本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种光纤通信中自适应均衡滤波装置和方法。
背景技术：
随着互联网流量的增加，在干线系统的光通信系统中需要更大的容量。当每波长比特率增加时，在传输路径上的色度色散，偏振模色散以及各种非线性效应的波形失真而导致信息质量的退化变得很严重。数字相干技术与和非相干技术相比具有明显优势，在高速光通信系统中应用广泛。光相干接收机中，通过将信号光和本振光进行混频，信号光的幅度和相位信息被搬移到基带信号中，因而光相干检测保留了光场的所有信息，可以发挥数字信号处理技术的功能和性能上的优势。采用电均衡技术能够近乎完全地补偿光信号的线性失真，如补偿色度色散(CD)，偏振模色散(PMD)等。
图1为偏振复用光纤通信中典型的数字相干接收机结构示意图，如图1所示，数字相干接收机接收两路偏振光信号，每一路偏振光信号被一个偏振分光器(PBS)分成相互正交的两个偏振态信号。PBS输出偏振光信号通过90°光混频器(90°hybrid)与本振光信号进行混频。混频后的光信号通过平衡光电检测器(PD，Photo electronic Detector)转换为基带电信号。光电转换后的电信号为每个偏振态有两路信号，但这四路信号与原始的四路信号并不对应，因为经过传输信道后，两个偏振态之间有串扰、偏振态也有旋转，所以接收端此处的两个偏振态、每个偏振态有两路正交信号与发射信号没有对应关系。光电转换后的电信号通过模数变换器(ADC)转换为数字信号。可以通用均衡滤波技术对ADC转换为数字信号进行处理。
色度色散(CD)的值一般较大，色度色散和偏振模色散(PMD)的均衡一般分两部分完成，首先，补偿静态色散，这里的均衡器通常不能使用标准的自适应算法进行系数更新，如果要补偿40000ps/nm色度色散，则滤波器抽头数要达到大几百甚至上千，通常利用快速傅立叶变换技术进行频域快速卷积。
残余的色度色散和偏振模色散的补偿通过自适应均衡器来实现，自适应均衡器采用自适应算法对系数进行更新，以跟踪补偿随时间动态变化的偏振模色散。
现有的在时域实现的自适应均衡滤波公式如下：
其中，h，v为输入的两个偏振数据。axh，axv，ayh，ayv为滤波器系数，M为滤波器长度，m和n为样点索引，x和y为均衡滤波后的输出结果。
由于现有的在时域自适应均衡滤波装置中抽头数较多，滤波器组数较多导致需要的数字逻辑电路规模大、功耗大。若将输入信号由时域变换到频域后再进行均衡滤波，则有望简化均衡滤波电路的规模；但如此又必须增加一组将输入信号由时域转为频域的变换电路和一组将输出信号由频域转为时域的变换电路，又带来了电路规模的增加。现有的时域自适应均衡滤波装置和频域自适应均衡滤波装置都存在电路规模大、功耗大的问题。迫切需要一种优化的实现自适应均衡滤波的装置和方法。
技术实现要素：
为解决现有存在的技术问题，本发明实施例期望提供一种自适应均衡滤波装置和方法，能减小实现自适应均衡滤波装置的电路规模和功耗。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种光纤通信中自适应均衡滤波装置，该装置包括：数据分组单元、时频转换单元、均衡滤波单元、逆傅立叶变换单元、数据合并单元；其中，
所述数据分组单元，用于将接收的时域信号按照样点索引分组，得到分组时域信号；
所述时频转换单元，用于将所述分组时域信号转换为分组频域信号；
所述均衡滤波单元，用于根据频域均衡滤波系数，对所述分组频域信号进行均衡滤波；
所述逆傅立叶变换单元，用于对均衡滤波后的分组频域信号进行逆傅里叶变换，得到均衡滤波后的分组时域信号；
所述数据合并单元，用于将所述均衡滤波后的分组时域信号进行合并，得到完整的均衡滤波后时域信号。
上述方案中，当所述数据分组单元将接收的时域信号按照样点索引分为奇组和偶组时，所述时频转换单元包括：
奇组时频转换模块，用于将奇组时域信号转换为奇组频域信号；
偶组时频转换模块，用于将偶组时域信号转换为偶组频域信号；
相应的，所述均衡滤波单元包括：
奇组均衡滤波模块，用于根据奇组频域均衡滤波系数对奇组频域信号进行均衡滤波；
偶组均衡滤波模块，用于根据偶组频域均衡滤波系数对偶组频域信号进行均衡滤波；
相应的，所述逆傅立叶变换单元包括：
奇组逆傅立叶变换模块，用于对均衡滤波后的奇组频域信号进行逆傅里叶变换，得到均衡滤波后的奇组时域信号；
偶组逆傅立叶变换模块，用于对均衡滤波后的偶组频域信号进行逆傅里叶变换，得到均衡滤波后的奇组时域信号。
上述方案中，所述数据分组单元还包括：
数据分段单元，用于将分组后的时域信号分为预设的N段，分段之间有重叠，重叠长度不小于滤波器长度减1；
相应的，所述时频转换单元的各组时频转换模块还包括N个分段时频转换模块；其中，每个分段时频转换模块，用于将一个分段时域信号转换为一个分段频域信号；
相应的，所述均衡滤波单元的各组均衡滤波模块还包括N个分段均衡滤波模块；其中，每个分段均衡滤波模块，用于根据频域均衡滤波系数，对一段频域信号进行均衡滤波；
相应的，所述逆傅立叶变换单元的各组逆傅立叶变换模块还包括N个分段逆傅立叶变换模块；其中，每个分段逆傅立叶变换模块，用于对均衡滤波后的一段频域信号进行逆傅里叶变换，得到一段均衡滤波后的时域信号；
相应的，所述数据合并单元还包括分段数据合并单元，用于将同属于一组的N段均衡滤波后的时域信号，去掉重叠，进行合并得到一组完整的时域信号；
所述N为大于1的整数。
上述方案中，所述装置还包括：
系数更新单元，用于按照预设的均衡滤波系数更新算法计算时域均衡滤波系数；
系数时频转换单元，用于将所述时域均衡滤波系数进行傅立叶变换，得到频域均衡滤波系数。
上述方案中，当所述数据分组单元将接收的时域信号按照样点索引分为奇组和偶组时，所述系数更新单元包括：
奇组系数更新模块，用于按照预设的均衡滤波系数更新算法计算奇组时域均衡滤波系数；
偶组系数更新模块，用于按照预设的均衡滤波系数更新算法计算偶组时域均衡滤波系数；
相应的，所述系数时频转换单元包括：
奇组系数时频转换单元，用于将所述奇组时域均衡滤波系数进行傅立叶变换，得到奇组频域均衡滤波系数；
偶组系数时频转换单元，用于将所述偶组时域均衡滤波系数进行傅立叶变换，得到偶组频域均衡滤波系数。
本发明实施例还提供一种光纤通信中自适应均衡滤波方法，该方法包括：
将接收的时域信号按照样点索引分组，得到分组时域信号；
将所述分组时域信号转换为分组频域信号；
根据频域均衡滤波系数，对所述分组频域信号进行均衡滤波；
对均衡滤波后的分组频域信号进行逆傅里叶变换，得到均衡滤波后的分组时域信号；
将所述均衡滤波后的分组时域信号进行合并，得到完整的均衡滤波后时域信号。
上述方案中，所述将接收的时域信号按照样点索引分组包括：
将接收的时域信号按照样点索引分为奇组和偶组。
上述方案中，所述方法还包括：
将分组后的时域信号的每一组分为预设的N段，分段之间有重叠，重叠长度不小于滤波器长度减1；
相应的，在对一组所述N段时域信号经过均衡滤波后，去掉重叠，进行合并得到一组完整的时域信号；
所述N为大于1的整数。
上述方案中，所述均衡滤波的计算方法为：
其中，n为分段索引，Axh，even，Axv，even，Ayh，even，Ayv，even为偶组频域均衡滤波系数，Axh，odd，Axv，odd，Ayh，odd，Ayv，odd为奇组频域均衡滤波系数；Heven，n，Veven，n为第n段偶组频域数据；Hodd，n，Vodd，n为第n段奇组频域数据；Xn(k)为第n段均衡滤波后x频域信号，Yn(k)为第n段均衡后y频域信号。
上述方案中，所述频域均衡滤波系数的计算方法为：
先计算时域均衡滤波系数；
再利用傅立叶变换技术，将时域均衡滤波系数变换到频域，得到频域均衡滤波系数。
本发明实施例所提供的光纤通信中自适应均衡滤波装置和方法，本发明实施例提供的自适应均衡滤波装置，通过将输入的时域信号按照样点索引分组、分段，将信号分成多个小段，而滤波器系数亦按索引奇偶分成两部分，之后再使用频域滤波方式，所需的傅立叶变换的点数少，点数较小的傅立叶变换，实现简单，电路规模较小，功耗小，延迟也小。
附图说明
图1为偏振复用光纤通信中典型的数字相干接收机结构示意图；
图2为本发明实施例提供的光纤通信中自适应均衡滤波装置的组成结构示意图；
图3为本发明提供的一种光纤通信中自适应均衡滤波装置实施例在一种应用场景下的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的数据分组分段单元示意图；
图5为本发明实施例提供的一种光纤通信中自适应均衡滤波方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例和技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2为本发明实施例提供的光纤通信中自适应均衡滤波装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括：数据分组单元201、时频转换单元202、均衡滤波单元203、逆傅立叶变换单元204、数据合并单元205；其中，
所述数据分组单元201，用于将接收的时域信号按照样点索引分组，得到分组时域信号；
所述时频转换单元202，用于将所述分组时域信号转换为分组频域信号；
所述均衡滤波单元203，用于根据频域均衡滤波系数，对所述分组频域信号进行均衡滤波；
所述逆傅立叶变换单元204，用于对均衡滤波后的分组频域信号进行逆傅里叶变换，得到均衡滤波后的分组时域信号；
所述数据合并单元205，用于将所述均衡滤波后的分组时域信号进行合并，得到完整的均衡滤波后时域信号。
在一个实施例中，上述数据分组单元201将接收的时域信号按照样点索引分为奇组和偶组，即按照时域信号样点索引是奇数还是偶数将原始时域信号分为奇组时域信号和偶组时域信号；这里，所述原始时域信号是指未经均衡滤波的时域信号。此时，上述自适应均衡滤波装置中，时频转换单元202包括：
奇组时频转换模块，用于将奇组时域信号转换为奇组频域信号；
偶组时频转换模块，用于将偶组时域信号转换为偶组频域信号。
相应的，均衡滤波单元203包括：
奇组均衡滤波模块，用于根据奇组频域均衡滤波系数对奇组频域信号进行均衡滤波；
偶组均衡滤波模块，用于根据偶组频域均衡滤波系数对偶组频域信号进行均衡滤波。
相应的，逆傅立叶变换单元204包括：
奇组逆傅立叶变换模块，用于对均衡滤波后的奇组频域信号进行逆傅里叶变换，得到均衡滤波后的奇组时域信号；
偶组逆傅立叶变换模块，用于对均衡滤波后的偶组频域信号进行逆傅里叶变换，得到均衡滤波后的奇组时域信号。
为进一步减小实现自适应均衡滤波装置的电路规模，可将分组后的时域信号进一步分段，即上述自适应均衡滤波装置中，所述数据分组单元201还包括：
数据分段单元，用于将分组后的时域信号分为预设的N段，分段之间有重叠，重叠长度不小于滤波器长度减1；
相应的，所述时频转换单元202的各组时频转换模块还包括N个分段时频转换模块；其中，每个分段时频转换模块，用于将一个分段时域信号转换为一个分段频域信号；
相应的，所述均衡滤波单元203的各组均衡滤波模块还包括N个分段均衡滤波模块；其中，每个分段均衡滤波模块，用于根据频域均衡滤波系数，对一段频域信号进行均衡滤波；
相应的，所述逆傅立叶变换单元204的各组逆傅立叶变换模块还包括N个分段逆傅立叶变换模块；其中，每个分段逆傅立叶变换模块，用于对均衡滤波后的一段频域信号进行逆傅里叶变换，得到一段均衡滤波后的时域信号；
相应的，所述数据合并单元205还包括分段数据合并单元，用于将同属于一组的N段均衡滤波后的时域信号，去掉重叠，进行合并得到一组完整的时域信号；
这里，N为大于1的整数。
上述自适应均衡滤波控制装置中还包括：系数更新单元和系数时频转换单元；其中，
系数更新单元，用于按照预设的均衡滤波系数更新算法计算时域均衡滤波系数；
系数时频转换单元，用于将所述时域均衡滤波系数进行傅立叶变换，得到频域均衡滤波系数。
显然，当所述数据分组单元将接收的时域信号按照样点索引分为奇组和偶组时，所述系数更新单元包括：
奇组系数更新模块，用于按照预设的均衡滤波系数更新算法计算奇组时域均衡滤波系数；
偶组系数更新模块，用于按照预设的均衡滤波系数更新算法计算偶组时域均衡滤波系数；
相应的，所述系数时频转换单元包括：
奇组系数时频转换单元，用于将所述奇组时域均衡滤波系数进行傅立叶变换，得到奇组频域均衡滤波系数；
偶组系数时频转换单元，用于将所述偶组时域均衡滤波系数进行傅立叶变换，得到偶组频域均衡滤波系数。
上述各个单元及各个模块在实际应用中，均可由位于数字相干接收机中的中央处理器(CPU)、微处理器(MPU)、数字信号处理器(DSP)、或现场可编程门阵列(FPGA)实现。
图3为本发明提供的一种光纤通信中自适应均衡滤波装置实施例在一种应用场景下的结构示意图，在该应用场景下，自适应均衡滤波装置接收两路时域信号h和v；在每一个时钟周期(即一拍)内，在每路时域信号上采集128个数据样点，如图3所示，该装置包括：数据分组单元401、时频转换单元402、均衡滤波单元403、逆傅立叶变换单元404、数据合并单元405、系数更新单元406和系数时频转换单元407；
具体的，数据分组单元401对128点并行输入的h偏振信号，与上一拍输入的128点数据重叠8个样点，得到136个样点。把136个样点按照样点索引分为奇组时域信号和偶组时域信号，再将每组时域信号分成N＝5个数据段，每段间重叠3个样点；显然，也可以先将136个样点分成5个数据段，每段间重叠6个样点，每小段数据再按索引的奇偶分组，得到的分组分段结果是相同的，如图4所示。同理，偏振信号v也进行上述分组分段操作。对于h和v的所述136个样点，可分别记为
h(i)，v(i)，i＝1，...，136
将136的样点分成5小段，每段重叠6个样点，每小段长度为32，再按样点索引分成奇偶两组。则分组分段后的数据为
其中，n＝1,…,5，i＝1,…,16；hodd，n表示奇组h时域信号的第n段数据，heven，n表示偶组h时域信号的第n段数据，vodd，n表示奇组v时域信号的第n段数据；veven，n表示偶组v时域信号的第n段数据。
时频转换单元402将数据分组单元输出的分组分段信号分别进行16点傅立叶变换，得到频域信号并输出给均衡滤波单元403。bodd，n的傅立叶变换记为Hodd，n，heven，n的傅立叶变换记为Heven，n，Vodd，n的傅立叶变换记为Vodd，n，Veven，n的傅立叶变换记为Veven，n。在实践中，10(＝N*2)个实现16点傅立叶变换所需的电路规模小于1个实现128点傅立叶变换所需的电路规模，因此，将时域信号样点进行分组分段处理，可降低时频转换单元的电路规模。
均衡滤波单元403根据系数时频转换单元406输出的频域均衡滤波系数，对时频转换单元402输出的频域信号进行均衡滤波，并将均衡后的x频域信号和y频域信号输出给逆傅立叶变换单元404；其中，均衡滤波的计算方法为：
这里，n为分段索引，Axh，even，Axv，even，Ayh，even，Ayv，even为偶组频域均衡滤波系数，Axh，odd，Axv，odd，Ayh，odd，Ayv，odd为奇组频域均衡滤波系数；Heven，n，Veven，n为第n段偶组频域数据；Hodd，n，Vodd，n为第n段奇组频域数据；Xn(k)为第n段均衡滤波后x频域信号，Yn(k)为第n段均衡后y频域信号。
逆傅立叶变换单元404，对均衡滤波单元403输出的频域信号进行16点逆傅立叶变换，得到均衡滤波后的x时域信号和y时域信号，并输出给数据合并单元405。在实践中，10(＝N*2)个实现16点逆傅立叶变换所需的电路规模小于1个实现128点逆傅立叶变换所需的电路规模，同样，逆傅立叶变换单元404的电路规模也得到了降低。
数据合并单元405，对逆傅立叶变换单元404输出的分组分段的x或y时域信号(即经过均衡滤波后的时域信号)，对于奇组数据去掉重叠样点，合并成一段奇组时域信号；同样，对于偶组数据去掉重叠样点，合并成一段偶组时域信号；最终将奇组和偶组数据再合并为完整的时域信号xout和yout输出。
系数更新单元406针对时域均衡滤波系数进行更新计算，可以采用的系数更新方法包括：常模盲均衡算法CMA(Constant Modulus Algorithm，恒模算法)、判决辅助最小均方误差法算法(Decision-Directed Least-Mean-Square，DDLMS)、或者多模盲均衡算法，其他针对时域的自适应系数更新算法，对于本发明实施例也是适用的。偏振复用光通信系统的自适应均衡滤波装置中有四组系数：axh(i)、axv(i)、ayh(i)、ayv(i)，i＝0,…,M-1。本实施例中，滤波器抽头个数M＝7。
系数时频转换单元407对系数更新单元406输出的时域系数axh，按照索引是奇数还是偶数分成两组，并利用傅立叶变换技术，将其变换到频域，得到Axh，odd和Axh，even。同理，对于axv、ayh、ayv分别按照索引是奇数还是偶数分成两组，并利用傅立叶变换技术，将其变换到频域，所使用的傅立叶变换点数为16。
现有的偏振复用光通讯接收机自适应均衡滤波装置为蝶形滤波器结构，共4组滤波器系数，为了有效补偿信道失真，滤波器长度较长，且系数为复数。使用现有的时域均衡滤波方式时，电路规模较大，功耗大。使用现有的频域均衡滤波方式时，虽节省了均衡滤波所消耗的资源，但额外增加了点数较大的傅立叶变换和逆傅立叶变换电路，点数较大的傅立叶变换和逆傅立叶变换的电路规模大、功耗大，同时实现变换带来的延迟大。采用本发明实施例提供的自适应均衡滤波装置，与现有技术相比，按照样点索引分组、分段，将信号分成多个小段，而滤波器系数亦按索引奇偶分成两部分，之后再使用频域滤波方式，所需的傅立叶变换的点数少，点数较小的傅立叶变换，实现简单，电路规模较小，功耗小，延迟也小。定点化评估了7个抽头(即128点傅立叶变换)的自适应均衡滤波时域实现方式与本发明实施例(即16点傅立叶变换)实现方式，本发明实施例均衡滤波装置比现有的均衡滤波装置实现方式要节约电路规模达到50％。
图5是本发明实施例提供的一种光纤通信中自适应均衡滤波方法的流程图，如图5所示，包括：
步骤601，将接收的时域信号按照样点索引分组，得到分组时域信号；
步骤602，将所述分组时域信号转换为分组频域信号；
步骤603，根据频域均衡滤波系数，对所述分组频域信号进行均衡滤波；
步骤604，对均衡滤波后的分组频域信号进行逆傅里叶变换，得到均衡滤波后的分组时域信号；
步骤605，将所述均衡滤波后的分组时域信号进行合并，得到完整的均衡滤波后时域信号。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。