專利名稱：濾波器系數(shù)調(diào)整裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明和數(shù)字相干光接收機(jī)相關(guān)，更準(zhǔn)確地說(shuō)，和濾波器系數(shù)調(diào)整 裝置和方法相關(guān)。
背景技術(shù)：
偏振復(fù)用技術(shù)通過(guò)分別對(duì)空間中具有正交偏振態(tài)的兩路載波光調(diào)制 不同的信息可以使光通信系統(tǒng)的頻譜利用率或容量翻倍。另一方面相干 檢測(cè)技術(shù)可以將兩個(gè)正交偏振方向的光信號(hào)的幅度和相位信息搬移到基 帶，從而使所有偏振信息得到保留，這使得在基帶數(shù)字域上利用信號(hào)處 理技術(shù)進(jìn)行偏振解復(fù)用成為可能。
與移動(dòng)通信不同，光網(wǎng)絡(luò)需要為上層業(yè)務(wù)提供連續(xù)的、透明的傳送 功能。這就要求光接收機(jī)中的信號(hào)處理功能盡量與所傳信息無(wú)關(guān)，或者
說(shuō)所有的信號(hào)處理都是非數(shù)據(jù)輔助(Ncm-data-aided)的處理。目前兩種 常用的非數(shù)據(jù)輔助的偏振解復(fù)用算法是恒模算法(Constant Modulus Algorithm)和判決指導(dǎo)(Decision Directed)算法。
Andreas Leven等人利用FPGA實(shí)現(xiàn)了恒模算法并成功地進(jìn)行了實(shí)時(shí) 的10Gbit/s偏振解復(fù)用實(shí)驗(yàn)("Areal-time CMA-based 10 Gb/s polarization demultiplexing coherent receiver implemented in an FPGA" ， OFC2008, Paper OTu02)。恒模算法(CMA)的原理是通過(guò)調(diào)整一組濾波器的系數(shù)， 使得輸出信號(hào)的模值與所給參考值盡可能地接近。這個(gè)過(guò)程不需要知道 所傳信息，因此CMA是一種盲算法。但是CMA要求所傳輸?shù)男盘?hào)具有 恒定功率特性(如PSK信號(hào))，這使得其應(yīng)用范圍受限。
CMA最大的問(wèn)題是奇異性問(wèn)題，即兩路輸出信號(hào)收斂到同一個(gè)信號(hào) 源的問(wèn)題。CMA產(chǎn)生奇異性問(wèn)題的原因是，CMA的代價(jià)函數(shù)本身是一 個(gè)多極值函數(shù)，導(dǎo)致奇異性問(wèn)題的濾波器系數(shù)仍然是它的局部最優(yōu)解，在迭代過(guò)程中CMA較容易收斂至局部最優(yōu)點(diǎn)。該問(wèn)題在系統(tǒng)存在偏振依 賴損耗(PDL)時(shí)尤為明顯。
T. Pfau等人利用FPGA實(shí)現(xiàn)了判決指導(dǎo)算法并成功地進(jìn)行了實(shí)時(shí)的 2.8Gbit/s偏振解復(fù)用實(shí)驗(yàn)("Polarization-multiplexed 2.8 Gbit/s synchronous QPSK transmission with real-time digital polarization tracking" , ECOC2007, Paper 8.3.3)。判決指導(dǎo)(DD)的原理是利用判決輸出的數(shù)據(jù)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng) LMS方法中的訓(xùn)練序列來(lái)對(duì)濾波器系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。該方法最大的問(wèn)題是 收斂速度問(wèn)題，如果信道條件很惡劣的話，甚至不能收斂。另外，該方 法還需要用相位恢復(fù)模塊所估算的相位誤差來(lái)構(gòu)造參考信號(hào)，因此復(fù)雜 度較高。
另外，還可以將CMA和DD兩種方法結(jié)合起來(lái)使用。S. J. Savory 在其離線實(shí)驗(yàn)中首先用CMA來(lái)捕獲信號(hào)，當(dāng)信號(hào)初步分開(kāi)后啟動(dòng)DD算 去來(lái)足艮蹤l言號(hào) ("Transmission of 42.8Gbit/s polarization multiplexed NRZ-QPSK over 6400km of standard fiber with no optical dispersion compensation" ， OFC2007, OTuAl)。這樣做雖然回避了 DD的收斂速度 問(wèn)題，但無(wú)法避免CMA的奇異性問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述情況作出，提供了濾波器系數(shù)調(diào)整裝置和方法，用 以克服現(xiàn)有技術(shù)的一種或更多種缺點(diǎn)，至少提供一種有益的選擇。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘韵掳l(fā)明。
發(fā)明1、 一種濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置用于 偏振解復(fù)用裝置中，所述偏振解復(fù)用裝置利用濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行解 復(fù)用，獲得解復(fù)用輸出信號(hào)，所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置用于調(diào)整所述濾 波器的系數(shù)，其特征在于，所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置包括
對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元，用于計(jì)算所述解復(fù)用輸出信號(hào)的目標(biāo)概率密度 函數(shù)在自變量取值為當(dāng)前解復(fù)用輸出信號(hào)值時(shí)的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值；
梯度計(jì)算單元，用于根據(jù)所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元所計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏
導(dǎo)值計(jì)算用于對(duì)所述解復(fù)用輸出信號(hào)的分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的梯度；以及
濾波器系數(shù)更新單元，根據(jù)所述梯度計(jì)算單元計(jì)算出的梯度，更新 所述濾波器的系數(shù)。
發(fā)明2、根據(jù)發(fā)明1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，所 述目標(biāo)概率密度函數(shù)是對(duì)相位不敏感的概率密度函數(shù)。
發(fā)明3、根據(jù)發(fā)明1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，所 述目標(biāo)概率密度函數(shù)是相位服從0 2;c均勻分布的概率密度函數(shù)。
發(fā)明4、根據(jù)發(fā)明1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，所 述目標(biāo)概率密度函數(shù)是針對(duì)MPSK調(diào)制格式信號(hào)設(shè)計(jì)的自變量為MPSK 信號(hào)的模值的麥克斯韋分布、高斯分布、瑞利分布、萊斯分布、指數(shù)分 布或其他具有比圓高斯分布的峰度更小峰度的概率密度函數(shù)中的一種。
發(fā)明5、根據(jù)發(fā)明1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，，所 述目標(biāo)概率密度函數(shù)是針對(duì)具有多個(gè)幅度的調(diào)制格式信號(hào)所設(shè)計(jì)的具有 與多個(gè)幅度對(duì)應(yīng)的多峰值結(jié)構(gòu)的、自變量為信號(hào)模值的組合麥克斯韋分 布、組合高斯分布、組合瑞利分布、組合萊斯分布、組合指數(shù)分布或其 他具有比圓高斯分布的峰度更小峰度的概率密度函數(shù)的組合概率密度函 數(shù)中的一種。
發(fā)明6、根據(jù)發(fā)明1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，所 述解復(fù)用輸出信號(hào)包括水平偏振解復(fù)用輸出信號(hào)和垂直偏振解復(fù)用輸出 信號(hào)，所述水平偏振解復(fù)用輸出信號(hào)和所述垂直偏振解復(fù)用輸出信號(hào)的 調(diào)制格式不一樣，針對(duì)所述水平偏振解復(fù)用輸出信號(hào)和所述垂直偏振解 復(fù)用輸出信號(hào)的目標(biāo)概率密度函數(shù)也不一樣。
發(fā)明7、根據(jù)發(fā)明1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，所 述解復(fù)用輸出信號(hào)包括水平偏振解復(fù)用輸出信號(hào)和垂直偏振解復(fù)用輸出 信號(hào)，所述水平偏振解復(fù)用輸出信號(hào)和所述垂直偏振解復(fù)用輸出信號(hào)的 調(diào)制格式一樣，針對(duì)所述水平偏振解復(fù)用輸出信號(hào)和所述垂直偏振解復(fù) 用輸出信號(hào)的目標(biāo)概率密度函數(shù)也一樣。
發(fā)明8、根據(jù)發(fā)明1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，所 述梯度計(jì)算單元根據(jù)所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元所計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值、所述輸入信號(hào)、所述濾波器系數(shù)更新單元的輸出反饋，計(jì)算用于對(duì)所述解 復(fù)用輸出信號(hào)的分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)梯度。
發(fā)明9、根據(jù)發(fā)明1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，所
述梯度計(jì)算單元根據(jù)所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元所計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值、所 述解復(fù)用輸出信號(hào)、所述濾波器系數(shù)更新單元的輸出反饋，計(jì)算用于對(duì) 所述解復(fù)用輸出信號(hào)的分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的自然梯度。
發(fā)明10、根據(jù)發(fā)明1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于， 所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置還包括梯度類型選擇器，所述梯度類型選 擇器用于選擇所述梯度計(jì)算單元所計(jì)算的梯度的類型；并且
根據(jù)所述梯度類型選擇器的選擇結(jié)果，所述梯度計(jì)算單元利用所述 對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元所計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值、所述解復(fù)用輸出信號(hào)、所述 濾波器系數(shù)更新單元的輸出反饋，計(jì)算用于對(duì)所述解復(fù)用輸出信號(hào)的分 布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的梯度；或利用所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元所計(jì) 算出的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值、所述輸入信號(hào)、所述濾波器系數(shù)更新單元的輸出反 饋，計(jì)算用于對(duì)所述解復(fù)用輸出信號(hào)的分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的 梯度。
發(fā)明ll、根據(jù)發(fā)明8所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，各 所述濾波器具有多個(gè)抽頭，所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置還包括寄存單元， 所述寄存單元用于寄存所述輸入信號(hào)的多個(gè)采樣值，所述寄存單元寄存 的采樣值的個(gè)數(shù)與各所述濾波器的抽頭數(shù)相同。
發(fā)明12、根據(jù)發(fā)明9所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，各
所述濾波器具有多個(gè)抽頭，所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置還包括寄存單元， 所述寄存單元用于寄存所述解復(fù)用輸出信號(hào)的多個(gè)采樣值，所述寄存單 元寄存的采樣值的個(gè)數(shù)與各所述濾波器的抽頭數(shù)相同。
發(fā)明13、根據(jù)發(fā)明10所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于， 各所述濾波器具有多個(gè)抽頭，所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置還包括第一寄存 單元和第二寄存單元，
所述第一寄存單元用于寄存所述輸入信號(hào)的多個(gè)采樣值，所述第一 寄存單元寄存的釆樣值的個(gè)數(shù)與各所述濾波器的抽頭數(shù)相同；所述第二寄存單元用于寄存所述解復(fù)用輸出信號(hào)的多個(gè)采樣值，所 述寄存單元寄存的采樣值的個(gè)數(shù)與各所述濾波器的抽頭數(shù)相同。
發(fā)明14、根據(jù)發(fā)明l所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，所 述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置還包括目標(biāo)概率密度函數(shù)發(fā)生器，所述目標(biāo)概率 密度函數(shù)發(fā)生器用于產(chǎn)生或選出所述目標(biāo)概率密度函數(shù)。
發(fā)明15、根據(jù)發(fā)明5所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，所 述組合麥克斯韋分布或所述組合高斯分布是根據(jù)星座圖圓環(huán)的半徑的比 例關(guān)系選擇的。
發(fā)明16、根據(jù)發(fā)明1一15任一項(xiàng)所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特 征在于，所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置還包括-
時(shí)鐘單元，其用于控制所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元和所述梯度計(jì)算單元
的工作定時(shí)；
第一開(kāi)關(guān)單元，在所述時(shí)鐘單元的控制下使所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元 工作或不工作；
第二開(kāi)關(guān)單元，在所述時(shí)鐘單元的控制下使所述梯度計(jì)算單元工作 或不工作。
發(fā)明17、 一種濾波器系數(shù)調(diào)整方法，所述濾波器系數(shù)調(diào)整方法在偏 振解復(fù)用裝置中使用，所述偏振解復(fù)用裝置利用濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行 解復(fù)用，獲得解復(fù)用輸出信號(hào)，所述濾波器系數(shù)調(diào)整方法用于調(diào)整所述
濾波器的系數(shù)，其特征在于，所述濾波器系數(shù)調(diào)整方法包括
對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算步驟，用于計(jì)算所述解復(fù)用輸出信號(hào)的目標(biāo)概率密度
函數(shù)在自變量取值為當(dāng)前解復(fù)用輸出信號(hào)值時(shí)的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值；
梯度計(jì)算步驟，用于根據(jù)所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算步驟所計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏 導(dǎo)值計(jì)算用于對(duì)所述解復(fù)用輸出信號(hào)的分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的 梯度；以及
濾波器系數(shù)更新步驟，根據(jù)所述梯度計(jì)算步驟計(jì)算出的梯度，更新 所述濾波器的系數(shù)。
發(fā)明18、根據(jù)發(fā)明17所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其特征在于， 所述目標(biāo)概率密度函數(shù)是對(duì)相位不敏感的概率密度函數(shù)。發(fā)明19、根據(jù)發(fā)明17所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其特征在于， 所述目標(biāo)概率密度函數(shù)是相位服從0 2兀均勻分布的概率密度函數(shù)。
發(fā)明20、根據(jù)發(fā)明17所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其特征在于， 所述目標(biāo)概率密度函數(shù)是針對(duì)MPSK調(diào)制格式信號(hào)設(shè)計(jì)的自變量為 MPSK信號(hào)的模值的麥克斯韋分布、高斯分布、瑞利分布、萊斯分布、 指數(shù)分布或其他具有比圓高斯分布的峰度更小峰度的概率密度函數(shù)中的 一種。
發(fā)明21、根據(jù)發(fā)明1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其特征在于，所 述目標(biāo)概率密度函數(shù)是針對(duì)具有多個(gè)幅度的調(diào)制格式信號(hào)所設(shè)計(jì)的具有 與多個(gè)幅度對(duì)應(yīng)的多峰值結(jié)構(gòu)的、自變量為信號(hào)模值的組合麥克斯韋分 布、組合高斯分布、組合瑞利分布、組合萊斯分布、組合指數(shù)分布或其 他具有比圓高斯分布的峰度更小峰度的概率密度函數(shù)的組合概率密度函 數(shù)中的一種。
發(fā)明22、根據(jù)發(fā)明17所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其特征在于， 所述解復(fù)用輸出信號(hào)包括水平偏振解復(fù)用輸出信號(hào)和垂直偏振解復(fù)用輸 出信號(hào)，所述水平偏振解復(fù)用輸出信號(hào)和所述垂直偏振解復(fù)用輸出信號(hào) 的調(diào)制格式不一樣，針對(duì)所述水平偏振解復(fù)用輸出信號(hào)和所述垂直偏振 解復(fù)用輸出信號(hào)的目標(biāo)概率密度函數(shù)也不一樣。
發(fā)明23、根據(jù)發(fā)明17所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其特征在于， 所述解復(fù)用輸出信號(hào)包括水平偏振解復(fù)用輸出信號(hào)和垂直偏振解復(fù)用輸 出信號(hào)，所述水平偏振解復(fù)用輸出信號(hào)和所述垂直偏振解復(fù)用輸出信號(hào) 的調(diào)制格式一樣，針對(duì)所述水平偏振解復(fù)用輸出信號(hào)和所述垂直偏振解 復(fù)用輸出信號(hào)的目標(biāo)概率密度函數(shù)也一樣。
發(fā)明24、根據(jù)發(fā)明17所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其特征在于，
所述梯度計(jì)算步驟根據(jù)所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算步驟所計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值、 所述輸入信號(hào)、所述濾波器系數(shù)更新步驟的輸出反饋，計(jì)算用于對(duì)所述 解復(fù)用輸出信號(hào)的分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的梯度。
發(fā)明25、根據(jù)發(fā)明17所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其特征在于，
所述梯度計(jì)算步驟根據(jù)所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算步驟所計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值、所述解復(fù)用輸出信號(hào)、所述濾波器系數(shù)更新步驟的輸出反饋，計(jì)算用于 對(duì)所述解復(fù)用輸出信號(hào)的分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的梯度。
發(fā)明26、根據(jù)發(fā)明17所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其特征在于， 所述濾波器系數(shù)調(diào)整方法還包括梯度類型選擇步驟，所述梯度類型 選擇步驟用于選擇所述梯度計(jì)算步驟所計(jì)算的梯度的類型；并且
根據(jù)所述梯度類型選擇步驟的選擇結(jié)果，所述梯度計(jì)算步驟利用所 述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算步驟所計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值、所述解復(fù)用輸出信號(hào)、所 述濾波器系數(shù)更新步驟的輸出反饋，計(jì)算用于對(duì)所述解復(fù)用輸出信號(hào)的 分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的梯度；或利用所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算步驟所 計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值、所述輸入信號(hào)、所述濾波器系數(shù)更新步驟的輸出 反饋，計(jì)算用于對(duì)所述解復(fù)用輸出信號(hào)的分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù) 的梯度。
發(fā)明27、根據(jù)發(fā)明24所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其特征在于， 各所述濾波器具有多個(gè)抽頭，所述濾波器系數(shù)調(diào)整方法還包括寄存步驟， 所述寄存步驟用于寄存所述輸入信號(hào)的多個(gè)釆樣值，所述寄存步驟寄存 的采樣值的個(gè)數(shù)與各所述濾波器的抽頭數(shù)相同。
發(fā)明28、根據(jù)發(fā)明25所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其特征在于， 各所述濾波器具有多個(gè)抽頭，所述濾波器系數(shù)調(diào)整方法還包括寄存步驟， 所述寄存步驟用于寄存所述解復(fù)用輸出信號(hào)的多個(gè)采樣值，所述寄存步 驟寄存的采樣值的個(gè)數(shù)與各所述濾波器的抽頭數(shù)相同。
發(fā)明29、根據(jù)發(fā)明26所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其特征在于， 各所述濾波器具有多個(gè)抽頭，所述濾波器系數(shù)調(diào)整方法還包括第一寄存 步驟和第二寄存步驟，
所述第一寄存步驟用于寄存所述輸入信號(hào)的多個(gè)采樣值，所述第一 寄存步驟寄存的釆樣值的個(gè)數(shù)與各所述濾波器的抽頭數(shù)相同；
所述第二寄存步驟用于寄存所述解復(fù)用輸出信號(hào)的多個(gè)采樣值，所 述寄存步驟寄存的采樣值的個(gè)數(shù)與各所述濾波器的抽頭數(shù)相同。
發(fā)明30、根據(jù)發(fā)明17所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其特征在于， 所述濾波器系數(shù)調(diào)整方法還包括目標(biāo)概率密度函數(shù)發(fā)生步驟，所述目標(biāo)概率密度函數(shù)發(fā)生步驟用于產(chǎn)生或選出所述目標(biāo)概率密度函數(shù)。
發(fā)明31、根據(jù)發(fā)明21所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其特征在于，
所述組合麥克斯韋分布或所述組合高斯分布是根據(jù)星座圖圓環(huán)的半徑的 比例關(guān)系選擇的。
發(fā)明32、根據(jù)發(fā)明17—31任一項(xiàng)所述的濾波器系數(shù)調(diào)整方法，其 特征在于，所述濾波器系數(shù)調(diào)整方法還包括
定時(shí)步驟，其用于控制所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算步驟和所述梯度計(jì)算步驟 的工作定時(shí)；
第一開(kāi)關(guān)步驟，在所述時(shí)鐘步驟的控制下使所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算步驟 工作或不工作；
第二開(kāi)關(guān)步驟，在所述時(shí)鐘步驟的控制下使所述梯度計(jì)算步驟工作
或不工作。
發(fā)明33、 一種偏振解復(fù)用裝置，其包括發(fā)明1一16任一項(xiàng)所述的濾 波器系數(shù)調(diào)整裝置。
發(fā)明34、 一種偏振解復(fù)用方法，其使用發(fā)明17—33任一項(xiàng)所述的 濾波器系數(shù)調(diào)整裝置。
發(fā)明35、 一種計(jì)算機(jī)程序，在被計(jì)算機(jī)或邏輯部件執(zhí)行時(shí)，或解釋 或編譯后執(zhí)行時(shí)，使所述計(jì)算機(jī)或邏輯部件實(shí)現(xiàn)發(fā)明1一16任一項(xiàng)所述 的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置的功能。
發(fā)明36、 一種計(jì)算機(jī)程序，在被計(jì)算機(jī)或邏輯部件執(zhí)行時(shí)，或解釋 或編譯后執(zhí)行時(shí)，使所述計(jì)算機(jī)或邏輯部件實(shí)現(xiàn)發(fā)明17—33任一項(xiàng)所述 的濾波器系數(shù)調(diào)整方法。
發(fā)明37、 一種存儲(chǔ)介質(zhì)，用于存儲(chǔ)發(fā)明35或36所述的計(jì)算機(jī)程序。
本發(fā)明提出了一種光相干接收機(jī)中的偏振解復(fù)用的方法和裝置。該 方法和裝置利用信號(hào)源的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)對(duì)濾波器系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以使輸出 信號(hào)的概率密度與目標(biāo)概率密度盡可能地接近。因?yàn)槟繕?biāo)概率密度是在 兩路信號(hào)收斂到不同信源的條件下計(jì)算出來(lái)的，所以該方法和裝置可以 避免奇異性問(wèn)題。另外，可以針對(duì)所傳信號(hào)的調(diào)制格式設(shè)計(jì)目標(biāo)概率密 度函數(shù)，因此該方法不局限于PSK調(diào)制格式，可以用于任意調(diào)制格式(如
12QAM， ASK等)。該方法的收斂速度和跟蹤能力與CMA相當(dāng)。
圖1示出了可采用依據(jù)本發(fā)明的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置和方法的偏振 分集光相干接收機(jī)；
圖2a—2c示出了依據(jù)本發(fā)明的三種實(shí)施方式的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置
的方框圖3示出了依據(jù)本發(fā)明的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置中用到的寄存單元的 結(jié)構(gòu)；
圖4a—圖4c示出了依據(jù)本發(fā)明的三種實(shí)施方式的低速濾波器系數(shù) 調(diào)整裝置；以及
圖5示出了依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的濾波器系數(shù)調(diào)整方法的流 程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1示出了可以采用本發(fā)明的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置和方法的偏振分 集相干光接收機(jī)。
如圖1所示，4個(gè)數(shù)字濾波器119 122 (通常為有限沖激響應(yīng)濾波 器(FIR濾波器))、濾波器系數(shù)調(diào)整裝置130以及兩個(gè)加法器123和124 構(gòu)成了偏振解復(fù)用裝置129。偏振解復(fù)用裝置129的輸入信號(hào)可以來(lái)自于 偏振分集光相干接收機(jī)前端100的輸出信號(hào)113和114，.也可以是輸出信 號(hào)113經(jīng)均衡器115均衡后的信號(hào)117和輸出信號(hào)114經(jīng)均衡器116均衡 后的信號(hào)118。均衡器115和116的目的是初步補(bǔ)償色散等傳輸損傷，以 減少偏振解復(fù)用裝置129中所需的濾波器長(zhǎng)度。當(dāng)系統(tǒng)殘余色散不大時(shí)， 可將均衡器115和116去掉，而將這些少量的色散留待偏振解復(fù)用裝置 129中的濾波器組119 122去補(bǔ)償，這樣可以簡(jiǎn)化接收機(jī)結(jié)構(gòu)。在偏振 解復(fù)用裝置129中，信號(hào)117 (或113)分別輸入給第一濾波器119和第 二濾波器120，信號(hào)118 (或114)分別輸入給第三濾波器121和第四濾波器122。第一濾波器119和第三濾波器121的輸出分別連接至第一加法 器123的兩個(gè)輸入端，第二濾波器120和第四濾波器122的輸出分別連 接至第二加法器124的兩個(gè)輸入端。加法器123的輸出為經(jīng)過(guò)偏振解復(fù) 用后的水平偏振信道信號(hào)yh 125，加法器124的輸出為經(jīng)過(guò)偏振解復(fù)用后 的垂直偏振信道信號(hào)yv126。光通信中，光纖信道引入的信號(hào)偏振態(tài)變化 速率相對(duì)于載波頻差和相位噪聲引起的相位變化速率來(lái)說(shuō)要慢得多，偏 振解復(fù)用裝置129無(wú)法跟蹤載波相位的變化，因此偏振解復(fù)用裝置129 的輸出125和126還要分別經(jīng)過(guò)相位恢復(fù)和數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊127和128才 能得到發(fā)送端所傳數(shù)據(jù)。
圖1中同時(shí)還給出了偏振分集光相干接收機(jī)前端100的一種實(shí)現(xiàn)方 式。在該實(shí)現(xiàn)方式中，偏振分集光相干接收機(jī)前端IOO由偏振分集90度 光混頻器104、平衡光電探測(cè)器105 108和模數(shù)轉(zhuǎn)換器109 112組成。 偏振復(fù)用光信號(hào)101經(jīng)傳輸后進(jìn)入了偏振分集90度光混頻器104的信號(hào) 輸入端，同時(shí)本振激光器102產(chǎn)生的連續(xù)光信號(hào)103進(jìn)入了偏振分集90 度光混頻器104的本振輸入端。在偏振分集90度光混頻器104中，光信 號(hào)101和103分別被偏振分束成水平偏振光和垂直偏振光，然后按照偏 振方向分別輸入給水平偏振90度光混頻器和垂直偏振90度光混頻器(所 述水平偏振方向和垂直偏振方向由偏振分集90度光混頻器104定義，可 以為任意一對(duì)正交的偏振方向)。所述水平偏振卯度光混頻器和垂直偏 振90度光混頻器的輸出構(gòu)成了偏振分集90度光混頻器104的四個(gè)輸出。 偏振分集90度光混頻器104的四個(gè)輸出分別連接4個(gè)平衡光電探測(cè)器 105 108，所述平衡光電探測(cè)器也可由普通光電探測(cè)器后接交流耦合器 代替。平衡光電探測(cè)器105 108的輸出基帶電信號(hào)經(jīng)分別經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 109 112采樣后得到了 4組基帶數(shù)字信號(hào)序列。模數(shù)轉(zhuǎn)換器109的輸出 Ih和模數(shù)轉(zhuǎn)換器110的輸出Qh構(gòu)成了水平偏振信道的復(fù)信號(hào)序列113 rh=Ih+j*Qh。類似地，模數(shù)轉(zhuǎn)換器111的輸出Iv和模數(shù)轉(zhuǎn)換器112的輸出 Qv構(gòu)成了水平偏振信道的復(fù)信號(hào)序列114 rv=Iv+j*Qv。
以上對(duì)偏振分集光相干接收機(jī)前端100、相位恢復(fù)以及數(shù)據(jù)恢復(fù)模 塊127和128、偏振解復(fù)用裝置129等的描述都是示例性的，不是對(duì)本發(fā)明的限制，可以采用現(xiàn)有技術(shù)的其它的方式實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)的不同主要在于濾波器系數(shù)調(diào)整裝置
130不同。下面對(duì)依據(jù)本發(fā)明的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置130的具體實(shí)現(xiàn)方式 進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖2a給出了依據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置130a 的方框圖。
如圖2a所示，依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，濾波器系數(shù)調(diào)整裝置 130a包括目標(biāo)概率密度函數(shù)發(fā)生器201、對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算器202、梯度計(jì)算 器203、濾波器系數(shù)更新器204、寄存單元(第一寄存單元)205、寄存 單元(第二寄存單元)206以及梯度類型選擇器207。
該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所提出的目標(biāo)概率密度函數(shù)法(Targeted Probability Density Function, TPDF )。與CMA和DD方法不同，本方法的 優(yōu)化目標(biāo)是使輸出信號(hào)yh 125和yv 126的聯(lián)合概率密度函數(shù)與所給定的 輸出信號(hào)的目標(biāo)概率密度函數(shù)盡可能地接近。
目標(biāo)概率密度函數(shù)發(fā)生器201根據(jù)信號(hào)的調(diào)制格式產(chǎn)生所期望得到 的偏振解復(fù)用后的輸出信號(hào)yh和yv的概率密度函數(shù)。由于兩路傳送信號(hào) 都是獨(dú)立的，所以目標(biāo)概率密度函數(shù)^(h,;0具有以下形式
/rC^,>0 = / (h)yrvOO (1)
下面以MPSK信號(hào)為例來(lái)說(shuō)明如何設(shè)計(jì)目標(biāo)概率密度函數(shù)。理論上 來(lái)說(shuō)，如果濾波器系數(shù)更新得足夠快，可將按照MPSK信號(hào)的理想概率 分布來(lái)設(shè)計(jì)目標(biāo)概率密度函數(shù)人(^,;0，這樣的話偏振解復(fù)用裝置129甚 至可以進(jìn)行頻差補(bǔ)償和相位恢復(fù)。但是，濾波器系數(shù)的收斂時(shí)間在數(shù)千 至數(shù)萬(wàn)符號(hào)周期的量級(jí)，即，需要數(shù)千至數(shù)萬(wàn)符號(hào)周期的時(shí)間收斂一次， 而頻差引起的相位一般在符號(hào)周期或數(shù)十符號(hào)周期量級(jí)變化，相位噪聲 一般在數(shù)十至數(shù)百符號(hào)量級(jí)變化，因此在光通信中，偏振解復(fù)用裝置無(wú) 法補(bǔ)償頻差和相位噪聲。因此，希望偏振解復(fù)用裝置除了將兩路信號(hào)分 離外，不要影響信號(hào)的相位，而讓后續(xù)相位恢復(fù)模塊來(lái)恢復(fù)信號(hào)的相位。 基于以上分析，在本發(fā)明中采用對(duì)復(fù)自變量的相位不敏感或相位服從0 2兀均勻分布的目標(biāo)概率密度函數(shù)。這表現(xiàn)為目標(biāo)概率密度函數(shù)只與復(fù)自變量的模值有關(guān)。在頻差、相位噪聲作用下，yh和yv的分布應(yīng)具有圓對(duì) 稱的特性，對(duì)于MPSK調(diào)制格式可以選擇輸出信號(hào)的模值服從麥克斯韋 分布
^(力)-C^^exp(-^A /^0，;^/z或v (2)
或高斯分布
/"力)=7T^~exP[-(1 ^1,〗〃*>0，r v (3)
或其他具有類似環(huán)狀結(jié)構(gòu)的概率密度函數(shù)。上面兩種目標(biāo)分布中的
C為歸一化常數(shù)，目的是使概率密度函數(shù)在整個(gè)復(fù)平面上的積分等于1，
從后面的推導(dǎo)中會(huì)看到它對(duì)濾波器系數(shù)沒(méi)有影響。均值p可根據(jù)信號(hào)平
均功率P來(lái)設(shè)定，高斯分布中的標(biāo)準(zhǔn)差cj可根據(jù)平均功率和信噪比SNR
大致確定，如可以取ji《V ， (j"VF/V^。
對(duì)于具有多個(gè)幅度的調(diào)制格式，其星座圖在頻差和相位噪聲的影響 下具有多個(gè)圓環(huán)結(jié)構(gòu)，各圓環(huán)的半徑的比例關(guān)系與信號(hào)的多個(gè)幅度值的
比例關(guān)系一致。以16QAM信號(hào)為例，它有三個(gè)幅度值，其比例關(guān)系為 1:VJ:3，因此可以選擇目標(biāo)概率密度函數(shù)為
'2> 、,p 乂--'2、」b^7T exP(--
2 2 2 (4)
103n p5;z^2 乂 183/2 p 9 ^2
"、 ,「 (I，
,"^W^(exP[—(5)
+ 2eXp[-(|W—，)2] + eXP[-(W，)2]} ^0,"0,"A或v 2cr 2cr g與平均功率P的關(guān)系為i!^VF/V^。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以看出，公式4的目標(biāo)概率密度函數(shù)是3個(gè)相應(yīng)
的麥克斯韋分布的組合，在本文中，也稱為組合麥克斯韋分布。對(duì)于其
它的具有多個(gè)幅度的調(diào)制格式，如32QAM、 64QAM等也可以適當(dāng)組合 對(duì)應(yīng)的麥克斯韋分布。即根據(jù)星座圖圓環(huán)的半徑的比例關(guān)系選擇合適的 組合麥克斯韋分布。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以看出，公式5的目標(biāo)概率密度函數(shù)是 3個(gè)相應(yīng)的高斯分布的組合，在本文中，也稱為組合高斯分布。對(duì)于其它 的具有多個(gè)幅度的調(diào)制格式，如32QAM、 64QAM等也可以適當(dāng)組合對(duì) 應(yīng)的高斯分布。即根據(jù)星座圖圓環(huán)的半徑的比例關(guān)系選擇合適的組合高 斯分布。
在以上的描述中，發(fā)送端兩個(gè)偏振復(fù)用信號(hào)采用(水平偏振信道和垂 直偏振信道)的調(diào)制格式是一樣的，所以所選目標(biāo)概率密度函數(shù)也一樣， 如果這兩個(gè)偏振復(fù)用信號(hào)的調(diào)制格式不一樣，則可以選擇兩種不同的目 標(biāo)概率密度函數(shù)。例如，如果水平偏振信道采用PSK調(diào)制方式，垂直偏 振信道采用16QAM調(diào)制方式，則可選擇式(2)為水平偏振信道的目標(biāo)概 率密度函數(shù)，式(4)為垂直偏振信道的目標(biāo)概率密度函數(shù)。以上是目標(biāo)概 率密度函數(shù)發(fā)生器201所完成的操作。
式(2)、式(3)、式(4)、式(5)或根據(jù)調(diào)制格式和以上設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)的目 標(biāo)概率密度函數(shù)均可作為目標(biāo)概率密度函數(shù)發(fā)生器201的輸出信號(hào)211， 具體選擇哪一種應(yīng)視具體調(diào)制格式而定。
應(yīng)該注意，上面對(duì)麥克斯韋分布和高斯分布的選擇只是示例性的， 還可以選擇輸出信號(hào)的模值服從瑞禾lJ(Rayleigh)分布、萊斯(Ridan)分布、 指數(shù)(exponential)分布或其他具有比圓高斯分布的峰度(kurtosis)更小峰度 的概率密度函數(shù)(即kurt0Sis<2)。另外，同樣的，對(duì)于具有多個(gè)幅度的 調(diào)制格式，也可以將以上分布進(jìn)行適當(dāng)組合來(lái)獲得適合的目標(biāo)概率密度 函數(shù)。
目標(biāo)概率密度函數(shù)發(fā)生器201可以自己生成目標(biāo)概率密度函數(shù)，也 可以從預(yù)先設(shè)定的多個(gè)目標(biāo)概率密度函數(shù)中選擇合適的目標(biāo)概率密度函 數(shù)。應(yīng)該注意的是，在具體的實(shí)現(xiàn)中，可以預(yù)先選擇好目標(biāo)概率密度函 數(shù)。這樣可以省略目標(biāo)概率密度函數(shù)發(fā)生器201。
目標(biāo)概率密度函數(shù)發(fā)生器201的輸出信號(hào)(目標(biāo)概率密度函數(shù))211 作為對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算器202的輸入信號(hào)。對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算器202針對(duì)目標(biāo)概 率密度函數(shù)211計(jì)算在自變量取值為解復(fù)用輸出信號(hào)125和126時(shí)的對(duì) 數(shù)偏導(dǎo)值，計(jì)算方法如下-目標(biāo)概率密度函數(shù)的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)O(Y)二
< 3 、
5
(6)
艮卩，屯(Y)-
廣3 、 3
下面以式(2)和式(3)兩種目標(biāo)概率密度為例說(shuō)明如何計(jì)算對(duì)數(shù)偏導(dǎo)，
將式(2)代入式(6)得少".
1
1
4-)、
4
將式(3)代入式(6)得
,^ (丄l)、
€>(Y)=
凡
、'
、| yv .,
式(6)的所得值即為對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算器202的輸出(對(duì)數(shù)偏導(dǎo)所得值)
212=
然后對(duì)數(shù)偏導(dǎo)所得值212被輸入給了梯度計(jì)算器203的第一輸入端， 上一工作周期的輸出濾波器系數(shù)131輸入給梯度計(jì)算器203的第二輸入 端。梯度類型選擇器207的輸出217輸入給梯度計(jì)算器203的第三輸入 端，輸出217用于控制梯度計(jì)算器203所選用的梯度計(jì)算方法。
根據(jù)輸出217所指示的梯度方法的不同，控制梯度計(jì)算器203可以 選用解復(fù)用之前的信號(hào)或解復(fù)用后的信號(hào)作為第四輸入信號(hào)。如果輸出 217指示了標(biāo)準(zhǔn)梯度法，則控制梯度計(jì)算器203選擇解復(fù)用之前的信號(hào) 117和118經(jīng)寄存單元205后的信號(hào)215作為第四輸入信號(hào)。若濾波器 119 122的長(zhǎng)度為1個(gè)抽頭，則無(wú)需使用寄存單元205。如果信號(hào)217 指示采用自然梯度法，則控制梯度計(jì)算器203選擇解復(fù)用之后的信號(hào)125 和126經(jīng)寄存單元206后的信號(hào)216作為第四輸入信號(hào)。同樣的，若有 限沖激響應(yīng)濾波器(FIR) 119 122的長(zhǎng)度為1個(gè)抽頭，則無(wú)需使用寄存 單元206。
18梯度計(jì)算器213計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的梯度。
下面推導(dǎo)梯度的計(jì)算方法，先考慮最簡(jiǎn)單的情況，即4個(gè)濾波器 119 122都是只有1個(gè)抽頭的情況，然后再推廣到多個(gè)抽頭的情況。
本發(fā)明所述的目標(biāo)概率密度函數(shù)方法的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)用于使濾波器 輸出信號(hào)的概率密度函數(shù)與所設(shè)定的目標(biāo)概率密度函數(shù)盡可能地接近 (即用于對(duì)輸出信號(hào)的概率密度函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化)，在一種實(shí)施方式中，為
其中，力(h，;O為偏振解復(fù)用后輸出信號(hào)的聯(lián)合概率密度函數(shù)， 為所設(shè)定的目標(biāo)概率密度，D(1卜)為信息論中常用的
Kullback-Leibler距離，用來(lái)度量?jī)蓚€(gè)概率密度函數(shù)的相似程度，其定義
為
II /"A，W)=鄰n々","] (8)
式中解復(fù)用后信號(hào)的實(shí)際概率密度函數(shù)/Y(yh,yv)是很難得到的，因此 下面將其轉(zhuǎn)換為解復(fù)用前信號(hào)的概率密度函數(shù)。偏振解復(fù)用裝置的輸入 和輸出信號(hào)滿足如下關(guān)系
11 '' 12
『 『
、^ 21 " 22 ,
、
V、乂
(9)
其中Wll、 W12、 W21和W22分別為第一濾波器119、第三濾波器
121、第二濾波器120和第四濾波器122的抽頭系數(shù)。參見(jiàn)Irwin Miller,
MaryleesMiller,數(shù)理統(tǒng)計(jì)與應(yīng)用(第7版)，P248，清華大學(xué)出版社，由
式(9)可知輸入信號(hào)(Xh,Xv)和輸出信號(hào)(yh，yv)的概率密度函數(shù)滿足
/"H) = VI (10)
其中J為雅可比(Jacobian)行列式，/-detC^^/abcA.) ， det(')表示求
行列式運(yùn)算。將式(10)代入目標(biāo)函數(shù)(7)并忽略與濾波器系數(shù)無(wú)關(guān)項(xiàng)可得到
新的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)
薩鄰n I / i + In /ra (力)+ In /rv (_yv)] (11)
將式(ll)中期望操作中的函數(shù)對(duì)濾波器系數(shù)求偏導(dǎo)可以得到標(biāo)準(zhǔn)梯
度(Standard Gradient)<formula>formula see original document page 20</formula>
式(12)右上角標(biāo)"H"表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算，"-H"表示先共軛 轉(zhuǎn)置再矩陣求逆(順序也可顛倒)運(yùn)算，O(Y)為對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算器202的 輸出信號(hào)212。式(12)為梯度計(jì)算器203采用標(biāo)準(zhǔn)梯度法計(jì)算得到的輸出 信號(hào)213。式中*表示求復(fù)數(shù)共軛。
由于計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)梯度涉及到矩陣求逆運(yùn)算，這會(huì)導(dǎo)致采用該方法時(shí)計(jì) 算量異常巨大。為了避免矩陣求逆運(yùn)算，可以采用自然梯度法。
在采用自然梯度法時(shí)，需要將梯度計(jì)算器203的第二輸入信號(hào)切換
至解復(fù)用后的信號(hào)125和126。采用自然梯度法的另一個(gè)好處是根據(jù)代價(jià)
函數(shù)的黎曼結(jié)構(gòu)調(diào)整了梯度方向，改善了收斂性能。將式(12)右乘WHW，
則得到了優(yōu)化目標(biāo)(ll)的自然梯度
<formula>formula see original document page 20</formula>
式中I為2x2單位矩陣。式(13)為梯度計(jì)算器203采用自然梯度法計(jì) 算得到的輸出信號(hào)213。
下面考慮濾波器的抽頭數(shù)大于1的情況。通常FIR濾波器的抽頭數(shù) 為奇數(shù)，記為2L+1 (L為正整數(shù))。這樣解復(fù)用矩陣W就沿時(shí)間軸擴(kuò)展 成了包含2L+1個(gè)解復(fù)用矩陣的解復(fù)用矩陣組(Wp, P=-L,-L+l，...,L}。偏振 解復(fù)用裝置的輸入和輸出信號(hào)的關(guān)系由式(9)變?yōu)?br>
<formula>formula see original document page 20</formula>
優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)仍然為式(7)，只是待優(yōu)化的濾波器系數(shù)由2x2個(gè)變?yōu)?2x2x(2L+l)個(gè)，這樣在做梯度運(yùn)算時(shí)需要分別對(duì)(2L+l)個(gè)解復(fù)用矩陣的元 素求偏導(dǎo)數(shù)。同樣的，可以得到第p個(gè)解復(fù)用矩陣Wp的標(biāo)準(zhǔn)梯度(選擇 寄存單元205的輸出215作為第二輸入信號(hào))G(w=j 2①(Y(")X"(A: —/ )(15) J — "[2W?！?十2①(Y(yt))XW(A:)如果/ = 0
及自然梯度(選擇寄存單元206的輸出216作為第二輸入信號(hào))
=Wp2丄-l))U"(卜p) (16) 其中
U(一iX》萍-《) (17)
這樣當(dāng)濾波器119 122的長(zhǎng)度為2L+1時(shí)，梯度計(jì)算器203的輸出 信號(hào)213按式(15)或式(16)計(jì)算得到。由于計(jì)算梯度時(shí)需要解復(fù)用前信號(hào) 或解復(fù)用后信號(hào)的多個(gè)時(shí)刻的采樣值，因此還需要寄存單元205或206 來(lái)存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)。
濾波器系數(shù)更新器204根據(jù)輸入的梯度信號(hào)213來(lái)調(diào)整濾波器系數(shù)， 其調(diào)整原理是使解復(fù)用矩陣沿著梯度方向前進(jìn)一小步，從而使優(yōu)化目標(biāo) 函數(shù)(ll)增大。下面給出采用標(biāo)準(zhǔn)梯度或自然梯度，濾波器抽頭數(shù)為1或 抽頭數(shù)大于1這四種情況下的濾波器系數(shù)更新器204中的計(jì)算公式
標(biāo)準(zhǔn)梯度，l個(gè)抽頭-
W(hl) = W(w + ^Gs (18) =W(a;) + ;U[W-w (a) + O(Y)X"]
式中k指第k個(gè)工作周期也就是第k次系數(shù)調(diào)整的時(shí)刻。
自然梯度，l個(gè)抽頭
w("i) = ww+a
-[i + pCI+owyIwcao (19)
s[i + ZiO)(Y)Y"]W(a:) 標(biāo)準(zhǔn)梯度，2L+1個(gè)抽頭
=W^) + /^p。 W。，" + O(Y0:))XH "-;;)] 其中，^在p二0時(shí)為l，而在p不等于0時(shí)為0。 自然梯度，2L+1個(gè)抽頭
=Wp w +岸)[Wp w + O, - 2丄-l))Utf - p)]
上面的四個(gè)濾波器系數(shù)迭代更新表達(dá)式將梯度中的常數(shù)因子"2"包 含在了步長(zhǎng)p中。濾波器系數(shù)更新器204按照式(18)或式(19)或式(20)或
21式(21)對(duì)濾波器系數(shù)進(jìn)行更新，解復(fù)用矩陣的初始值對(duì)于1抽頭的情況可
取2x2單位陣，對(duì)于多個(gè)抽頭的情況可取W(p2x2單位陣，其它Wp均為 零矩陣。
按照上述的濾波器系數(shù)更新方法，在一個(gè)工作周期之內(nèi)，濾波器系 數(shù)更新器204對(duì)濾波器系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并將調(diào)整后的濾波器系數(shù)131輸 出給119 122。
本發(fā)明的目標(biāo)概率密度函數(shù)法所實(shí)現(xiàn)的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置130a在 一個(gè)工作周期的工作過(guò)程總結(jié)如下
目標(biāo)概率密度函數(shù)發(fā)生器201根據(jù)所傳信號(hào)的特征選擇合適的目標(biāo) 概率密度函數(shù)及參數(shù)，并將該目標(biāo)概率密度函數(shù)211告知對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算 器202。對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算器202使用目標(biāo)概率密度函數(shù)和解復(fù)用信號(hào)125、 126計(jì)算目標(biāo)概率密度函數(shù)的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值212，并作為第一輸入信號(hào)輸入 給梯度計(jì)算器203。梯度計(jì)算器203的第二輸入信號(hào)為濾波器系數(shù)調(diào)整裝 置130a在上一工作周期所輸出的濾波器系數(shù)131。梯度計(jì)算器203根據(jù) 第三輸入端得到的由梯度類型選擇器207所指定的梯度類型信號(hào)217選 擇第四輸入信號(hào)，如設(shè)定采用標(biāo)準(zhǔn)梯度法就選擇解復(fù)用前的信號(hào)117、 118 或117、 118經(jīng)寄存單元205緩存后的輸出215作為第四輸入信號(hào)并按式 (12)或(15)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)梯度，如設(shè)定采用自然梯度法則選擇解復(fù)用后的信號(hào) 125、 126或125、 126經(jīng)寄存單元206緩存后的輸出216作為第四輸入信 號(hào)并按式(13)或(16)計(jì)算自然梯度。梯度計(jì)算器203將計(jì)算所得梯度213 輸入給濾波器系數(shù)更新器204。如果采用標(biāo)準(zhǔn)梯度，濾波器系數(shù)更新器 204按式(18)或(20)更新濾波器系數(shù)，如果釆用自然梯度，濾波器系數(shù)更 新器204則按式(19)或(21)更新濾波器系數(shù)。每一次濾波器系數(shù)調(diào)整裝置 工作周期的最后，濾波器系數(shù)調(diào)整裝置130a將計(jì)算所得的一組新的濾波 器系數(shù)131輸出給4個(gè)濾波器119 122，同時(shí)也輸出給梯度計(jì)算器203 用于下一次梯度計(jì)算。以上便是濾波器系數(shù)調(diào)整裝置130a的一個(gè)完整工 作周期，然后等待下一個(gè)工作周期，如此往復(fù)。
另外，也可以只讓梯度計(jì)算器203實(shí)現(xiàn)某一種梯度計(jì)算方法，從而 可以簡(jiǎn)化濾波器系數(shù)調(diào)整器130的結(jié)構(gòu)。如只采用標(biāo)準(zhǔn)梯度的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置130b的框圖如圖2b所示，只采用自然梯度的濾波器系數(shù)調(diào) 整裝置130c的框圖如圖2c所示。
另外，應(yīng)該注意，如上所述，在具體的應(yīng)用中，可以省略寄存單元 205和206、和/或目標(biāo)概率密度函數(shù)發(fā)生器201。
在本文中，在對(duì)本發(fā)明的描述中，除非需要對(duì)濾波器系數(shù)調(diào)整裝置 130a、 130b和130c等進(jìn)行區(qū)分，或者上下文中有特定的說(shuō)明，否則將它 們統(tǒng)稱為濾波器系數(shù)調(diào)整裝置130。
如上所述，當(dāng)濾波器119 122的抽頭數(shù)大于1時(shí)，濾波器系數(shù)調(diào)整 裝置103需要寄存單元205對(duì)偏振解復(fù)用前的信號(hào)117和118進(jìn)行緩存 以計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)梯度或者需要寄存單元206對(duì)偏振解復(fù)用后的信號(hào)125和126 進(jìn)行緩存以計(jì)算自然梯度。寄存單元205 (或206)的結(jié)構(gòu)例如如圖3所 示，當(dāng)濾波器的抽頭數(shù)為2L+1時(shí)(L為正整數(shù))，需要2L個(gè)級(jí)聯(lián)的寄存 器對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)在當(dāng)前時(shí)刻之前1到2L個(gè)時(shí)刻的采樣值進(jìn)行寄存，并 將當(dāng)前時(shí)刻釆樣值與所寄存的2L個(gè)采樣值輸出給梯度計(jì)算器213。梯度 計(jì)算器根據(jù)兩個(gè)輸入信號(hào)的這2L+1個(gè)采樣值，分別對(duì)(2L+1)個(gè)解復(fù)用矩 陣的元素求偏導(dǎo)數(shù)。
濾波器系數(shù)調(diào)整裝置130的工作周期可以是一個(gè)符號(hào)周期，如果每 個(gè)符號(hào)有Ns個(gè)采樣，則意味著每隔Ns-l個(gè)采樣計(jì)算并更新一次濾波器 系數(shù)。為了降低對(duì)硬件處理能力的要求，濾波器系數(shù)調(diào)整裝置130的工 作周期也可以大于一個(gè)符號(hào)周期，如每Nls個(gè)符號(hào)工作一次，這意味每 隔NlS*Ns-1個(gè)采樣計(jì)算并更新一次濾波器系數(shù)，低速實(shí)現(xiàn)的代價(jià)是解復(fù) 用裝置129跟蹤信道變化的速度降低了 Nls倍。
圖4a—4c分別給出了與濾波器系數(shù)調(diào)整裝置130a、 130b和130c對(duì) 應(yīng)的低速實(shí)現(xiàn)框圖130'a、 130'b和130'c。該低速系數(shù)調(diào)整裝置與前述圖 2主要的不同是對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算器202的輸入信號(hào)125、 126，梯度計(jì)算器 的第四輸入信號(hào)215或216都分別受開(kāi)關(guān)405、 403、 404的控制。開(kāi)關(guān) 403 405則受頻率為Rs/NlS的時(shí)鐘401控制，在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)403 405打開(kāi)一次，分別將數(shù)據(jù)輸入給梯度計(jì)算器203和對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算器202， 這樣偏導(dǎo)計(jì)算器202和梯度計(jì)算器203每N^個(gè)符號(hào)周期工作一次，從而將整個(gè)濾波器系數(shù)調(diào)整裝置130'的工作周期增大為Nu個(gè)符號(hào)周期。
圖5給出了依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的濾波器系數(shù)調(diào)整方法的流 程圖。
在濾波器系數(shù)調(diào)整裝置開(kāi)始工作后(步驟501)，先對(duì)濾波器系數(shù)進(jìn) 行初始化(步驟502)，初始值可以取W。為單位矩陣。然后根據(jù)信號(hào)的 調(diào)制格式選擇或設(shè)計(jì)目標(biāo)概率密度函數(shù)(步驟503)，之后進(jìn)入循環(huán)工作 模式。在循環(huán)工作模式的一個(gè)周期之內(nèi)，首先計(jì)算目標(biāo)概率密度函數(shù)在 自變量取值為當(dāng)前偏振解復(fù)用輸出信號(hào)值的情況下的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值(步驟 504)，然后該對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值被用于計(jì)算梯度值(步驟505)，在該步驟，可 以計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)梯度或自然梯度。計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)梯度還是計(jì)算自然梯度可以是預(yù) 先確定的。另選地，可以增加梯度類型選擇步驟，對(duì)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)梯度或自 然梯度進(jìn)行選擇。進(jìn)一步，在濾波器具有多個(gè)抽頭的情況，還需要第一 寄存步驟或第二寄存步驟，分別用于對(duì)輸入信號(hào)或輸出反饋信號(hào)進(jìn)行寄 存。最后根據(jù)梯度值更新濾波器組的系數(shù)，并將新的系數(shù)值輸出給濾波 器組和梯度計(jì)算器(步驟506)。這樣便完成一個(gè)系數(shù)調(diào)整的工作周期。 然后在步驟507判斷是否到了下一個(gè)工作周期，如果已到下一工作周期 (步驟507，是)，則返回步驟504計(jì)算對(duì)數(shù)偏導(dǎo)，并進(jìn)行步驟505、 506 的處理。如果未到下一工作周期(步驟507，否)，則在步驟508進(jìn)行等 待，直到到了下一工作周期。系數(shù)調(diào)整裝置的工作周期可以是一個(gè)符號(hào) 周期(最快的工作方式)，也可以是若干個(gè)符號(hào)周期(低速實(shí)現(xiàn))。此時(shí)， 可以增加定時(shí)步驟，其用于控制所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算步驟和所述梯度計(jì)算 步驟的工作定時(shí)；第一開(kāi)關(guān)步驟，在所述時(shí)鐘步驟的控制下使所述對(duì)數(shù) 偏導(dǎo)計(jì)算步驟工作或不工作；第二開(kāi)關(guān)步驟，在所述時(shí)鐘步驟的控制下 使所述梯度計(jì)算步驟工作或不工作。
以上只對(duì)本發(fā)明的方法的流程圖進(jìn)行了簡(jiǎn)要的說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人 員參照前面對(duì)裝置的描述可以清楚地知道它們的其它實(shí)施方式及其實(shí) 現(xiàn)。
本發(fā)明可以由單純的硬件實(shí)現(xiàn)，也可僅由軟件實(shí)現(xiàn)，也可由硬件和 軟件的混合來(lái)實(shí)現(xiàn)。在由軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，該軟件在被計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，可以使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)上述的方法或裝置。本發(fā)明還涉及存儲(chǔ)該軟件的存儲(chǔ)介質(zhì)。
存儲(chǔ)介質(zhì)例如可以是CD、 DVD、軟盤、MO、閃存、磁帶等。
以上說(shuō)明僅僅是示例性的，不是對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明的范圍僅 僅由權(quán)利要求及其等同物確定。
權(quán)利要求
1、一種濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置在偏振解復(fù)用裝置中使用，所述偏振解復(fù)用裝置利用濾波器(119-120)對(duì)輸入信號(hào)(117、118)進(jìn)行解復(fù)用，獲得解復(fù)用輸出信號(hào)(125、126)，所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置用于調(diào)整所述濾波器的系數(shù)，其特征在于，所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置包括對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元(202)，用于計(jì)算所述解復(fù)用輸出信號(hào)的目標(biāo)概率密度函數(shù)在自變量取值為當(dāng)前解復(fù)用輸出信號(hào)值時(shí)的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值；梯度計(jì)算單元(203)，用于根據(jù)所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元所計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值計(jì)算用于對(duì)所述解復(fù)用輸出信號(hào)的分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的梯度；以及濾波器系數(shù)更新單元(204)，根據(jù)所述梯度計(jì)算單元計(jì)算出的梯度，更新所述濾波器的系數(shù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，所述 目標(biāo)概率密度函數(shù)是相位服從0 2兀均勻分布的概率密度函數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，所述 目標(biāo)概率密度函數(shù)是針對(duì)MPSK調(diào)制格式信號(hào)設(shè)計(jì)的自變量為MPSK信 號(hào)的模值的麥克斯韋分布、高斯分布、瑞利分布、萊斯分布、指數(shù)分布 或其他具有比圓高斯分布的峰度更小峰度的概率密度函數(shù)中的一種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，所述 目標(biāo)概率密度函數(shù)是針對(duì)具有多個(gè)幅度的調(diào)制格式信號(hào)所設(shè)計(jì)的具有與 多個(gè)幅度對(duì)應(yīng)的多峰值結(jié)構(gòu)的、自變量為信號(hào)模值的組合麥克斯韋分布、 組合高斯分布、組合瑞利分布、組合萊斯分布、組合指數(shù)分布或其他具 有比圓高斯分布的峰度更小峰度的概率密度函數(shù)的組合概率密度函數(shù)中 的一種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，所述 梯度計(jì)算單元根據(jù)所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元所計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值、所述輸入信號(hào)、所述濾波器系數(shù)更新單元的輸出反饋，計(jì)算用于對(duì)所述解復(fù)用輸出信號(hào)的分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)梯度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，所述 梯度計(jì)算單元根據(jù)所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元所計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值、所述解復(fù)用輸出信號(hào)、所述濾波器系數(shù)更新單元的輸出反饋，計(jì)算用于對(duì)所 述解復(fù)用輸出信號(hào)的分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的自然梯度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于， 所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置還包括梯度類型選擇器，所述梯度類型選擇器用于選擇所述梯度計(jì)算單元所計(jì)算的梯度的類型；并且根據(jù)所述梯度類型選擇器的選擇結(jié)果，所述梯度計(jì)算單元利用所述 對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元所計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值、所述解復(fù)用輸出信號(hào)、所述 濾波器系數(shù)更新單元的輸出反饋，計(jì)算用于對(duì)所述解復(fù)用輸出信號(hào)的分 布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的自然梯度；或利用所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元 所計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值、所述輸入信號(hào)、所述濾波器系數(shù)更新單元的輸 出反饋，計(jì)算用于對(duì)所述解復(fù)用輸出信號(hào)的分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函 數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)梯度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，各所 述濾波器具有多個(gè)抽頭，所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置還包括第一寄存單元(205)和第二寄存單元(206)，所述第一寄存單元用于寄存所述輸入信號(hào)的多個(gè)采樣值，所述第一 寄存單元寄存的釆樣值的個(gè)數(shù)與各所述濾波器的抽頭數(shù)相同；所述第二寄存單元用于寄存所述解復(fù)用輸出信號(hào)的多個(gè)采樣值，所 述寄存單元寄存的采樣值的個(gè)數(shù)與各所述濾波器的抽頭數(shù)相同。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l一8任一項(xiàng)所述的濾波器系數(shù)調(diào)整裝置，其特征 在于，所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置還包括時(shí)鐘單元(401)，其用于控制所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元和所述梯度計(jì) 算單元的工作定時(shí)；第一開(kāi)關(guān)單元(405)，在所述時(shí)鐘單元的控制下使所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì) 算單元工作或不工作；第二開(kāi)關(guān)單元(403、 404)，在所述時(shí)鐘單元的控制下使所述梯度計(jì)算單元工作或不工作。
10、 一種濾波器系數(shù)調(diào)整方法，所述濾波器系數(shù)調(diào)整方法在偏振解 復(fù)用裝置中使用，所述偏振解復(fù)用裝置利用濾波器(119一120)對(duì)輸入 信號(hào)(117、 118)進(jìn)行解復(fù)用，獲得解復(fù)用輸出信號(hào)(125、 126)，所述 濾波器系數(shù)調(diào)整方法用于調(diào)整所述濾波器的系數(shù)，其特征在于，所述濾 波器系數(shù)調(diào)整方法包括對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算步驟(504)，用于計(jì)算所述解復(fù)用輸出信號(hào)的目標(biāo)概 率密度函數(shù)在自變量取值為當(dāng)前解復(fù)用輸出信號(hào)值時(shí)的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值；梯度計(jì)算步驟(505)，用于根據(jù)所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算步驟所計(jì)算出的 對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值計(jì)算用于對(duì)所述解復(fù)用輸出信號(hào)的分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化 函數(shù)的梯度；以及濾波器系數(shù)更新步驟(506)，根據(jù)所述梯度計(jì)算步驟計(jì)算出的梯度， 更新所述濾波器的系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及濾波器系數(shù)調(diào)整裝置和方法。該濾波器系數(shù)調(diào)整裝置用于偏振解復(fù)用裝置中，所述偏振解復(fù)用裝置利用濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行解復(fù)用，獲得解復(fù)用輸出信號(hào)，所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置用于調(diào)整所述濾波器的系數(shù)，其特征在于，所述濾波器系數(shù)調(diào)整裝置包括對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元，用于計(jì)算所述解復(fù)用輸出信號(hào)的目標(biāo)概率密度函數(shù)在自變量取值為當(dāng)前解復(fù)用輸出信號(hào)值時(shí)的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值；梯度計(jì)算單元，用于根據(jù)所述對(duì)數(shù)偏導(dǎo)計(jì)算單元所計(jì)算出的對(duì)數(shù)偏導(dǎo)值計(jì)算用于對(duì)所述解復(fù)用輸出信號(hào)的分布進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的梯度；以及濾波器系數(shù)更新單元，根據(jù)所述梯度計(jì)算單元計(jì)算出的梯度，更新所述濾波器的系數(shù)。
文檔編號(hào)H04J14/06GK101599801SQ20081010892
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者張慧劍, 谷村崇仁, 陶振寧 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社