量化部進(jìn)行I比特量化后的各頻率分量的功率相乘，求取該相乘后的乘積之和，用該乘積之和除以所述進(jìn)行I比特量化后的所述頻譜的各頻率分量的功率之和，計(jì)算質(zhì)心頻率。
7.—種頻率偏移估計(jì)裝置，估計(jì)接收信號(hào)的載波頻率與本地振蕩器的輸出信號(hào)的頻率的差，其中，具備 離散傅立葉變換部，對(duì)以規(guī)定的采樣頻率預(yù)先進(jìn)行了采樣的接收信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉變換，輸出具有多個(gè)頻率分量的頻譜； 功率值排列部，對(duì)由所述離散傅立葉變換部進(jìn)行變換后的頻譜的多個(gè)頻率分量以其功率的大小依次進(jìn)行重排； 閾值功率計(jì)算部，對(duì)由所述功率值排列部進(jìn)行重排后的所述頻率分量中的特定位次的功率值或特定位次的功率值的常數(shù)倍的功率加上預(yù)先確定的值來計(jì)算閾值； I比特量化部，基于由所述閾值功率計(jì)算部計(jì)算出的所述閾值，對(duì)所述頻譜的各頻率分量的功率進(jìn)行I比特量化；以及 質(zhì)心計(jì)算部，將由所述離散傅立葉變換部進(jìn)行變換后的頻譜的各頻率分量的頻率與由所述I比特量化部進(jìn)行I比特量化后的各頻率分量的功率相乘，求取該相乘后的乘積之和，用該乘積之和除以所述進(jìn)行I比特量化后的所述頻譜的各頻率分量的功率之和，計(jì)算質(zhì)心頻率。
8.—種頻率偏移估計(jì)裝置，估計(jì)接收信號(hào)的載波頻率與本地振蕩器的輸出信號(hào)的頻率的差，其中，具備 離散傅立葉變換部，對(duì)以規(guī)定的采樣頻率預(yù)先進(jìn)行了采樣的接收信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉變換，輸出具有多個(gè)頻率分量的頻譜； 功率值排列部，對(duì)由所述離散傅立葉變換部進(jìn)行變換后的頻譜的多個(gè)頻率分量以其功率的大小依次進(jìn)行重排； 閾值功率計(jì)算部，利用由所述功率值排列部進(jìn)行重排后的多個(gè)頻率分量的功率的算術(shù)平均計(jì)算閾值；I比特量化部，基于由所述閾值功率計(jì)算部計(jì)算出的所述閾值，對(duì)所述頻譜的各頻率分量的功率進(jìn)行I比特量化；以及 質(zhì)心計(jì)算部，將由所述離散傅立葉變換部進(jìn)行變換后的頻譜的各頻率分量的頻率與由所述I比特量化部進(jìn)行I比特量化后的各頻率分量的功率相乘，求取該相乘后的乘積之和，用該乘積之和除以所述進(jìn)行I比特量化后的所述頻譜的各頻率分量的功率之和，計(jì)算質(zhì)心頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的頻率偏移估計(jì)裝置，其中， 所述閾值功率計(jì)算部在隊(duì)=2-，此外，k=0、l、2、->m- I時(shí)，將對(duì)Ns個(gè)頻率分量以功率的大小呈降序進(jìn)行重排時(shí)的從排頭起第2k個(gè)功率值和第(2k+l)個(gè)功率值的平均值作為所述閾值。
10.一種頻率偏移估計(jì)裝置，估計(jì)接收信號(hào)的載波頻率與本地振蕩器的輸出信號(hào)的頻率的差，其中，具備 離散傅立葉變換部，對(duì)以規(guī)定的采樣頻率預(yù)先進(jìn)行了采樣的接收信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉變換，輸出具有多個(gè)頻率分量的頻譜； I比特量化部，基于預(yù)先設(shè)定的閾值，對(duì)所述頻譜的各頻率分量的功率進(jìn)行I比特量化；以及 質(zhì)心計(jì)算部，將由所述離散傅立葉變換部進(jìn)行變換后的頻譜的各頻率分量的頻率與由所述I比特量化部進(jìn)行I比特量化后的各頻率分量的功率相乘，求取該相乘后的乘積之和，用該乘積之和除以所述進(jìn)行I比特量化后的所述頻譜的各頻率分量的功率之和，計(jì)算質(zhì)心頻率。
全文摘要
本發(fā)明縮小在將利用頻譜的形狀計(jì)算頻率偏移的電路進(jìn)行硬件化的情況下的電路規(guī)模。在估計(jì)接收信號(hào)的載波頻率與本地振蕩器的輸出信號(hào)的頻率的差的頻率偏移估計(jì)方法中，對(duì)以規(guī)定的采樣頻率預(yù)先進(jìn)行了采樣的接收信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉變換，輸出具有多個(gè)頻率分量的頻譜，計(jì)算頻譜的平均功率，對(duì)平均功率或平均功率的常數(shù)倍的功率加上規(guī)定的值來計(jì)算閾值，基于閾值，對(duì)頻譜的各頻率分量的功率進(jìn)行1比特量化，將各頻率分量的頻率與進(jìn)行1比特量化后的各頻率分量的功率相乘，求取該相乘后的乘積之和，用該乘積之和除以進(jìn)行1比特量化后的頻譜的各頻率分量的功率之和，計(jì)算質(zhì)心頻率。
文檔編號(hào)H04B1/16GK102971968SQ20118001854
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者中川匡夫, 鷹取泰司, 工藤理一, 松井宗大, 石原浩一, 小林孝行, 山崎悅史, 佐野明秀, 吉田英二, 溝口匡人, 宮本裕 申請(qǐng)人:日本電信電話株式會(huì)社