CN102388534A - 滤波设备和用于提供滤波设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明与用于过滤输入信号(s(t))的滤波设备(200)相关。滤波设备(200)具有带有各自的滤波系数(w0-w6)的多个抽头，以及多个延迟单元(221-226)，其中至少两个延迟单元(221-226)具有不同的延迟。

Description

滤波设备和用于提供滤波设备的方法
背景技术
本发明与滤波设备相关，特别地，与光学通信系统中的有限脉冲响应(Finite Impulse Response，FIR)等相关。 
依照惯例，FIR滤波器的相邻抽头(gap)之间具有固定时延或时延。就这一点而言，图1显示了FIR滤波器100，其配置为过滤输入信号s(t)，用于提供已滤波的输出信号r(t)。FIR滤波器100具有多个抽头110-116，各自的滤波系数分别为w0-w6。并且，FIR滤波器100具有多个延时单元121-126，其中，延时单元121-126具有相应的固定时延T。抽头110-116的输出由添加器条目130添加，用于提供滤波输出信号r(t)。 
所有时延T的总和定义了FIR滤波器100的脉冲响应时间。为了均衡起见，滤波脉冲响应时间应大于或等于信道记忆时间。否则，信道损伤可能无法完全得到补偿。 
这种常规FIR滤波器也称为横向(transversal)滤波器，在相邻抽头之间部署所述的等间距的时间延迟或延迟T，以便滤波后的输出结果为r(t)＝wMs(t-MT)+wM-1s(t-(M-1)T)+...+w1s(t-T)+w0s(t)。 
公式中使用了滤波信号r(t)、输入信号s(t)、滤波系数或抽头权重wi，i∈{0，1，...，M}和抽头延迟T。通常情况下，延迟T通常也称为抽头延迟T，指的是符号持续时间TS。在光学通信系统中，部署了抽头延迟T＝TS/2，涉及到与波特率(Baudrate)相关的双重过取样(two-fold over-sampling)。抽头间距具有更佳分辨率的过取样的优势，可由T.Duthel等针对光学发射系统来进行验证。“将具有T间距的均衡器与降低了复杂度的相干接收器一起使用时，损 伤公差为111Gbit/s POLMUX-RZ-DQPSK”，2007年9月16至20日举行的欧洲光学通信会议，文件Mo.1.3.2。 
为了降低实施复杂度，应尽可能减少抽头的总数，例如，总数为九个间距可实现4T的FIR滤波器脉冲响应持续时间。可能存在信道存储器超过FIR滤波器的脉冲响应时间的情况，例如：通过更大的不同群组延迟(DGD)。要涵盖这样的情况，必需增加滤波器脉冲响应时间。 
对此，可在以下文献中找到上述条件的理论基础：Simon Haykin的2002年Prentice Hall的“自适应滤波器”第四版的“背景和预览”一章的第四节“线性滤波器结构”以及2002年Wiley的Nevio Benvenuto and Giovanni Cherubini中的“通信系统及其应用程序的算法”的1.3-1.4章节。 
此外，在给定常数数量的抽头的情况下，还可以应用间距2T＝Ts，其具有延长的滤波器脉冲响应，但如上所述，其在光学系统中会具有主要的滤波补偿(penalty)。此处，文档US 5,838,740A描述了间距为T＝Ts/2的FIR抽头(tap)，其仅能覆盖一半的滤波器脉冲持续时间。 
发明内容
本发明要实现的一个目标是在滤波器脉冲持续时间长和分辨率高之间提供一个变通方法。在本发明中，此目标可通过具有不同延迟的混合滤波结构来实现。因此，根据某些实施情况，可在一个滤波设计中采用多个延迟或抽头延迟。通过在相邻的抽头之间包含或排除延迟单元，可以将此延迟结构创建为自适应的，以便调节信道存储器的结构，也可以将延迟结构设计为静态的，以便满足特定条件。 
信道存储器可使信号脉冲在多个符号插槽上传播，以便与相邻的脉冲相干涉。特别地，与脉冲中心相比，脉冲的边缘可仅包含极少的脉冲能量。这样，靠近脉冲边缘的信息将低于脉冲中心。均衡器中的FIR滤波器可尝试提供反向信道脉冲响应，以便反转脉冲的传播，并且在均衡化之后，获取到未失真的脉冲。FIR滤波器抽头之间的短期延迟，涉及到高取样率，可提供更佳的分辨 率，与长期延迟相比，具有增强的反向信道脉冲表示。因此，当抽头延迟降低后，可要求更大总数的抽头以覆盖特定脉冲持续时间，特别是在具有过取样的系统中。相反，FIR滤波器之间的长期延迟，涉及到低取样率，基于抽头数量进行比较时，可导致长的滤波脉冲延长时间，从而可补偿更长的信道脉冲响应。 
类似地，短期抽头延迟和长期滤波器脉冲持续时间的优势，可通过FIR滤波器的频率域表示进行说明，也涉及到滤波器转换函数。取样率定义了数字带宽，使用大型取样率，导致大型数字带宽。FIR抽头的数量涉及到数字带宽内转换函数的频率域表示的数量。 
短抽头延迟涉及到大的取样率和宽的数字带宽，其可避免转换函数的上方和下方边带的过取样，也称为混叠(aliasing)。长抽头延迟涉及到低取样率，具有小的数字带宽。如果取样率满足第一个Nyquist(奈奎斯特)准则，则没有混叠。在给定相同数量的FIR抽头的情况下，则较短抽头延迟的转换函数具有较低的频率分辨率，同时转换函数的表示的准确率也低。另一方面，较长抽头延迟的转换函数具有更优的频率分辨率，具有更准确的转换函数表示。在光学发射系统中，每符号一个样品的取样率(T＝Ts)通常不能满足Nyquist(奈奎斯特)准则。更好的办法是，应用没符号两个样品的取样率(T＝Ts/2)。 
此外，根据某些实施例，高分辨率可连同低的背对背补偿(back to back penalty)一起提供。 
此外，根据一些实施例，当在给定的实施复杂度，即抽头的总数，处于时间域阶段之前的所有剩余失真的稳健性将增加。此外，可降低所需的抽头的数量以达到某些公差，防止线性信道失真。 
根据本发明的第一方面，提供了一种用于过滤输入信号的滤波设备。该滤波设备具有带有各自滤波系数的多个抽头，以及多个延迟单元，其中至少两个延迟单元具有不同的延迟。 
滤波设备可以为数字滤波器，特别是有限脉冲响应(FIR)滤波器。或者，滤波设备可为无限脉冲响应(Infinite Impulse Response，IIR)滤波器。并且，输 入信号可以为电输入信号，特别是在光发射之后。此外，输入信号可为光输入信号。 
本发明的滤波器的示例可为具有特定结构的滤波器，其中，位于滤波器结构中间的抽头的延迟或抽头延迟相差T＝Ts/2，位于滤波器边缘或侧面的抽头的延迟可扩展为相差2T＝Ts。在具有九个抽头的滤波器的示例中，五个中间抽头具有延迟T，每个边缘的两个抽头相差延迟2T。在中间具有较近抽头间距可提供良好的均衡性，其可具有更详尽的滤波函数表示。在混合滤波器的边缘具有较大的延迟可增加滤波器的总脉冲响应时间，从而允许使用较大的存储器进行信道条件的均衡。 
根据一些实施例，因子αi乘以αi-1＜αi＜αi+1，α∈R的任意延迟或时间偏移，同时αi为实数，可导致 
r(t)＝wMs(t-αMT)+wM-1s(1-αM-1T)+...+w1s(t-α1T)+w0s(t-α0T). 
特别地，数字系统可限制为模拟数字转换(ADC)器的取样率，取样率为N/TS可导致取样时间TS/N。抽头延迟可为整数乘以βi，βi∈Z，βi为正或负自然数，延迟为T＝TS/N。过滤后的输出信号r(t)可表示为： 
r(t)＝wMs(t-βMT)+wM-1s(1-βM-1T)+...+w1s(t-β1T)+w0s(t-β0T) 
特别地，βi可选择为β＝[9，7，6，5，4，3，2，0]，其可导致在滤波器的两个边缘具有更宽的间距，在滤波器的中心具有窄间距。 
根据一个实施形式，可在两个抽头之间安排相应的延迟单元。 
根据一个实施形式，每个抽头可具有一个滤波系数和一个延迟单元。 
根据一个实施形式，滤波设备可包含用于调整滤波设备的延迟单元的延迟的调节装置。有利的方面是，通过该调节装置，滤波设备可以是可调整的，因而成为自适应。 
根据一个实施方式，所述调节装置可依赖于滤波设备中的相应的延迟单元的位置，调整相应延迟单元的延迟。 
根据一个实施形式，可将多个延迟单元连接在一个串联连接中。所述串联连接可在串联中间安排多个中间延迟单元，以及在串联连接边缘安排多个边缘延迟单元。中间延迟单元的相应延迟可小于边缘延迟单元的相应延迟。特别地，所述调节方式可将中间抽头之间的延迟调整为小于滤波设备的边缘抽头之间的延迟。 
根据一个实施形式，可将所有延迟单元连接在一个串联中。所述串联连接可具有多个安排在串联连接中间的中间延迟单元，以及安排在串联连接边缘的多个边缘延迟单元。中间延迟单元的相应延迟可为边缘延迟单元的相应延迟的一半。 
根据一个实施形式，所述调节装置可配置为调整滤波设备的延迟单元的延迟，特别是将相应延迟调整为一个商数的倍数，所述商数为输入信号的符号持续时间与用于对输入信号进行取样的过取样率的商数。 
根据一个实施形式，滤波设备的延迟单元可具有多个不同的延迟。因此，通过本发明的过滤设备，可提供更复杂的滤波函数。 
根据一个实施形式，滤波设备可具有设置方式，用于设置两个相邻抽头之间的延迟，方式为通过在两个相邻抽头之间包含或不包含延迟单元。 
相应的方式，特别是调节装置和设置装置可以硬件或软件的方式进行实施。如果所述方式采用硬件实施，则可以体现为设备，例如：计算机或处理器或计算机系统等系统的一部分。如果所述方式以软件的方式实施，则可以体现为计算机程序产品、功能、例程或程序代码或者体现为可执行的对象。 
根据一个实施形式，两个相邻抽头之间各自的延迟可以为静态的。 
根据本发明的第二方面，提供了滤波排列方式，其中，所述滤波排列方式具有多个上面描述的滤波设备。 
根据本发明的第三方面，建议了一个提供滤波设备用于过滤输入信号的方法，该方法包含：用于提供多个具有相应滤波系数的抽头的步骤，以及提供多个延迟单元的步骤，其中至少两个延迟单元具有不同的延迟。 
根据本发明的第四方面，本发明与计算机程序相关，其包含程序代码，用于在计算机中运行时，执行提供滤波设备的方法。 
根据本发明的第五方面，提供一个调整滤波设备以过滤输入信号的方法，其中，所述滤波设备具有带有各自滤波系数的多个抽头，以及多个延迟单元的串联连接，该方法包含用于提供具有可调节的延迟的延迟单元的步骤以及调整延迟的步骤，其首先扩展串联连接的外部延迟单元的延迟以便增加滤波设备的滤波存储量。 
根据本发明的第六方面，本发明与计算机程序相关，其包含程序代码，用于在计算机中运行时，执行调整滤波设备的方法。 
根据本发明的第七方面，建议了一种用于调整滤波设备以便过滤输入信号的方法，所述滤波设备具有分别带有滤波系数的多个抽头，以及多个延迟单元的串联连接，其中，该设备具有调整延迟单元的延迟的调节装置，并首先使用串联连接的外部延迟单元来增加滤波设备的滤波存储量。 
附图说明
下面参考附图描述了本发明的一些进一步实施例，其中： 
图1显示了具有常数延迟的滤波设备， 
图2显示了具有不同延迟的滤波设备的实施例， 
图3显示的图表说明了所需的光学信噪比达到10-3的误码率(bit-error-rate)对比于三个不同的滤波长度的光信道损伤微分群组延迟的依存关系， 
图4显示的图表说明了微分群组延迟值为0的滤波脉冲响应， 
图5显示的图表说明了微分群组延迟值为36ps的滤波脉冲响应， 
图6显示的图表说明了微分群组延迟值为72ps的滤波脉冲响应， 
图7显示的图表说明了微分群组延迟公差(differential group delay tolerance)的改进， 
图8显示的图表说明了色度色散容限(chromatic dispersion tolerance)的 改进， 
图9显示了提供滤波设备方法的实施例， 
图10显示了调整滤波设备方法的实施例。 
具体实施方式
图2显示了具有不同延迟T、2T的滤波设备200的实施例。 
滤波设备200可为FIR滤波器。图2的FIR滤波器200接收输入信号s(t)并输出过滤后的输出信号r(t)。FIR滤波器200具有七个抽头210-216。抽头210-216分别具有滤波系数w0-w6。例如，抽头211具有滤波系数w1。此外，FIR 200具有六个延迟单元221-226。延迟单元221-226分别排列在两个抽头210-216之间。抽头210-216的数量与延迟单元221-226的数量在图2中仅作示范之用。 
图2的中间延迟单元222至225具有抽头延迟T。而边缘延迟单元221和226具有延迟2T。并且，此结构仅用作提供示例。通过示例的方式，延迟单元222和225具有延迟2T。 
抽头210-216的输出由添加器实体230添加以提供输出信号r(t)。 
参考图3-6，光信道损伤微分群组延迟(DGD)可产生线性失真，会增加信道存储量。可将滤波脉冲响应的长度调节为长于或等于信道脉冲响应的长度，以允许信道损伤的免罚(penalty-free)补偿。否则，误码率(BER)将退化或要求更高的信噪比(SNR)以保持BER为常数。 
对此，图3显示的图表说明了所需的光信噪比(OSNR)对光信道损伤微分群组时延(DGD)的依存关系。特别地，图3显示了所需的光学信噪比(OSNR)与具有不同抽头长度的DGD的对比。九个抽头长度可能足以达到50ps的DGD。并且，十一个抽头可能会将DGD的范围扩展到70ps。 
此外，图4显示的图表说明了微分群组延迟(DGD)值为0的滤波脉冲响应。采用模拟方式，图5和图6分别显示了36ps和72ps。参考图6， 对于72ps的DGD，可能已缩短了滤波存储器。边缘的抽头可能不会降低至零。在这种情况下，可能会要求十一个抽头而不是九个抽头，以达到滤波脉冲响应所需的长度。 
在图7中描述了一个图表，说明微分群组延迟(DGD)容差的改进。特别地，曲线701显示了标准9个抽头滤波器FIR的情况，而曲线702显示了根据本发明，九个混合抽头FIR滤波器的情况。因为曲线701明显位于曲线702的上方，与明显显示固定抽头延迟的标准FIR结构相比，根据本发明的混合延迟结构有了改进。例如，如图2中所示，混合延迟结构可在滤波器的边缘应用2T延迟，在中间抽头处应用T延迟。如图1中所示，与标准FIR结构的8T相比，这样可以将滤波脉冲响应的长度扩展为10T。 
图8显示的图表说明了对色度色散(chromatic dispersion，CD)容限的改进。图8的x轴使用单位ps/nm显示剩余的CD。此外，y轴显示了所需的OSNR(ROSNR)。图8显示了三条曲线801-803。曲线801基于九个抽头的滤波结构，具有相应的常数延迟T＝Ts/2。曲线802和803的混合延迟结构在滤波器的边缘应用具有2T＝Ts延迟的九个抽头。对此，曲线802的“混合(2)”在每个滤波器侧的一个抽头上应用扩展的延迟，总共为两个扩展的延迟2T。此外，曲线803的“混合(6)”在每个滤波器侧的三个抽头上应用扩展的延迟，总共为六个扩展的延迟2T。特别地，根据图8，对于具有大型值的CD，其中，根据曲线801的标准FIR结构已受限于其慢速脉冲长度，根据曲线802和803的混合结构具有扩展的脉冲长度，可具有明显的优势。 
图9描述了用于提供滤波设备方法的实施例。 
如图9中所示，该方法包含为901提供多个具有相应滤波器系数的抽头。此外，图9中的方法包含为902提供多个延迟单元的步骤，其中，至少两个延迟单元具有不同的延迟。 
此外，在图10中，描述了用于调整滤波设备的方法的实施例，所述滤波设备具有带有各自滤波系数的多个抽头，以及多个延迟单元的串联连接。图2 中显示了此类滤波器的实施例。 
图10的方法包含的步骤，用于为1001提供具有可调节延迟延迟单元。 
此外，图10中的方法具有的步骤，可为1002调节延迟，并首先扩展串联连接的外部延迟单元的延迟，以便提高滤波设备的滤波存储量。 
根据某些实施例，滤波设备体现为有限脉冲响应(FIR)滤波器。并且，本发明还可体现为无限脉冲响应(IIR)滤波器。 

Claims (15)

1.用于过滤输入信号(s(t))的滤波设备(200)，其包括，
多个抽头(210-216)，具有各自的滤波系数(w0-w6)以及
多个延迟单元(221-226)，其中至少两个延迟单元(221-226)具有不同的延迟。
2.如权利要求1所述的滤波设备(200)，
其中在两个抽头(210-216)之间安排了相应的延迟单元(221-226)。
3.如权利要求1或2所述的滤波设备(200)，
其中，抽头(210-216)具有至少一个滤波系数(w0-w6)以及至少一个延迟单元(221-226)。
4.如上述权利要求中的一个权利要求所述的滤波设备(200)，
包括，调节装置，用于调整滤波设备(200)的延迟单元(221-226)的延迟。
5.如上述权利要求中的一个权利要求所述的滤波设备(200)，
包括，调节装置，用于根据相应的延迟单元(221-226)在滤波设备(200)或信号路径中的位置，调整相应的延迟单元(221-226)的延迟。
6.如上述权利要求中的一个权利要求所述的滤波设备(200)，
其中，延迟单元(221-226)串联在一起，以形成串联连接，所述串联连接具有多个安排在串联连接中间的中间延迟单元(222-225)，以及相应数量的安排在串联连接边缘的边缘延迟单元(221，226)，其中，中间延迟单元(222-225)的相应延迟小于边缘延迟单元(221，226)的相应延迟。
7.如上述权利要求中的一个权利要求所述的滤波设备(200)，
其中，延迟单元(221-226)串联在一起，以形成串联连接，所述串联连接具有多个安排在串联连接中间的中间延迟单元(222-225)，以及相应数量的安排在串联连接边缘的边缘延迟单元(221，226)，其中，中间延迟单元(222-225)的相应延迟是边缘延迟单元(221，226)中至少一个的相应延迟的一半。 
8.如上述权利要求中的一个权利要求所述的滤波设备(200)，
包括，调节装置，用于调整滤波设备(200)的延迟单元(221-226)的延迟，其中所述调节装置用于调整相应的延迟，以使所述相应的延迟为一个商数的倍数，所述商数为输入信号(s(t))的符号持续时间与用于对输入信号(s(t))进行取样的过取样率的商数。
9.如上述权利要求中的一个权利要求所述的滤波设备(200)，
其中，滤波设备(200)的延迟单元(221-226)具有至少三个不同的延迟。
10.如上述权利要求中的一个权利要求所述的滤波设备(200)，
包括，设置装置，用于设置两个相邻抽头(210-216)之间的延迟，方式是通过在两个相邻抽头(210-216)之间包括或不包括一个或多个延迟单元(221-226)。
11.如上述权利要求中的一个权利要求所述的滤波设备(200)，
其中，滤波设备(200)为有限脉冲响应(FIR)滤波器。
12.滤波设备，包括，
如上述权利要求中的一个权利要求所述的多个滤波设备(200)，用于过滤输入信号(s(t))。
13.提供用于过滤输入信号(s(t))的滤波设备(200)的方法，该方法包括，
提供具有各自的滤波系数(w0-w6)的多个抽头(210-216)，以及
提供多个延迟单元(221-226)，其中至少两个延迟单元(221-226)具有不同的延迟。
14.一个用于调整滤波设备(200)的方法，用于过滤输入信号(s(t))，所述滤波设备(200)具有多个抽头(210-216)，分别具有滤波系数(w0-w6)和多个延迟单元(221-226)的串联连接，该方法包括，
调节延迟单元(221-226)的延迟，首先调整串联连接的外部延迟单元(221，226)，以增加滤波设备(200)的滤波器存储量。 
15.用于调整滤波设备(200)的设备，用于过滤输入信号(s(t))，所述滤波设备(200)具有多个抽头(210-216)和多个延迟单元(221-226)的串联连接，所述多个抽头(210-216)分别具有滤波系数(w0-w6)，该方法包括，
调节装置，用于调节延迟单元(221-226)的延迟，首先调整串联连接的外部延迟单元(221，226)，以增加滤波设备(200)的滤波器存储量。 
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