數(shù)字信號處理裝置制造方法
【專利摘要】以對應于插入的固定濾波器的量的符號間干擾殘存的方式優(yōu)化適應濾波器的參數(shù)。包含于光信號接收機，處理從光信號轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號的數(shù)字信號處理裝置具備：線性適應濾波器，使能夠動態(tài)地控制的線性的傳遞函數(shù)作用于數(shù)字信號；最大似然序列解碼器，通過最大似然序列推定將接收信號解碼，所述最大似然序列推定使傳輸路徑模型的傳遞函數(shù)作用于多個信號序列候補并生成多個對照信號，評價線性適應濾波器的輸出信號與對照信號的差分并推定最可能的發(fā)送時間序列；信號再現(xiàn)器，生成與來自最大似然序列解碼器的解碼數(shù)據(jù)對應的信號；反饋失真附加濾波器，將與在最大似然序列解碼器中使用的傳輸路徑模型等價的失真附加于信號再現(xiàn)器的輸出信號；以及適應等化濾波器控制塊，將作為反饋失真附加濾波器的輸出信號的目標信號與數(shù)字信號之差作為誤差信號，通過LMS算法更新線性適應濾波器的抽頭系數(shù)。
【專利說明】數(shù)字信號處理裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及包含于光纖通信用途的光信號接收機的、處理由光電轉(zhuǎn)換裝置、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器從光信號轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號的數(shù)字信號處理裝置。
[0002]本申請基于在日本于2011年2月7日申請的日本特愿2011-024022號而要求優(yōu)先權，將其內(nèi)容援引于此。
【背景技術】
[0003]在對相位調(diào)制后的偏振復用光信號進行相干檢波，通過數(shù)字信號處理裝置復原信號的數(shù)字相干傳輸技術中，單位波長信道的傳輸容量、以及頻率利用效率飛躍性地增加(例如，參照非專利文獻I-3)。
[0004]通過數(shù)字信號處理，能夠進行偏振復用信號的分離、局部振蕩光頻率偏移補償、波長分散補償、偏振模分散補償、以及頻帶限制失真的補償。由于信號光的偏振狀態(tài)、傳輸路徑的偏振模分散、局部振蕩光的頻率偏移量等隨時間波動，故數(shù)字信號處理電路一般包含適應等化濾波器。作為適應等化濾波器的控制算法，CMA(恒模算法:Constant ModulusAlgorithm)、DD-LMS (Decision-Directed Least Mean Squared algorithm)為代表性的。這些控制算法使用關于信號波形的已知信息，實時地計算補償傳輸路徑導致的波形失真的傳遞函數(shù)，從而實現(xiàn)等化濾波器的適應動作(例如參照非專利文獻4)。
[0005]作為補償信號失真的其他方法，有使用最大似然序列推定(MLSE)的方法。MLSE是使傳輸路徑模型作用于多個信號序列候補而生成多個對照信號，通過評價輸入信號與對照信號的差分，從而推定最 可能的發(fā)送時間序列的手法。
[0006]現(xiàn)有技術文獻 非專利文獻
非專利文獻 I:Frowin Derr, “Coherent optical QPSK intradyne system: Conceptand digital receiver realization，，，JLT, vol.10, n0.9 (1992)；
非專利文獻 2:S.Tsukamoto et al., "Coherent Demodulation of 40-Gbit/s Polarization-Multiplexed QPSK Signals with 16-GHz Spacing after 200-kmTransmission", PDP29, OFC 2005 ；
非專利文獻3:T.Kobayashi et al., 〃Ultra long-haul transmission over 6,000km of 100 Gb/s serial signal by using coherent detection", Optical FiberCommunication -1ncudes post deadline papers, 2009.0FC 2009 ；
非專利文獻 4:Seb J.Savory, "Digital filters for coherent opticalreceivers", Optics Express, 16(2)， 804-817(2008)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]另一方面，上述適應等化濾波器對于進行奈奎斯特極限以下的強頻帶狹窄化時的頻帶限制失真的補償僅具有有限的效果。頻帶限制失真的通過適應等化的補償在頻域中為對信號的頻譜進行整形的操作。頻率濾波器導致的衰減波及奈奎斯特頻帶內(nèi)即符號率(symbol rate)的1/2以下的頻率分量時，頻帶限制失真的線性等化濾波器的補償為放大因頻帶限制而衰減的高頻信號分量的操作。由于在衰減的頻帶中信噪比低，故如果將該頻帶放大，則結果降低整體的信噪比。
[0008]因此，當信號的占有頻帶接近奈奎斯特極限時，與適應等化濾波器的失真補償動作無關地，傳輸困難(penalty)隨著增強頻帶限制而急劇增大。因此，憑借通過等化濾波器補償接收信號的失真的方法，奈奎斯特極限附近的傳輸設計困難。由于在光傳輸系統(tǒng)中存在波長合分波濾波器、ADD-DROP用的光濾波器等，信號光的頻帶在傳輸中被削減，故需要考慮傳輸中被削減的量而送出頻帶寬的信號光。因此，現(xiàn)實中難以達成奈奎斯特極限的頻率利用效率。假設以奈奎斯特極限頻帶送出信號光時，在接收端被削減為奈奎斯特頻帶以下，產(chǎn)生大的傳輸困難的可能性很高。而且，使用適應等化濾波器補償起因于非線性光學效應的失真在原理上是不可能的。
[0009]另一方面，作為補償信號失真的另一個方式的最大似然序列推定(MLSE)是使傳輸路徑模型作用于多個信號序列候補而生成多個對照信號，通過評價輸入信號與對照信號的差分，從而推定最可能的發(fā)送時間序列的手法，關于上述方面比適應等化濾波器有利。由于對接收信號進行整形的操作無法進行，故在接收受到頻帶限制的信號時，不產(chǎn)生噪聲放大之類的問題。因此，頻帶限制導致的接收品質(zhì)下降比利用等化濾波器時緩和。另外，通過使傳輸路徑模型具有非線性，能夠進行非線性失真的補償。
[0010]從反面看，M LSE存在計算量變大的缺點。尤其在DP-QPSK那樣的多通道傳輸?shù)那闆r下，計算量的問題嚴重。MLSE將L個符號序列作為一個狀態(tài)處理，從M的L次方個候補中選定最可能的狀態(tài)從而進行解碼。在此，M為符號的多值數(shù)，如果為啟閉鍵控(00K:On-Offkeying)則M = 2，如果為偏振復用4值相位調(diào)制(DP-QPSK)則M = 8。當多值數(shù)M增大時，應考慮的狀態(tài)數(shù)爆炸性地增大。在L = 5時，如果為啟閉鍵控，則狀態(tài)數(shù)為32，而在DP-QPSK中，狀態(tài)數(shù)變?yōu)?2768，難以實 現(xiàn)。
[0011]但是，通過將多通道信號分解為單通道信號之后接收，則能夠回避甚至減輕上述問題。DP-QPSK信號不直接對MLSE解碼器輸入，而是先進行偏振分離或者偏振分離和正交相位分離，之后對多個MLSE解碼器輸入，從而能夠減少狀態(tài)數(shù)。當在與上述相同的L = 5的條件下對DP-QPSK信號進行偏振分離，則狀態(tài)數(shù)能夠減少至1024，進而通過進行正交相位分離，能夠?qū)顟B(tài)數(shù)減少至32。
[0012]偏振分離能夠通過利用適當?shù)乇贿m應控制的蝶式濾波器而實現(xiàn)。蝶式濾波器如圖18所示，是構成為配置了線性濾波器hxx、hxy、hyx、hyy的兩輸入兩輸出的信號處理電路。輸入X以及Y的兩個通道的信號，在適當?shù)剡x擇的四個兩組傳遞函數(shù)下取卷積線性和，輸出兩個通道的信號。即，若設輸入為Xin、Yin，設輸出為Χ_、Υ_，則輸入輸出的關系如下式(I)所示。
[0013][數(shù)學式I]
【權利要求】
1.一種數(shù)字信號處理裝置，包含于光纖通信用途的光信號接收機，處理由光電轉(zhuǎn)換裝置以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器從光信號轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號，所述數(shù)字信號處理裝置，包括: 線性適應濾波器，輸入所述數(shù)字信號，使能夠動態(tài)地控制的線性的傳遞函數(shù)作用于所輸入的所述數(shù)字信號并輸出； 最大似然序列解碼器，輸入所述線性適應濾波器的輸出信號，通過最大似然序列推定將接收信號解碼，所述最大似然序列推定使傳輸路徑模型的傳遞函數(shù)作用于多個信號序列候補并生成多個對照信號，評價所輸入的所述線性適應濾波器的輸出信號與所述對照信號的差分而推定最可能的發(fā)送時間序列； 信號再現(xiàn)器，輸入來自所述最大似然序列解碼器的解碼數(shù)據(jù)，生成對應于所述解碼數(shù)據(jù)的信號； 反饋失真附加濾波器，輸入來自所述信號再現(xiàn)器的輸出信號，將與在所述最大似然序列解碼器中使用的所述傳輸路徑模型等價的失真附加于所述信號再現(xiàn)器的所述輸出信號并輸出；以及 適應等化濾波器控制塊，將所述反饋失真附加濾波器的輸出信號作為目標信號而輸入，輸入向所述線性適應濾波器輸入的所述數(shù)字信號，將所述目標信號與輸入的所述數(shù)字信號之差作為誤差信號，通過最小均方算法即LMS算法更新所述線性適應濾波器的抽頭系數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所 述的數(shù)字信號處理裝置，還具備輸入端延遲電路，所述輸入端延遲電路對向所述線性適應濾波器輸入的所述數(shù)字信號施加與所述最大似然序列解碼器的延遲與所述反饋失真附加濾波器的延遲之和相等的量的延遲，向所述適應等化濾波器控制塊輸出。
3.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字信號處理裝置，還具備: 載波相位推定電路，輸入所述線性適應濾波器的所述輸出信號，推定載波頻率/相位偏移，輸出相位補償信號以及作為所述相位補償信號的倒數(shù)的逆補償信號； 相位補償電路，配置于所述線性適應濾波器與所述最大似然序列解碼器之間，將所述線性適應濾波器的所述輸出信號作為主信號而輸入，輸入從所述載波相位推定電路輸出的所述相位補償信號，在使所述相位補償信號作用于所述線性適應濾波器的所述輸出信號之后對所述最大似然序列解碼器輸出；以及 相位逆補償電路，配置于所述反饋失真附加濾波器與所述適應等化濾波器控制塊之間，將所述反饋失真附加濾波器的所述輸出信號作為主信號而輸入，輸入從所述載波相位推定電路輸出的所述逆補償信號，在使所述逆補償信號作用于所述反饋失真附加濾波器的所述輸出信號之后輸出至所述適應等化濾波器控制塊。
4.根據(jù)權利要求3所述的數(shù)字信號處理裝置，具備: 主信號延遲電路，對所述線性適應濾波器的所述輸出信號施加與相位推定的延遲相等的量的延遲，并供應至所述相位補償電路； 輸入端延遲電路，設于所述適應等化濾波器控制塊的前級，輸入向所述線性適應濾波器輸入的所述數(shù)字信號，施加與所述最大似然序列解碼器的延遲和所述反饋失真附加濾波器的延遲和所述主信號延遲電路的所述延遲之和相等的量的延遲，并向所述適應等化濾波器控制塊供應；以及相位逆補償信號延遲電路，配置于所述載波相位推定電路與所述相位逆補償電路之間，對從所述載波相位推定電路輸出的所述逆補償信號施加與所述最大似然序列解碼器的所述延遲與所述反饋失真附加濾波器的所述延遲之和相等的量的延遲。
5.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字信號處理裝置，還具備: 頻帶限制推定電路，基于所述數(shù)字信號而推定在光傳輸鏈路的傳輸過程中所述光信號受到的頻帶限制寬度以及衰落形狀，生成辨識頻帶限制的參數(shù)并輸出， 所述最大似然序列解碼器將所述參數(shù)利用于所述對照信號的生成， 所述反饋失真附加濾波器將對應于所述參數(shù)的頻帶限制失真附加于所述信號再現(xiàn)器的所述輸出信號。
6.一種數(shù)字信號處理裝置，包含于光纖通信用途的光信號接收機，通過光電轉(zhuǎn)換裝置以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器而處理從偏振復用的光信號轉(zhuǎn)換的兩個通道的復數(shù)形式的數(shù)字電信號，所述數(shù)字信號處理裝置，具備: 蝶式濾波器，具有能夠經(jīng)由具有能夠從外部控制的傳遞函數(shù)的四個線性適應濾波器而直接以及交叉地連接兩個輸入與兩個輸出之間的構成，輸入所述兩個通道的數(shù)字電信號，輸出X端以及Y端的兩個通道的數(shù)字信號； X端最大似然序列解碼塊，輸入所述蝶式濾波器的X端輸出信號，通過最大似然序列推定將X端接收信號解碼，所述最大似然序列推定使傳輸路徑模型的傳遞函數(shù)作用于多個信號序列候補并生成X端的多個對照信號，通過評價所輸入的所述蝶式濾波器的所述X端輸出信號與所述X端的對照信號的差分從而推定最可能的發(fā)送信號時間序列； Y端最大似然序列解碼塊，輸入所述蝶式濾波器的Y端輸出信號，通過最大似然序列推定將Y端接收信號解碼，所述最大似然序列推定使傳輸路徑模型的傳遞函數(shù)作用于多個信號序列候補并生成Y端的多個對照信號，通過評價所輸入的所述蝶式濾波器的所述Y端輸出信號與所述Y端的對照信號的差分從而推定最可能的發(fā)送信號時間序列； X端信號再現(xiàn)塊，輸入所述X端最大似然序列解碼塊的X偏振同相分量以及X偏振正交相位分量的輸出數(shù)據(jù)，再現(xiàn)X端的信號并輸出； Y端信號再現(xiàn)塊，輸入所述Y端最大似然序列解碼塊的Y偏振同相分量以及Y偏振正交相位分量的輸出數(shù)據(jù)，再現(xiàn)Y端的信號并輸出； X端反饋失真附加濾波器，輸入所述X端信號再現(xiàn)塊的輸出信號，對所輸入的所述X端信號再現(xiàn)塊的所述輸出信號附加與在所述X端最大似然序列解碼塊中使用的所述傳輸路徑模型等價的失真并輸出； Y端反饋失真附加濾波器，輸入所述Y端信號再現(xiàn)塊的輸出信號，對所輸入的所述Y端信號再現(xiàn)塊的所述輸出信號附加與在所述Y端最大似然序列解碼塊中使用的所述傳輸路徑模型等價的失真并輸出； X端適應等化濾波器控制塊，將所述X端反饋失真附加濾波器的輸出信號作為X端目標信號而輸入，將去往所述蝶式濾波器的X端輸入信號以及Y端輸入信號作為輸入端X信號以及輸入端Y信號而輸入，將所述X端目標信號與所述輸入端X信號之差、以及所述X端目標信號與所述輸入端Y信號之差作為誤差信號，通過最小均方算法即LMS算法更新向所述蝶式濾波器的X端輸出連線的兩個線性適應濾波器的抽頭系數(shù)；以及 Y端適應等化濾波器控制塊，將所述Y端反饋失真附加濾波器的輸出信號作為Y端目標信號而輸入，輸入所述輸入端Y信號以及所述輸入端X信號，將所述Y端目標信號與所述輸入端Y信號之差、以及所述Y端目標信號與所述輸入端X信號之差作為誤差信號，通過所述LMS算法更新向所述蝶式濾波器的Y端輸出連線的兩個線性適應濾波器的抽頭系數(shù)。
7.根據(jù)權利要求6所述的數(shù)字信號處理裝置，還具備: X輸入端延遲電路，對去往所述蝶式濾波器的所述X端輸入信號施加與所述X端最大似然序列解碼塊的延遲與所述X端反饋失真附加濾波器的延遲之和相等的量的延遲，作為所述X端適應等化濾波器控制塊的所述輸入端X信號以及所述Y端適應等化濾波器控制塊的所述輸入端X信號而供應；以及 Y輸入端延遲電路，對去往所述蝶式濾波器的所述Y端輸入信號施加與所述Y端最大似然序列解碼塊的延遲與所述Y端反饋失真附加濾波器的延遲之和相等的量的延遲，作為所述Y端適應等化濾波器控制塊的所述輸入端Y信號以及所述X端適應等化濾波器控制塊的所述輸入端Y信號而供應。
8.根據(jù)權利要求6所述的數(shù)字信號處理裝置，還具備: X端載波相位推定塊，輸入所述蝶式濾波器的所述X端輸出信號，推定載波相位偏移，輸出X端相位補償信號以及X端相位逆補償信號； X端相位補償電路，將所述蝶式濾波器的所述X端輸出信號作為主信號而輸入，輸入來自所述X端載波相位推定塊 的所述X端相位補償信號，在使所述X端相位補償信號作用于所述蝶式濾波器的所述X端輸出信號之后，供應至所述X端最大似然序列解碼塊； X端相位逆補償電路，將來自所述X端反饋失真附加濾波器的所述輸出信號作為主信號而輸入，輸入來自所述X端載波相位推定塊的所述X端相位逆補償信號，在使所述X端相位逆補償信號作用于來自所述X端反饋失真附加濾波器的所述輸出信號之后，作為所述X端適應等化濾波器控制塊的所述X端目標信號而輸出； Y端載波相位推定塊，輸入所述蝶式濾波器的所述Y端輸出信號，推定載波相位偏移，輸出Y端相位補償信號以及Y端相位逆補償信號； Y端相位補償電路，將所述蝶式濾波器的所述Y端輸出信號作為主信號而輸入，輸入來自所述Y端載波相位推定塊的所述Y端相位補償信號，在使所述Y端相位補償信號作用于所述蝶式濾波器的所述Y端輸出信號之后，供應至所述Y端最大似然序列解碼塊；以及Y端相位逆補償電路，將來自所述Y端反饋失真附加濾波器的所述輸出信號作為主信號而輸入，輸入來自所述Y端載波相位推定塊的所述Y端相位逆補償信號，在使所述Y端相位逆補償信號作用于來自所述Y端反饋失真附加濾波器的所述輸出信號之后，作為所述Y端適應等化濾波器控制塊的所述Y端目標信號而輸出。
9.根據(jù)權利要求8所述的數(shù)字信號處理裝置，還具備: X端主信號延遲電路，對所述蝶式濾波器的所述X端輸出信號施加與所述X端載波相位推定塊的延遲相等的量的延遲，并向所述X端相位補償電路輸出； Y端主信號延遲電路，對所述蝶式濾波器的所述Y端輸出信號施加與所述Y端載波相位推定塊的延遲相等的量的延遲，并向所述Y端相位補償電路輸出； X端相位逆補償信號延遲電路，對所述X端載波相位推定塊的所述X端相位逆補償信號施加與所述X端最大似然序列解碼塊的延遲與所述X端反饋失真附加濾波器的延遲之和相等的量的延遲，并向所述X端相位逆補償電路輸出；Y端相位逆補償信號延遲電路，對所述Y端載波相位推定塊的所述Y端相位逆補償信號施加與所述Y端最大似然序列解碼塊延遲與所述Y端反饋失真附加濾波器的延遲之和相等的量的延遲，并向所述Y端相位逆補償電路輸出； X輸入端延遲電路，對去往所述蝶式濾波器的所述X端輸入信號施加與所述X端主信號延遲電路的所述延遲和所述X端最大似然序列解碼塊的所述延遲和所述X端反饋失真附加濾波器的所述延遲之和相等的量的延遲，并作為所述X端適應等化濾波器控制塊以及所述Y端適應等化濾波器控制塊的所述輸入端X信號而輸出；以及 Y輸入端延遲電路，對去往所述蝶式濾波器的所述Y端輸入信號施加與所述Y端主信號延遲電路的所述延遲和所述Y端最大似然序列解碼塊的所述延遲和所述Y端反饋失真附加濾波器的所述延遲之和相等的量的延遲，并作為所述Y端適應等化濾波器控制塊以及所述X端適應等化濾波器控制塊的所述輸入端Y信號而輸出。
10.根據(jù)權利要求6所述的數(shù)字信號處理裝置，還具備: I抽頭蝶式濾波器，輸入從所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的所述數(shù)字電信號，去除X偏振信道與Y偏振信道之間的交調(diào)失真，生成偏振分離的X端信號以及Y端信號；以及 頻率偏移補償電路，補償從所述I抽頭蝶式濾波器輸出的所述X端信號以及所述Y端信號頻率偏移，將頻率偏移補償后的X端信號以及Y端信號向所述蝶式濾波器輸出。
【文檔編號】H04B10/69GK103460659SQ201280007549
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年2月7日 優(yōu)先權日:2011年2月7日
【發(fā)明者】堀越建吾, 山崎悅史, 小林孝行, 吉田英二, 宮本裕 申請人:日本電信電話株式會社