专利名称：滤波器系数控制装置和方法
技术领域：
本发明和光通信相关，更具体地说，和光相干接收机相关。
背景技术：
随着对光通信系统的容量要求和灵活性要求的逐步提升，相干光通信技术变得 越来越重要。和非相干技术(比如“开-关”键控，on-offkey，OOK)或自相干技术 (如差分四相相移键控DQPSK)相比，相干技术有如下优点3dB的光信噪比(OSNR) 增益；可以采用更高效的调制技术(如正交调制QAM)来提高传输容量；可以方便地 采用电均衡技术来应对信道变化，降低成本等。和电相干技术一样，光相干接收机也需 要恢复载波相位。目前，光相干接收机中载波相位恢复普遍是利用数字技术实现的，比 如D.Ly-Gagon 等在"Coherent detection of optical quadrature phase-shift keying signals with carrier phase estimation" , (Journal of Lightwave Technology, Vol.24, No.l，January 2006，ppl2-21)中提出的基于M次方的方法和Z.Tao 等在 “Multiplier-free Phase Recovery for Optical Coherent Receivers" (0WT4, OFC2008)中提出的基于数据预判决的方法等。 因为信道中光噪声和接收机电噪声的存在，数字相位恢复技术必须对接收到的信号进行 滤波来消除噪声的影响从而得到准确的载波相位。这样相位恢复的性能就与滤波器的参 数选择密切相关。众所周知，滤波器的参数的优化应该是针对噪声和所滤波的信号(这 里就是光载波相位)进行的。而在实际的传输系统中，光载波相位的变化是由很多因素 (如发射机/接收机的激光器特性、光纤信道的配置、邻近信道的信号功率等)所共同决 定的。而这些因素不是固定不变的又很难通过实时的检测来得到。
图1示出了现有技术的利用数字相位恢复装置的光相干接收机。图1中光90度 混频器102、光电转换器(0/E) 104和105、模数转换器(ADC) 106和107、以及激光器 103构成了光相干接收机的前端111。该部分的作用是将接收到的光输入信号101转换成 基带电信号108。基带电信号^^可以表示为叶力二议卩^小内^+！^！！为噪声)。一 般情况下，基带电信号108既包含了数据信息(^，也包含了载波与本振(激光器103)之 间的相位偏移Φ—数字相位恢复装置109的作用就是消除基带电信号108中的相位偏移 Φ。。数字相位恢复装置109的输出是数据信息(^，而数据恢复装置110根据输入的数 据信息恢复出传输的数据。从上述可以看出，数字相位恢复装置109是光相干接收机中 极为重要的部分。现有技术的数字相位恢复装置可以用图2所示的结构来表示。去数据调制器204 对输入的数字基带电信号201(108)进行M次方来去除数据相位调制(M为数字相位调制 的阶数，比如对QPSK而言，M = 4)，从而获得解调后的信号206，即exp (jM Φ Q)+n'， 其中η'为M次方后的噪声。一般情况下，相位偏移的变化会慢于噪声的变化。所以可 以用平均器205来去除噪声的影响。辐角器210根据平均器205的输出207得到相位偏 移在h^/M，π/Μ]区间的值211，然后解开器212将值211解开为处于区间[-π，JI ] 的值，该值就是相位偏移的估计值^，最后，减法器208从幅角器202所获得的符号相位中减去相位偏移的估计值& ,从而得到相位恢复后的信号209。从上述可见，相位恢复装置的工作性能主要取决于平均器的设计。平均器205 可以进行分段的算术平均，也可以进行滑动平均。目前，已经有一些方法来自动地调整 进行平均所使用的长度来优化相位恢复的性能，比如(“Adaptive optimization for digital carrier phase estimation in optical coherent receivers”， pages 121-122, 2008 Digest of the IEEE/LEOS Summer Topical Meetings)。但是本申请的发明人在研发本发明的过程中发现，这种优化仅仅针对进行平均 所使用的长度的调整而不涉及该长度内各个符号上相位偏移的相对关系，所以，这种优 化并不能获得最优的性能。因而，目前需要一种技术能够自适应地优化数字相位恢复中的滤波器系数，从 而使光相干接收机的数字相位恢复装置工作在最佳状态
发明内容
本发明的实施方式鉴于现有技术的上述问题和局限而作出，用于解决现有技术 中存在的一个或更多个问题，至少提供一种有益的选择。为了实现上述目的，本发明的实施方式提供了以下方面。方面1、一种滤波器系数控制装置，用于对相位恢复装置的滤波器的系数进行控 制，所述滤波器系数控制装置包括相位差异获取装置，用于获取载波与本振之间的相位偏移；自相关计算装置，用于计算所述相位偏移的自相关量；滤波器系数确定装置，根据所述自相关量确定所述滤波器的系数。方面2、根据方面1所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述相位差异获 取装置为减法器，所述减法器用于从输入所述相位恢复装置的训练序列中的各个符号的 幅角值中减去所述训练序列的各个符号的数据调制相位而获得所述相位偏移。方面3、根据方面1所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述相位差异获 取装置包括减法器和数据调制相位获取单元，所述数据调制相位获取单元获取所述相位恢复装置的输出信号中的各个符号的 数据调制相位或获得对所述输出信号进行解码获得的解码信号中的各个符号的数据调制 相位，所述减法器用于从输入所述相位恢复装置的信号中的各个符号的幅角值中减去 所述数据调制相位，从而获得所述相位偏移。方面4、根据方面3所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述数据调制相 位获取单元获取所述相位恢复装置的输出信号中的各个符号的数据调制相位，所述数据 调制相位获取单元包括2 π/M取整器，用于对所述输出信号进行2 π/M取整；乘法器，将所述2 π/M取整器所获得的整数值与2 π/M相乘；以及加法器，用于将所述乘法器所获得的乘积与π/M相加。方面5、根据方面3所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述数据调制 相位获取单元获取对所述输入信号进行解码获得的解码信号中的各个符号的数据调制相位，所述数据调制相位获取单元包括 乘法器，将所述解码信号与2 π/M相乘；以及加法器，用于将所述乘法器所获得的乘积与π/M相加。方面6、根据方面1所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述自相关计算 装置包括延迟序列获取单元，通过将所述相位偏移进行不同的延迟而获得延迟序列；以 及自相关序列获取单元，根据所述延迟序列，确定相位偏移的自相关量。方面7、根据方面1所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述自相关计算 装置包括延迟序列获取单元，通过将所述相位偏移进行不同的延迟而获得延迟序列；噪声抑制单元，用于抑制所述延迟序列中的噪声；自相关序列获取单元，根据去除噪声后的所述延迟序列，确定滤波器系数的相 位偏移的自相关量。方面8、根据方面1所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述滤波器系数 确定装置包括输入输出互相关确定单元，用于确定滤波器的输入和理想输出之间的互相关；输入自相关单元，用于确定滤波器的输入的自相关；以及系数计算单元，用于根据所述互相关和所述自相关确定滤波器系数。方面9、根据方面8所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述自相关量为 信道白噪声带来的相位波动的方差On2、相位偏移的变化的方差σ〗、相位偏移的归一化的自 相关P (k)，所述输入输出互相关确定单元根据以下公式确定滤波器的输入和理想输出之间 的互相关R(k)，(其中M为传输数据的相位调制阶数，比如当传输的数据为QPSK调制 时，M = 4)R(k) = exp{M2 σ c2[ ρ (k) _1]}；所述输入自相关单元根据以下公式确定最优滤波器的输入的自相关R' (k)，= exp{M2￡7c2[p(^) -1]} + M2a2n5{k)，其中，δ (k)为冲击函数，当k为0时，5决)为1，当k为0之外的其它值时， 6决)为0，k为整数，并且_M<k<M。方面10、一种滤波器系数控制方法，用于对相位恢复装置的滤波器的系数进行 控制，所述滤波器系数控制方法包括一下步骤获取步骤，获取载波与偏振之间的相位偏移；计算步骤，计算所述相位偏移的自相关量；根据所述自相关量确定所述滤波器的系数。方面11、根据方面10所述的滤波器系数控制方法，其特征在于，所述获取步骤 从输入所述相位恢复装置的训练序列中的各个符号的幅角值中减去所述训练序列的各个 符号的数据调制相位而获得所述相位偏移。
方面12、根据方面10所述的滤波器系数控制方法，其特征在于，所述获取步骤 包括数据调制相位获取步骤和减法步骤，所述数据调制相位获取步骤获取所述相位恢复装置的输出信号中的各个符号的 数据调制相位或获取对所述输出信号进行解码获得的解码信号中的各个符号的数据调制 相位，所述减法步骤用于从输入所述相位恢复装置的信号中的各个符号的幅角值中减 去所述数据调制相位，从而获得所述相位偏移。方面13、根据方面12所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述获取步骤 包括对所述输出信号或所述解码信号进行2 π /M取整；将所述2 π/M取整所获得的整数值与2 π/M相乘；以及将所述相乘所获得的乘积与π/M相加。方面14、根据方面10所述的滤波器系数控制方法，其特征在于，所述计算步骤 包括将所述相位偏移进行不同的延迟而获得延迟序列；以及根据所述延迟序列，确定所述相位偏移的自相关量。方面15、根据方面10所述的滤波器系数控制方法，其特征在于，所述计算步骤 包括将所述相位偏移进行不同的延迟而获得延迟序列；去除所述延迟序列中的噪声；根据去除噪声后的所述延迟序列，确定所述相位偏移的自相关量。方面16、根据方面10所述的滤波器系数控制方法，其特征在于，所述滤波器系 数确定步骤包括确定滤波器的输入和理想输出之间的互相关；确定滤波器的输入的自相关；以及确定最优滤波器的系数。方面17、根据方面16所述的滤波器系数控制方法，其特征在于，所述自相关量 为信道白噪声带来的相位波动的方差σ 2、相位偏移的变化的方差σε2、相位偏移的归一化的 自相关P (k)，根据以下公式确定滤波器的输入和理想输出之间的互相关R(k)，
权利要求
1.一种滤波器系数控制装置，用于对相位恢复装置的滤波器的系数进行控制，所述 滤波器系数控制装置包括相位差异获取装置，所述相位差异获取装置用于获取载波与本振之间的相位偏移； 自相关计算装置，所述自相关计算装置用于计算所述相位偏移的自相关量； 滤波器系数确定装置，所述滤波器系数确定装置根据所述自相关量确定所述滤波器 的系数。
2.根据权利要求1所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述相位差异获取装置 为减法器，所述减法器用于从输入所述相位恢复装置的训练序列中的各个符号的幅角值 中减去所述训练序列的各个符号的数据调制相位而获得所述相位偏移。
3.根据权利要求1所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述相位差异获取装置 包括减法器和数据调制相位获取单元，所述数据调制相位获取单元获取所述相位恢复装置的输出信号的各个符号的数据 调制相位，或获取对所述输出信号进行解码获得的解码信号中的各个符号的数据调制相 位，所述减法器用于从输入所述相位恢复装置的信号中的各个符号的幅角值中减去所述 数据调制相位，从而获得所述相位偏移。
4.根据权利要求3所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述数据调制相位获取 单元获取所述相位恢复装置的输出信号中的各个符号的数据调制相位，所述数据调制相 位获取单元包括2 π/M取整器，用于对所述输出信号进行2 π/M取整，M为所述符号的相位调制阶数；乘法器，将所述2 π/M取整器所获得的整数值与2 π/M相乘；以及 加法器，用于将所述乘法器所获得的乘积与η/M相加。
5.根据权利要求1所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述自相关计算装置包括延迟序列获取单元，通过将所述相位偏移进行不同的延迟而获得延迟序列；以及 自相关序列获取单元，根据所述延迟序列，确定所述相位偏移的自相关量。
6.根据权利要求1所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述自相关计算装置包括延迟序列获取单元，通过将所述相位偏移进行不同的延迟而获得延迟序列； 噪声抑制单元，用于抑制所述延迟序列中的噪声；自相关序列获取单元，根据噪声抑制后的所述延迟序列，确定所述相位偏移的自相关量。
7.根据权利要求1所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述滤波器系数确定装 置包括输入输出互相关确定单元，用于根据所述相位偏移的自相关量确定滤波器的输入和 理想输出之间的互相关；输入自相关单元，用于根据所述相位偏移的自相关量确定滤波器的输入的自相关；以及2系数计算单元，用于根据所述互相关和所述自相关确定滤波器系数。
8.根据权利要求7所述的滤波器系数控制装置，其特征在于，所述自相关量为信道 白噪声带来的相位波动的方差σ 2、相位偏移的变化的方差of、相位偏移的归一化的自相关 P (k)，所述输入输出互相关确定单元根据以下公式确定滤波器的输入和理想输出之间的互 相关R(k)，R(k) = exp{M2oc2[p (k)_l]}；其中M为输入所述相位恢复装置的数据的符号的相位调制阶数，所述输入自相关单元根据以下公式确定最优滤波器的输入的自相关R' (k)，R\k) = exp {M2ac2 [p(k) -1]} + M2a2J(k)其中，S (k)为冲击函数，当k为O时，3决)为1，当k为O之外的其它值时，δ (k) 为0，k为整数，并且_M<k<M。
9.一种滤波器系数控制方法，用于对相位恢复装置的滤波器的系数进行控制，所述 滤波器系数控制方法包括以下步骤获取载波与本振之间的相位偏移；计算所述相位偏移的自相关量；根据所述自相关量确定所述滤波器的系数。
10.根据权利要求9所述的滤波器系数控制方法，其特征在于，所述获取载波与本振 之间的相位偏移的步骤从输入所述相位恢复装置的训练序列中的各个符号的幅角值中减 去所述训练序列的各个符号的数据调制相位而获得所述相位偏移。
全文摘要
本发明涉及滤波器系数控制装置和方法。该滤波器系数控制装置用于对相位恢复装置的滤波器的系数进行控制，所述滤波器系数控制装置包括相位差异获取装置，用于获取载波与本振之间的相位偏移；自相关计算装置，用于计算所述相位偏移的自相关量；滤波器系数确定装置，根据所述自相关量确定所述滤波器的系数。
文档编号H04B10/61GK102027696SQ200980102516
公开日2011年4月20日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者刘玲, 小田祥一朗, 李磊, 陶振宁 申请人:富士通株式会社