濾波設備和用於提供濾波設備的方法
2023-05-12 05:40:31 2
專利名稱：濾波設備和用於提供濾波設備的方法
濾波設備和用於提供濾波設備的方法
背景技術：
本發明與濾波設備相關，特別地，與光學通信系統中的有限脈衝響應(Finite Impulse Response, FIR)等相關。依照慣例，HR濾波器的相鄰抽頭(gap)之間具有固定時延或時延。就這一點而言，圖1顯示了 HR濾波器100，其配置為過濾輸入信號s (t)，用於提供已濾波的輸出信號 r(t)。HR濾波器100具有多個抽頭110-116，各自的濾波係數分別為w0-w6。並且，FIR濾波器100具有多個延時單元121-126，其中，延時單元121-126具有相應的固定時延T。抽頭110-116的輸出由添加器條目130添加，用於提供濾波輸出信號r(t)。所有時延T的總和定義了 HR濾波器100的脈衝響應時間。為了均衡起見，濾波脈衝響應時間應大於或等於信道記憶時間。否則，信道損傷可能無法完全得到補償。這種常規HR濾波器也稱為橫向(transversal)濾波器，在相鄰抽頭之間部署所述的等間距的時間延遲或延遲T，以便濾波後的輸出結果為r(t)=
WmS (t-MT) +Wm^1S (t- (M-I) Τ) +. . . +W1S (t-T) +W0S (t)。公式中使用了濾波信號r(t)、輸入信號s(t)、濾波係數或抽頭權重Wi，i e {0， 1，...，Μ}和抽頭延遲Τ。通常情況下，延遲T通常也稱為抽頭延遲Τ，指的是符號持續時間Ts。在光學通信系統中，部署了抽頭延遲T = Ts/2，涉及到與波特率(Baudrate)相關的雙重過取樣(two-fold over-sampling) 0抽頭間距具有更佳解析度的過取樣的優勢，可由 T. Duthel等針對光學發射系統來進行驗證。「將具有T間距的均衡器與降低了複雜度的相干接收器一起使用時，損傷公差為lllGbit/s POLMUX-RZ-DQPSK」，2007年9月16至20日舉行的歐洲光學通信會議，文件Mo. 1. 3. 2。為了降低實施複雜度，應儘可能減少抽頭的總數，例如，總數為九個間距可實現4T 的HR濾波器脈衝響應持續時間。可能存在信道存儲器超過HR濾波器的脈衝響應時間的情況，例如通過更大的不同群組延遲(DGD)。要涵蓋這樣的情況，必需增加濾波器脈衝響應時間。對此，可在以下文獻中找到上述條件的理論基礎=Simon Haykin的2002年 Prentice Hall的「自適應濾波器」第四版的「背景和預覽」一章的第四節「線性濾波器結構」以及 2002 年 Wiley 的 Nevio Benvenuto and Giovanni Cherubini 中的「通信系統及其應用程式的算法」的1. 3-1. 4章節。此外，在給定常數數量的抽頭的情況下，還可以應用間距2T = Ts，其具有延長的濾波器脈衝響應，但如上所述，其在光學系統中會具有主要的濾波補償(penalty)。此處，文檔US 5，838，740A描述了間距為T = Ts/2的HR抽頭(tap)，其僅能覆蓋一半的濾波器脈衝持續時間。
發明內容
本發明要實現的一個目標是在濾波器脈衝持續時間長和解析度高之間提供一個變通方法。在本發明中，此目標可通過具有不同延遲的混合濾波結構來實現。因此，根據某些實施情況，可在一個濾波設計中採用多個延遲或抽頭延遲。通過在相鄰的抽頭之間包含或排除延遲單元，可以將此延遲結構創建為自適應的，以便調節信道存儲器的結構，也可以將延遲結構設計為靜態的，以便滿足特定條件。信道存儲器可使信號脈衝在多個符號插槽上傳播，以便與相鄰的脈衝相干涉。特別地，與脈衝中心相比，脈衝的邊緣可僅包含極少的脈衝能量。這樣，靠近脈衝邊緣的信息將低於脈衝中心。均衡器中的^R濾波器可嘗試提供反向信道脈衝響應，以便反轉脈衝的傳播，並且在均衡化之後，獲取到未失真的脈衝。HR濾波器抽頭之間的短期延遲，涉及到高取樣率，可提供更佳的解析度，與長期延遲相比，具有增強的反向信道脈衝表示。因此，當抽頭延遲降低後，可要求更大總數的抽頭以覆蓋特定脈衝持續時間，特別是在具有過取樣的系統中。相反，HR濾波器之間的長期延遲，涉及到低取樣率，基於抽頭數量進行比較時， 可導致長的濾波脈衝延長時間，從而可補償更長的信道脈衝響應。類似地，短期抽頭延遲和長期濾波器脈衝持續時間的優勢，可通過FIR濾波器的頻率域表示進行說明，也涉及到濾波器轉換函數。取樣率定義了數字帶寬，使用大型取樣率，導致大型數字帶寬。HR抽頭的數量涉及到數字帶寬內轉換函數的頻率域表示的數量。短抽頭延遲涉及到大的取樣率和寬的數字帶寬，其可避免轉換函數的上方和下方邊帶的過取樣，也稱為混疊(aliasing)。長抽頭延遲涉及到低取樣率，具有小的數字帶寬。 如果取樣率滿足第一個Nyquist (奈奎斯特)準則，則沒有混疊。在給定相同數量的HR 抽頭的情況下，則較短抽頭延遲的轉換函數具有較低的頻率解析度，同時轉換函數的表示的準確率也低。另一方面，較長抽頭延遲的轉換函數具有更優的頻率解析度，具有更準確的轉換函數表示。在光學發射系統中，每符號一個樣品的取樣率(T = Ts)通常不能滿足 Nyquist (奈奎斯特)準則。更好的辦法是，應用沒符號兩個樣品的取樣率(T = Ts/2)。此外，根據某些實施例，高解析度可連同低的背對背補償(back to back penalty) 一起提供。此外，根據一些實施例，當在給定的實施複雜度，即抽頭的總數，處於時間域階段之前的所有剩餘失真的穩健性將增加。此外，可降低所需的抽頭的數量以達到某些公差，防止線性信道失真。根據本發明的第一方面，提供了一種用於過濾輸入信號的濾波設備。該濾波設備具有帶有各自濾波係數的多個抽頭，以及多個延遲單元，其中至少兩個延遲單元具有不同的延遲。濾波設備可以為數字濾波器，特別是有限脈衝響應(FIR)濾波器。或者，濾波設備可為無限脈衝響應(Infinite Impulse Response, IIR)濾波器。並且，輸入信號可以為電輸入信號，特別是在光發射之後。此外，輸入信號可為光輸入信號。本發明的濾波器的示例可為具有特定結構的濾波器，其中，位於濾波器結構中間的抽頭的延遲或抽頭延遲相差T = Ts/2，位於濾波器邊緣或側面的抽頭的延遲可擴展為相差2T = Ts。在具有九個抽頭的濾波器的示例中，五個中間抽頭具有延遲T，每個邊緣的兩個抽頭相差延遲2T。在中間具有較近抽頭間距可提供良好的均衡性，其可具有更詳盡的濾波函數表示。在混合濾波器的邊緣具有較大的延遲可增加濾波器的總脈衝響應時間，從而允許使用較大的存儲器進行信道條件的均衡。根據一些實施例，因子α i乘以α Η < α i < α i+1，α e R的任意延遲或時間偏移，同時α 實數，可導致r (t) = wMs (t- α ΜΤ) +wM_lS (1-α M_J) +. · · +W1S (t_ α J) +w0s (t_ α 0T) ·特別地，數字系統可限制為模擬數字轉換(ADC)器的取樣率，取樣率為N/Ts可導致取樣時間Ts/N。抽頭延遲可為整數乘以I，Pi ez，I為正或負自然數，延遲為T = Ts/N。過濾後的輸出信號r(t)可表示為r (t) = wMs (t- β MT) +wM_lS (1-β M_J) +. . . +W1S (t_ β J) +w0s (t_ β 0T)特別地，β i可選擇為β = [9，7，6，5，4，3，2，0]，其可導致在濾波器的兩個邊緣具有更寬的間距，在濾波器的中心具有窄間距。根據一個實施形式，可在兩個抽頭之間安排相應的延遲單元。根據一個實施形式，每個抽頭可具有一個濾波係數和一個延遲單元。根據一個實施形式，濾波設備可包含用於調整濾波設備的延遲單元的延遲的調節裝置。有利的方面是，通過該調節裝置，濾波設備可以是可調整的，因而成為自適應。根據一個實施方式，所述調節裝置可依賴於濾波設備中的相應的延遲單元的位置，調整相應延遲單元的延遲。根據一個實施形式，可將多個延遲單元連接在一個串聯連接中。所述串聯連接可在串聯中間安排多個中間延遲單元，以及在串聯連接邊緣安排多個邊緣延遲單元。中間延遲單元的相應延遲可小於邊緣延遲單元的相應延遲。特別地，所述調節方式可將中間抽頭之間的延遲調整為小於濾波設備的邊緣抽頭之間的延遲。根據一個實施形式，可將所有延遲單元連接在一個串聯中。所述串聯連接可具有多個安排在串聯連接中間的中間延遲單元，以及安排在串聯連接邊緣的多個邊緣延遲單元。中間延遲單元的相應延遲可為邊緣延遲單元的相應延遲的一半。根據一個實施形式，所述調節裝置可配置為調整濾波設備的延遲單元的延遲，特別是將相應延遲調整為一個商數的倍數，所述商數為輸入信號的符號持續時間與用於對輸入信號進行取樣的過取樣率的商數。根據一個實施形式，濾波設備的延遲單元可具有多個不同的延遲。因此，通過本發明的過濾設備，可提供更複雜的濾波函數。根據一個實施形式，濾波設備可具有設置方式，用於設置兩個相鄰抽頭之間的延遲，方式為通過在兩個相鄰抽頭之間包含或不包含延遲單元。相應的方式，特別是調節裝置和設置裝置可以硬體或軟體的方式進行實施。如果所述方式採用硬體實施，則可以體現為設備，例如計算機或處理器或計算機系統等系統的一部分。如果所述方式以軟體的方式實施，則可以體現為電腦程式產品、功能、例程或程序代碼或者體現為可執行的對象。根據一個實施形式，兩個相鄰抽頭之間各自的延遲可以為靜態的。根據本發明的第二方面，提供了濾波排列方式，其中，所述濾波排列方式具有多個上面描述的濾波設備。根據本發明的第三方面，建議了一個提供濾波設備用於過濾輸入信號的方法，該方法包含用於提供多個具有相應濾波係數的抽頭的步驟，以及提供多個延遲單元的步驟， 其中至少兩個延遲單元具有不同的延遲。根據本發明的第四方面，本發明與電腦程式相關，其包含程序代碼，用於在計算機中運行時，執行提供濾波設備的方法。根據本發明的第五方面，提供一個調整濾波設備以過濾輸入信號的方法，其中，所述濾波設備具有帶有各自濾波係數的多個抽頭，以及多個延遲單元的串聯連接，該方法包含用於提供具有可調節的延遲的延遲單元的步驟以及調整延遲的步驟，其首先擴展串聯連接的外部延遲單元的延遲以便增加濾波設備的濾波存儲量。根據本發明的第六方面，本發明與電腦程式相關，其包含程序代碼，用於在計算機中運行時，執行調整濾波設備的方法。根據本發明的第七方面，建議了一種用於調整濾波設備以便過濾輸入信號的方法，所述濾波設備具有分別帶有濾波係數的多個抽頭，以及多個延遲單元的串聯連接，其中，該設備具有調整延遲單元的延遲的調節裝置，並首先使用串聯連接的外部延遲單元來增加濾波設備的濾波存儲量。
下面參考附圖描述了本發明的一些進一步實施例，其中圖1顯示了具有常數延遲的濾波設備，圖2顯示了具有不同延遲的濾波設備的實施例，圖3顯示的圖表說明了所需的光學信噪比達到10-3的誤碼率(bit-error-rate) 對比於三個不同的濾波長度的光信道損傷微分群組延遲的依存關係，圖4顯示的圖表說明了微分群組延遲值為0的濾波脈衝響應，圖5顯示的圖表說明了微分群組延遲值為36ps的濾波脈衝響應，圖6顯示的圖表說明了微分群組延遲值為72ps的濾波脈衝響應，圖7顯示的圖表說明了微分群組延遲公差(differential group delay tolerance)的改進，圖8顯示的圖表說明了色度色散容限(chromatic dispersion tolerance)的改進，圖9顯示了提供濾波設備方法的實施例，圖10顯示了調整濾波設備方法的實施例。
具體實施例方式圖2顯示了具有不同延遲T、2T的濾波設備200的實施例。濾波設備200可為HR濾波器。圖2的HR濾波器200接收輸入信號s (t)並輸出過濾後的輸出信號r(t)。HR濾波器200具有七個抽頭210-216。抽頭210-216分別具有濾波係數w0-w6。例如，抽頭211具有濾波係數wl。此外，FIR 200具有六個延遲單元 221-226。延遲單元221-226分別排列在兩個抽頭210-216之間。抽頭210-216的數量與延遲單元221-226的數量在圖2中僅作示範之用。圖2的中間延遲單元222至225具有抽頭延遲T。而邊緣延遲單元221和2 具有延遲2T。並且，此結構僅用作提供示例。通過示例的方式，延遲單元222和225具有延遲 2T。抽頭210-216的輸出由添加器實體230添加以提供輸出信號r⑴。
參考圖3-6，光信道損傷微分群組延遲(DOT)可產生線性失真，會增加信道存儲量。可將濾波脈衝響應的長度調節為長於或等於信道脈衝響應的長度，以允許信道損傷的免罰(penalty-free)補償。否則，誤碼率(BER)將退化或要求更高的信噪比(SNR)以保持 BER為常數。對此，圖3顯示的圖表說明了所需的光信噪比(OSNR)對光信道損傷微分群組時延 (DGD)的依存關係。特別地，圖3顯示了所需的光學信噪比(OSNR)與具有不同抽頭長度的 D⑶的對比。九個抽頭長度可能足以達到50ps的D⑶。並且，i^一個抽頭可能會將D⑶的範圍擴展到70ps。此外，圖4顯示的圖表說明了微分群組延遲(DOT)值為0的濾波脈衝響應。採用模擬方式，圖5和圖6分別顯示了 36ps和72ps。參考圖6，對於72ps的D⑶，可能已縮短了濾波存儲器。邊緣的抽頭可能不會降低至零。在這種情況下，可能會要求十一個抽頭而不是九個抽頭，以達到濾波脈衝響應所需的長度。在圖7中描述了一個圖表，說明微分群組延遲(DOT)容差的改進。特別地，曲線701 顯示了標準9個抽頭濾波器FIR的情況，而曲線702顯示了根據本發明，九個混合抽頭HR 濾波器的情況。因為曲線701明顯位於曲線702的上方，與明顯顯示固定抽頭延遲的標準 HR結構相比，根據本發明的混合延遲結構有了改進。例如，如圖2中所示，混合延遲結構可在濾波器的邊緣應用2T延遲，在中間抽頭處應用T延遲。如圖1中所示，與標準FIR結構的8T相比，這樣可以將濾波脈衝響應的長度擴展為10T。圖8顯示的圖表說明了對色度色散(chromatic dispersion，CD)容限的改進。圖 8的χ軸使用單位ps/nm顯示剩餘的⑶。此外，y軸顯示了所需的OSNR (ROSNR)。圖8顯示了三條曲線801-803。曲線801基於九個抽頭的濾波結構，具有相應的常數延遲T = Ts/2。 曲線802和803的混合延遲結構在濾波器的邊緣應用具有2T = Ts延遲的九個抽頭。對此， 曲線802的「混合( 」在每個濾波器側的一個抽頭上應用擴展的延遲，總共為兩個擴展的延遲2T。此外，曲線803的「混合(6)」在每個濾波器側的三個抽頭上應用擴展的延遲，總共為六個擴展的延遲2T。特別地，根據圖8，對於具有大型值的CD，其中，根據曲線801的標準FIR結構已受限於其慢速脈衝長度，根據曲線802和803的混合結構具有擴展的脈衝長度，可具有明顯的優勢。圖9描述了用於提供濾波設備方法的實施例。如圖9中所示，該方法包含為901提供多個具有相應濾波器係數的抽頭。此外， 圖9中的方法包含為902提供多個延遲單元的步驟，其中，至少兩個延遲單元具有不同的延遲。此外，在圖10中，描述了用於調整濾波設備的方法的實施例，所述濾波設備具有帶有各自濾波係數的多個抽頭，以及多個延遲單元的串聯連接。圖2中顯示了此類濾波器的實施例。圖10的方法包含的步驟，用於為1001提供具有可調節延遲延遲單元。此外，圖10中的方法具有的步驟，可為1002調節延遲，並首先擴展串聯連接的外部延遲單元的延遲，以便提高濾波設備的濾波存儲量。根據某些實施例，濾波設備體現為有限脈衝響應(FIR)濾波器。並且，本發明還可體現為無限脈衝響應(IIR)濾波器。
權利要求
1.用於過濾輸入信號(s(t))的濾波設備000)，其包括，多個抽頭010-216)，具有各自的濾波係數(w0-w6)以及多個延遲單元021-2 )，其中至少兩個延遲單元(221-226)具有不同的延遲。
2.如權利要求1所述的濾波設備(200)，其中在兩個抽頭O10-216)之間安排了相應的延遲單元021-2 )。
3.如權利要求1或2所述的濾波設備(200)，其中，抽頭O10-216)具有至少一個濾波係數(w0-w6)以及至少一個延遲單元 (221-226)。
4.如上述權利要求中的一個權利要求所述的濾波設備000)，包括，調節裝置，用於調整濾波設備O00)的延遲單元021-2 )的延遲。
5.如上述權利要求中的一個權利要求所述的濾波設備000)，包括，調節裝置，用於根據相應的延遲單元(221-226)在濾波設備(200)或信號路徑中的位置，調整相應的延遲單元021-2 )的延遲。
6.如上述權利要求中的一個權利要求所述的濾波設備000)，其中，延遲單元021-2 )串聯在一起，以形成串聯連接，所述串聯連接具有多個安排在串聯連接中間的中間延遲單元022-225)，以及相應數量的安排在串聯連接邊緣的邊緣延遲單元021,2 )，其中，中間延遲單元022-225)的相應延遲小於邊緣延遲單元(221， 226)的相應延遲。
7.如上述權利要求中的一個權利要求所述的濾波設備000)，其中，延遲單元021-2 )串聯在一起，以形成串聯連接，所述串聯連接具有多個安排在串聯連接中間的中間延遲單元022-225)，以及相應數量的安排在串聯連接邊緣的邊緣延遲單元021,2 )，其中，中間延遲單元022-225)的相應延遲是邊緣延遲單元(221， 226)中至少一個的相應延遲的一半。
8.如上述權利要求中的一個權利要求所述的濾波設備000)，包括，調節裝置，用於調整濾波設備O00)的延遲單元021-2 )的延遲，其中所述調節裝置用於調整相應的延遲，以使所述相應的延遲為一個商數的倍數，所述商數為輸入信號(s(t))的符號持續時間與用於對輸入信號(s(t))進行取樣的過取樣率的商數。
9.如上述權利要求中的一個權利要求所述的濾波設備000)，其中，濾波設備O00)的延遲單元(221-226)具有至少三個不同的延遲。
10.如上述權利要求中的一個權利要求所述的濾波設備000)，包括，設置裝置，用於設置兩個相鄰抽頭(210-216)之間的延遲，方式是通過在兩個相鄰抽頭(210-216)之間包括或不包括一個或多個延遲單元(221-226)。
11.如上述權利要求中的一個權利要求所述的濾波設備000)，其中，濾波設備(200)為有限脈衝響應(FIR)濾波器。
12.濾波設備，包括，如上述權利要求中的一個權利要求所述的多個濾波設備000)，用於過濾輸入信號 (s ⑴)。
13.提供用於過濾輸入信號(s(t))的濾波設備Q00)的方法，該方法包括，提供具有各自的濾波係數(w0-w6)的多個抽頭010-216)，以及提供多個延遲單元021-2 ),其中至少兩個延遲單元(221-226)具有不同的延遲。
14.一個用於調整濾波設備O00)的方法，用於過濾輸入信號(s (t))，所述濾波設備 (200)具有多個抽頭010-216)，分別具有濾波係數(w0-w6)和多個延遲單元(221-226)的串聯連接，該方法包括，調節延遲單元021-2 )的延遲，首先調整串聯連接的外部延遲單元021,2 )，以增加濾波設備O00)的濾波器存儲量。
15.用於調整濾波設備O00)的設備，用於過濾輸入信號(s(t))，所述濾波設備(200) 具有多個抽頭(210-216)和多個延遲單元(221-226)的串聯連接，所述多個抽頭(210-216) 分別具有濾波係數(w0-w6)，該方法包括，調節裝置，用於調節延遲單元021-2 )的延遲，首先調整串聯連接的外部延遲單元 021,2 )，以增加濾波設備O00)的濾波器存儲量。
全文摘要
本發明與用於過濾輸入信號(s(t))的濾波設備(200)相關。濾波設備(200)具有帶有各自的濾波係數(w0-w6)的多個抽頭，以及多個延遲單元(221-226)，其中至少兩個延遲單元(221-226)具有不同的延遲。
文檔編號H03H17/00GK102388534SQ201080021953
公開日2012年3月21日 申請日期2010年2月20日 優先權日2010年2月20日
發明者尼古勞斯·好斯克·菲邊, 解長松 申請人:華為技術有限公司