CN102439930B - 自适应滤波器 - Google Patents

Abstract

一个自适应滤波器，配置为过滤输入信号，其包含傅里叶变换单元(101)(配置为基于傅里叶变换方式，将输入信号转换为频域信号)、加权单元(103)(配置为对频域信号的至少一部分与频域中的色散滤波器的滤波系数进行加权计算，以获取频域中的已滤波信号)、相关单元(107)(配置为相关频域中的已滤波信号，以获取相关值)以及自适应单元(109，111)(配置为基于相关值调节滤波系数)。

Description

自适应滤波器

技术领域

本发明涉及通信系统中的数字滤波，尤其涉及光通信系统。

背景技术

在当今的高速通信系统中，部署了许多光组件以便使用光信号来传输信息。通常，光信号是通过光纤来传输的，但是，由于不同的波长具有不同的传输特性这会导致传输的信号发生畸变。这种畸变可以包含波长相关的衰减或色散，后者会导致不同波长处的信号组件以不同的速率沿光通信信道进行传播。

为了对失真进行补偿，可以在接收器处部署一个数字滤波器以改进信号质量，便于对所传输信息的后续检测。在进行数字滤波前，首先对接收到的光信号进行光相干解调，然后，进行的光-电转换，比如使用光敏二极管。此时的电信号仍然包含残余失真，例如：色散，可以通过数字滤波来消除。

图7显示了传统色散滤波器(来自于M.Kuschnerov、F.N.Hauske、K.Piyawanno、B.Spinnler、A.Napoli和B.Lankl的OFC 2009,paper OMT1“Adaptive ChromaticDispersion Equalization for Non-Dispersion Managed Coherent Systems”(用于非色散管理型相干系统的自适应性色散均衡))的结构。该滤波器结构包含快速傅里叶变换(FFT)701，用于将时域信号转换至频域中。结果频域信号由乘法器703乘以滤波系数，其中，乘法器703具有一个连接至反向快速傅里叶变换(IFFT)705的输出，用于将相乘后的信号转换至时域中。然后，时域信号通过反馈回路提供至减法器707中，并从时域信号中减去期望功率。结果信号将提供给进一步的快速傅里叶变换器709，以便将结果信号转换至频域，该信号随后再由另一个乘法器711乘以FFT 701提供的原始频域信号。乘法器711的输出将提供给加法器713，其具有一个反馈回路用于将以前的加法结果添加至乘法器的输出信号中，以获取提供给乘法器703的信道系数。如图7所示，将利用时域信号和频域信号来更新滤波系数。

请参考图7，从具有复数值的时域信号s(t)中，提取误差u(t)＝|s(t)|²-R，其中，R表示上面提及的期望功率。此方法与已知的恒模算法(constant modulus algorithm,CMA)相关。为了更新频域中的滤波器，误差信号u(t)必须通过FFT 701传输至频域，以便更新滤波函数，即，滤波系数。在进行多次连续更新后，滤波器将近似计算理想的滤波函数确定滤波系数并表征出引入色散的信道滤波的反函数。

发明内容

本发明的目的为更有效地更新自适应滤波器的系数。

根据本发明的第一方面，提供了自适应滤波器，用于过滤输入信号来减少色散或波长相关的衰减。滤波器包含傅里叶变换单元(Fourier transforming means)基于傅里叶变化将输入信号转换为频域信号，加权单元(weighting means)，使用自适应滤波器的滤波系数，对至少一部分频域信号的进行加权计算，以获取频域中已滤波信号，相关单元(correlatingmeans)，用于为频域中已滤波信号进行相关计算，以获取相关值，自适应单元(adaptationmeans)，基于相关值更新所述滤波系数。

傅里叶变换单元还可以包含至少一个傅里叶变换器，用于通过傅里叶变换将输入信号转换为频域信号，所述傅里叶变换的具体实例包括，例如，1024长度系数的快速或离散傅里叶变换。此外，加权单元可配置为将至少一部分频域信号与至少一个滤波系数相乘。例如，加权单元可能包含一个或多个乘法器，比如实数或复数的乘法器，来执行加权处理。一部分频域信号可以是单个频域信号的取样，该取样可能是实数或复数。因此，加权单元可简化为系数乘法。但是，频域信号的一部分可包含组成一个矢量的多个值，每个值对应于一个频率值。此外，加权单元可能对所有频域信号进行加权计算，使用的滤波系数应与自适应滤波器的系数相对应。

根据本发明的第一方面的一个实施方式，自适应滤波器可以为自适应色散滤波器或自适应群时延补偿滤波器，或者用于补偿波长相关衰减的自适应滤波器。

根据本发明的第一方面的一个实施方式，频域中的已滤波信号，可以为某个特定光偏振的光信号，例如，沿x轴或y轴的偏振。因此，相关单元为加权单元提供的已滤波信号进行自相关计算，以便获取相关值。自相关可根据已知的数字自相关方法进行计算。

根据本发明的第一方面的一个实施方式，频域中已滤波信号可包含，沿某一偏振方向的光信号，例如x偏振方向或y偏振方向，其中，相关单元可配置为对第一已滤波信号部分和第二已滤波信号部分进行互相关以获取相关值。更好的方式是，互相关可根据已知的数字互相关方法，在频域中进行。例如，为了根据时域中的不同偏振分离光组件，可在所述傅里叶变换单元之前部署一个光分离器。

根据本发明的第一方面的实施方式，可以对自相关或互相关执行加权计算，以便实施其重要部分和/或减少或抑制其不重要的部分(将其安排在包含相关值的相关矢量的外端)。

根据本发明的第一方面的一个实施方式，自适应单元可配置为基于相关值的绝对值，或基于相关值的平均值或基于相关值的绝对值的平均值调节滤波系数。为了获取绝对值，可在调节滤波系数之前执行自适应单元以进行确定。为了获取平均值，自适应单元可配置为基于多个，例如：两个、三个或更多，后续相关值或其绝对值，来确定平均值。

根据本发明的第一方面的一个实施方式，自适应单元可配置为在频域中，从多个预先确定的滤波系数中，选择自适应滤波器的进一步滤波系数以调节滤波系数，用于进一步的加权计算。因此，自适应单元可基于预先确定的多个滤波系数，迭代调节所述滤波系数。例如，预先确定的多个滤波系数可预先计算并存储在查询表中。为了选择进一步的滤波系数，自适应单元可包含选择器，其可具有对上述查询表的访问权限。

根据本发明的第一方面的实施方式，傅里叶变换单元可配置为，基于傅里叶变换，将进一步的输入信号转换为进一步的频域信号。此外，自适应单元可配置为，基于相关值，从多个预先确定的滤波系数中选择一个进一步的滤波系数，并使用该进一步的滤波系数替换所述滤波系数用于进一步的加权计算。此外，加权单元可配置为使用所述进一步滤波系数对所述进一步频域信号的至少一部分进行加权计算，以获取频域中的进一步的已滤波信号。例如，所述加权计算可通过系数归一过滤来实现。

此外，相关单元可配置为，在频域中相关进一步的已滤波信号，在频域中对所述进一步已滤波信号的进行自相关，以获取进一步的相关值。自适应单元可配置为确定相关值的平均值或者相关值的绝对值的平均值。此外，自适应单元可配置为确定进一步相关值的进一步平均值或者进一步相关值的绝对值的进一步平均值。此外，自适应单元还可进一步配置为，将平均值与进一步的平均值进行比较，以选择滤波系数用于进一步的加权计算(如果平均值小于或等于进一步的平均值)，或者为进一步的过滤选择进一步的滤波系数(如果进一步的平均值小于或等于平均值)。此外，自适应单元可为进一步的加权计算选择所述滤波系数，例如，其与最小错误值相关，其中，最小错误值可以表示为上述多个平均值中的最小平均值。这样，自适应(adaptation)过程可以以迭代方式，基于相互连续的输入信号进行。输入信号可对应于按照相同或不同的偏振的光信号。例如，两个后续的输入信号可分别对应于根据沿x轴和y轴偏振的不同输入信号部分。但是，输入信号可对应于相同的光偏振。

根据本发明的第一方面的一个实施方式，输入信号可包含时域中代表按第一光偏振的光信号的第一输入信号部分，和时域中的代表根据光偏振的光信号的第二输入信号部分。所述多个输入信号部分可能产生于属于不同偏振的光组件的分离，例如：分光器。这样，所述多个输入信号部分可以是根据不同偏振的多个平行信号部分，也可以组合构成一个矢量。

傅里叶变换单元，可配置为将第一输入信号部分转换为第一频域信号，并将第二输入信号部分转换为第二频域信号，其中，加权单元配置为对第一频域信号的至少一部分与滤波系数进行加权计算，以及对第二频域信号的至少一部分与进一步的滤波系数执行加权计算。例如，傅里叶变换单元可包含第一傅里叶变换器(用于转换第一输入信号部分)和第二傅里叶变换器(用于转换第二输入信号部分)。相应地，加权单元可包含第一加权元素(以对第一频域信号进行加权计算)，以及第二加权元素(以对第二频域信号进行加权计算)。例如，滤波系数和进一步的滤波系数可以为不同的滤波系数，用于根据不同的偏振对不同的信号进行加权计算。但是，滤波系数和进一步的滤波系数可以相同，以便根据不同的偏振的信号可以使用相同的滤波系数进行加权计算，例如，滤波。

根据本发明的第一方面的一个实施方式，输入信号可包含时域中的第一输入信号部分(表示根据第一光偏振的光信号)以及时域中的第二输入信号部分(表示根据第二光偏振的光信号)。傅里叶变换平均值方法可配置为，基于傅里叶变换，将第一输入信号部分转换为第一频域信号，以及将第二输入信号部分转换为第二频域信号。例如，傅里叶变换单元可包含第一傅里叶变换器(用于转换第一输入信号部分)，以及第二傅里叶变换器(用于将第二输入信号部分转换到时域中)。例如，加权单元可配置为将第一频域信号的至少一部分进行加权计算，以在频域中获取第一已滤波信号，以及将第二频域信号的至少一部分与进一步的滤波系数进行加权计算，以获取频域中的第二已滤波信号。例如，加权单元可包含第一加权元素(用于第一频域信号)以及第二加权元素(用于第二频域信号)，其中，加权元素可包含用于系数归一化的乘数，以用于乘以相应的信号。

此外，相关单元可配置为互相关频域中的第一已滤波信号和第二已滤波信号以获取相关值。

自适应单元可配置为从多个预先确定的滤波器中选择另一个滤波系数，且从多个预先定义的滤波系数中选择另一个进一步的滤波系数，以用于进一步的加权，另一个滤波系数将替换所述滤波系数，另一个进一步的滤波系数再替换所述进一步的滤波系数。自适应单元可进一步配置为基于相关值，或相关值的平均值或相关值的绝对值的平均值，选择所述进一步的滤波系数。这样，在适应步骤中，第一和第二频域信号的部分可使用滤波系数或进一步的滤波系数，来进行加权计算。在进一步的自适应步骤中，所述滤波系数可由进一步的滤波系数取代，所述进一步的滤波系数可由另一个进一步的滤波系数取代，以便使用相同的或不同的滤波系数集合，对进一步的第一和第二频域信号在进一步的自适应或迭代步骤中进行加权计算。

根据本发明的第一方面的一个实施方式，相关单元可配置为对输入信号的多个部分的做自相关或互相关，以获取自相关值和互相关值。此外，自适应单元可配置为基于自相关值的平均值和互相关值的平均值或基于其绝对值，来调节滤波系数。

根据本发明的第一方面的一个实施方式，自适应滤波器可以为线性滤波器，在预先确定的范围内具有相同值的全通滤波器、或带通滤波器或低通滤波器或高通滤波器，其包含频域中表示滤波转移函数的滤波系数。上述预先定义的值范围可从0延伸至滤波系数的最大绝对值，例如5％。

根据本发明的第一方面的一个实施方式，自适应滤波器可配置为对时间不变化或缓慢变化的损伤进行检测和/或滤波。例如，具备特定带宽的低通滤波效应，可通过相应的反相低通滤波器进行补偿。此外，还可以使用全通滤波器补偿色散(CD)。但是，不需通过不同的CD值进行全通滤波器扫描，而是通过具有不同带宽的不同的反相低通滤波器进行扫描，并基于创新型方法找到一个最佳滤波器。

根据本发明的第一方面的一个实施方式，自适应滤波器还包含反相傅里叶变换单元，用于在频域中将已滤波信号转换为时域内的已滤波信号以用于进一步的处理。

根据本发明的第二方面，提供了用于自适应滤波器的自适应滤波系数的方法。该方法包含基于傅里叶变换，将输入信号转换为频域信号，对频域信号的至少一部分与滤波系数进行加权计算以获取频域中的过滤信号，在频域中相关已滤波信号的至少一部分以获取相关值，并基于相关值调节滤波系数。

所述调节滤波系数的方法还包括其他步骤，这些步骤都可以从自适应滤波器的功能中直接推导出来。

根据本发明的第三个方面，提供了通信设备，包含创新的自适应滤波器，用于以自适应方式过滤输入信号。通信设备可能是通信接收器(配置为在滤波之前接收输入信号)，或者，为通信发射器(配置为在滤波之后发射所述输入信号以便对输入信号提前做预失真，例如，引入反向失真的色散被平衡掉)，或者，测量设备配置为测量色散或其他值(波长相关的失真)。

根据本发明的第四个方面，本发明提供了一个用于处理输入信号的方法，该方法包含，根据自适应滤波系数的方法来调节滤波系数，并使用调节后的滤波系数滤波输入信号。

上述用于处理输入信号的方法还包括其他步骤，这些步骤都可以从自适应滤波器的功能中直接推导出。

根据本发明的第五个方面，本发明提供了一个计算机程序，其包含程序代码(用于执行调节滤波系数的方法)或在运行计算机时用于处理输入信号的方法。

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显示了自适应滤波器的结构；

图2显示了自适应滤波器的结构；

图3显示了接收器的结构；

图4显示了相关值；

图5显示了平均值；

图6显示了传递函数；以及

图7显示了滤波器结构。

具体实施方式

在详细描述本发明的实施例之前，应该理解，本发明的范围不限于所述设备的特定组件部件或者所述方法的步骤，因为这样的设备和方法会有变形。还要了解，本文中所使用的技术，仅用于描述特定实施例，而不是为了对实施例进行限制。必须注意，如说明书与附件权利声明中所使用，单数形式“一个”、和“该”包含单数和/或复数参考，除非上下文已另外明确指定。

下面的实施例是通过示例中的方法，并参考色散进行描述的。但是，应该理解，本发明的原理广泛应用于任何种类的信道失真，例如，群时延或波长相关的衰减。

在光纤的传播过程中，光信号容易有色散，该色散会引入一个速度差，它是关于频率的函数，可以用传递函数描述：

$H_{\mathrm{dis}}\left(\mathrm{\ω}\right)=e^{j\·{\mathrm{\ω}}^2\·{\mathrm{\β}}_2\·L/\left({8\mathrm{\π}}^2\right)}$

其中，L为光纤的长度，β₂为群速度差的参数，ω为通过ω＝2πf与角频率相关的弧度频率。确定H_CD(jω)的滤波系数的反函数为

$H_{\mathrm{dis}}^{-1}\left(\mathrm{\ω}\right)=H_{\mathrm{CD}}\left(\mathrm{\ω}\right)=e^{-j\·{\mathrm{\ω}}^2\·{\mathrm{\β}}_2\·L/\left(8{\mathrm{\π}}^2\right)}$

并满足 $H_{\mathrm{dis}}^{-1}\left(\mathrm{\ω}\right)H_{\mathrm{dis}}\left(\mathrm{\ω}\right)=1.$

只要光路径不变，则剩余色散的值

$\mathrm{CD}=-{\mathrm{\β}}_2\frac{2\mathrm{\πcL}}{{\mathrm{\λ}}^2}$

将不随时间变化，其中，λ表示信号的载波波长。

根据本发明的一些实施例，将在IFFT之前抽取频域中的评估条件。因此，可以计算下面的估计矢量

$U_i\left(\mathrm{\τ}\right)=|S_i\left(f\right)\⊗S_i^{*}(-f)|=\left|\mathrm{ACF}\right\{S_i\left(f\right)\left\}\right|$

其中，表示卷积(例如：线性卷积)，而S^*表示S的复共轭。估计矢量指的是自相关函数(ACF)。平均值

v_i＝<U_i(τ)>

使用H_dis,i(f)的可能的反向函数来为滤波定义估计变量，其中，H_dis,i(f)表示信道损伤(例如：色散)的传递函数。使用已定义的步长宽度，对给定范围内的所有色散值中所有预先定义的滤波函数或所有可能值，重复计算v_i，在评估变量v的矢量可以在每个矢量元素v_i都参考一个色散补偿函数H_CD,i(f)的位置被接收到。最小min(v)的索引表示最佳滤波函数。

为了描述频域中的信道特征，根据不同的偏振在频域中传输的信号由X(f)和Y(f)表示，其中，接收到的信号由R(f)表示。信道特征由偏振效果确定，其由矩阵、色散滤波函数H_CD(f)，以及其他线性效果(来源于振幅过滤(AF)H_AF(f))进行描述。后者在两个偏振中是相同的。因此

$\begin{array}{c}R\left(f\right)=\left[\begin{array}{c}{R}_x\left(f\right)\\ R_y\left(f\right)\end{array}\right]=H\left(f\right)\left[\begin{array}{c}X\left(f\right)\\ Y\left(f\right)\end{array}\right]\\ =H_{\mathrm{CD}}\left(f\right)H_{\mathrm{AF}}\left(f\right)\left(\begin{array}{cc}{H}_{11}\left(f\right)& H_{12}\left(f\right)\\ H_{21}\left(f\right)& H_{22}\left(f\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}X\left(f\right)\\ Y\left(f\right)\end{array}\right)\end{array}$

并且

R_x(f)＝H_CD(f)H_AF(f)[X(f)H₁₁+Y(f)H₁₂]

R_y(f)＝H_CD(f)H_AF(f)[X(f)H₂₁+Y(f)H₂₂]

因此，频域中已收到信号将根据不同的偏振单独进行描述和处理。

图1显示了自适应滤波器的结构，包含具有输入和输出的傅里叶变换单元101，其中输出连接至加权单元103。加权平均值103具有输入和输出，其中，输出连接至反向傅里叶变换单元105。加权单元103的输出进一步耦合至相关单元107。相关单元107的输出耦合至自适应单元，其包含最小平均值确定单元109和系数选择单元111。自适应单元的输出，更精确的说，是系数选择单元111的输出，耦合至加权单元103的进一步输入。

傅里叶变换单元101可基于快速傅里叶变换或分散傅里叶变换(DFT)进行。相应地，反向傅里叶变换单元105可基于反向FFT或反向DFT进行。此外，加权单元103可对傅里叶变换单元101提供的频域信号或至少一部分频域信号进行加权。

傅里叶变换单元101接收时域信号r_x[n]，其被转换为频域信号R_x[m]，其随后被提供给加权单元103。加权单元103输出频域中已滤波信号S_x[m]，其由反向傅里叶变换单元105(其提供时域信号s_x[n])转换到时域中。频域中已滤波信号S_x[m]还提供给相关单元107，其通过对频域中已滤波信号S_x[m]的后续取样进行自相关，来计算自相关矢量U_i,x(τ)。根据示例，自相关单元107还可计算其绝对值的相关值U_i,x(τ)的平均值ν_i,x。最小平均值确定单元109被配置为对多个相关值选择一个最小平均值，以用于与其相关的滤波系数H_CD,i,x[m]的后续选择。

如图1中所示，自适应滤波器的系数基于一个偏振(例如，根据x偏振偏振)的信号而调节，其中，矢量U_i,x(τ)可以从R_x[m]自相关获取。但是，相同的自适应方法对沿y偏振的信号进行调节也可以被采用。在两种情况下，时域输入信号r_x[n]或r_y[n]可能为具有实部和虚部的复值信号。此外，基于沿x和y偏振的组合信息的通用评估也可能被采用，例如基于两组评估值的均值。

图2显示了包含傅里叶变换单元201的自适应色散滤波器的结构，具有第一傅里叶变换器203和第二傅里叶变换器205。滤波器还包含加权单元，其包含第一乘法器(multiplier)207和第二乘法器209。第一傅里叶变换器203的输出被耦合至第一乘法器207的输入，第一乘法器207具有另一个的输入和一个输出。相应地，第二傅里叶变换器205的输出耦合至第二乘法器209，第二乘法器209具有另一个输入和一个输出。第一乘法器207和第二乘法器209的输出耦合至相关单元211。相关单元211的输出耦合至自适应单元，具体是指自适应单元的最小均值确定单元213。选择器213的输出耦合至系数选择单元215，系数选择单元215的第一输出耦合至第一乘法器207的第二输入，系数选择单元215的第二输出耦合至第二乘法器207的第二输入。该滤波器还进一步包含反向傅里叶变换单元215，例如，具有第一傅里叶变换器217(用于将第一已滤波信号转换为时域信号s_x[n])以及第二傅里叶变换器219(用于将第二已滤波信号转换为时域信号s_y[n])。这样，调节和滤波过程将完全在频域中执行。

提供给傅里叶变换201的输入信号可描述为：

r_x[n]＝Re{r_x[n]}+j·Im{r_x[n]}

r_y[n]＝Re{r_y[n]}+j·Im{r_y[n]},

其中，r_x[n]和r_y[n]分别表示沿不同的偏振x和y对应的输入信号部分。第一输入信号部分r_x[n]提供给第一傅里叶变换器203，其可具体采用一个第一快速傅里叶变换器实现。第一傅里叶变换器203将第一输入信号部分转换至频域中，以便获取提供给第一乘法器207的频域信号R_x[m]。第一乘法器207将上述第一频域信号与系数选择单元215提供的滤波系数相乘，以获取已滤波信号S_x,i[m]，其中，索引"i"表示第i个已滤波信号。相应地，第二傅里叶变换器205,可以具体为一个快速傅里叶变换器,接收第二输入部分r_y[n]并将所述第一输入信号部分r_y[n]转换到频域中以获取第二频域信号R_y[m]，第二频域信号R_y[m]被提供给第二乘法器209，第二乘法器209将第二频域信号乘以由系数选择单元215提供的进一步滤波系数，以获取第二已滤波信号S_y,i[m]。第一和第二已滤波信号被提供给相关单元211，配置为将第一和第二输入信号互相关，以获取相关值U_i(τ)。相关单元211或自适应单元还基于一个或多个相关值来进一步确定一个平均值ν_I，该平均值ν_i是相关值的平均值或相关值的绝对值的平均值。单元213，从多个已确定的平均值中，确定一个最小的，以便系数选择单元215选择与该最小的平均值相关的滤波系数以用于进一步调节步骤中的下一步的加权计算。如图2所示，相应的序列数字信号r[n]可切割为长度为M的块，以便每个块通过相应的傅里叶变换器203、205进行转换以获取频谱矢量R[m]、S[m]和H_CD,i[m](长度为M)。

相关单元107和211可配置为按如下所示来确定相应的平均值U_i[τ]：

$\begin{array}{c}{U}_i\left(\mathrm{\&tau;}\right)\left|S_{i,x}\right[m]\&CircleTimes;S_{i,y}^{*}[-m\left]\right|=\left|\mathrm{CCF}\right\{S_{i,x}\left[m\right],S_{i,y}\left[m\right]\left\}\right|\\ =\left|\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{circshift}\right\{S_{i,x}\left[m\right],\mathrm{\&tau;}\}\&CenterDot;S_{i,y}^{*}[m\left]\right|\end{array}$

使用循环偏移“circshift”和矢量的标量乘法(表示为“·”，其中，表示(以示例中的方法)循环卷积，S^*表示S的复共轭。负参数[-m]表示顺序上反向的矢量，其与时间连续标记(-f)相对应。此外，上述相关法可由循环偏移矢量的标量乘法之和进行描述。相应地，自相关法定义为

$\begin{array}{c}{U}_{i,x}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\left|S_{i,x}\right[m]\&CircleTimes;S_{i,x}^{*}[-m\left]\right|=\left|\mathrm{ACF}\right\{S_{i,x}\left[m\right]\left\}\right|\\ U_{i,y}\left(\mathrm{\&tau;}\right)_{,}=\left|S_{i,y}\right[m]\&CircleTimes;S_{i,y}^{*}[-m\left]\right|=\left|\mathrm{ACF}\right\{S_{i,y}\left[m\right]\left\}\right|\end{array}$

其中，CCF表示互相关函数，ACF表示自相关函数。

矢量S_x,i[m]和S_y,i[m](m＝1,2,...,M)描述了频域中沿x和y偏振收到的信号的离散表示。它们是接收信号的频谱R_x[m]和R_y[m]被色散补偿函数H_CD,i,x[m]滤波后的结果

S_x,i[m]＝R_x[m]·H_CD,i[m]以及

S_y,i[m]＝R_y[m]·H_CD,i[m]。

索引i指的是色散的特定选择。

错误准则v_i可由U_i[τ]的平均值表示为

$v_i=<U_i\left(\mathrm{\&tau;}\right)>=\frac{1}{N}\underset{\mathrm{\&tau;}=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{U}_i\left[\mathrm{\&tau;}\right].$

通过示例中的方法，当通过一系列可能的色散滤波函数(例如：i＝1:CD＝-30000ps/nm，步长为200ps/nm，直到i＝151:CD＝+300000ps/nm)扫描色散滤波函数H_CD,i[m]时，最小的索引i可表示最佳滤波函数H_CD,i[m])。

进一步的实施例可使用已修改的自相关函数(对于U_i,y[τ]，反之亦然)，对多个FFT块与加权函数w[τ]取平均值，以按如下所示优化决策变量：

$v_i=<U_i\left(\mathrm{\&tau;}\right)>=\frac{1}{N}\underset{\mathrm{\&tau;}=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}w\left[\mathrm{\&tau;}\right]U_i\left[\mathrm{\&tau;}\right].$

根据一些实施，频域中的评估标准将在执行IFFT之前进行抽取。因此，可以计算评估矢量

$U_i\left(\mathrm{\&tau;}\right)=|S_i\left(f\right)\&CircleTimes;S_i^{*}(-f)|=\left|\mathrm{ACF}\right\{S_i\left(f\right)\left\}\right|$

其中，表示循环卷积，S^*表示S的复共轭。估计矢量指的是自相关函数(ACF)。平均值

v_i＝<U_i(τ)>

定义用于使用滤波系数进行滤波的评估变量。以已定义的步长宽度，为给定范围内色散值的所有可能的滤波函数重复计算v_i，并且提供评估变量v的矢量，其中，每个矢量v_i元素参考一个色散步长函数H_CD,i(f)。例如，具有最小min(v)的索引表示最佳滤波函数。

图3显示了采用本发明的原理的接收设备。接收设备包含一个光前端301，该光前端301包含一个偏振分束器(polarization beam splitter)303(具有耦合至第一混合器305的第一输出以及耦合至第二混合器307的第二输出)。光前端301还包含一个本地振荡器308，具有两个分别耦合至相应的混合器305和307的输出。混合器305和307还包含电路，用于确定输入的两个信号偏移90°。这样，每个混合器305、307将包含两个输出，用于提供所谓含有偏移了90°的分量的复值信号。特别地，第一混合器305包含耦合至第一转换单元309的第一输入，以及耦合至第二转换单元311的第二输出。相应地，第二混合器的第一输出耦合至第一转换单元313，并耦合至第二转换单元315。每个转换单元309至315可包含一个光二极管317，用于将由相应的混合器305、307提供的相应的光信号转换为相应的电信号。此外，每个路径还可由一对光电二极管(photodiodes)使用平衡检测的方式，由每个二极管的差值得到接收信号。此外，每个转换单元309至315可包含模拟数字变换器319，用于将相应的二极管317提供的模拟电信号转换到数字域中。转换单元311至315的输出可耦合至数字单元(digital equalization)和数据恢复单元(data recovery means)321，所述数字单元和数据恢复单元321包含本发明的自适应滤波器。

自适应滤波器323收到一个输入信号，比如包括四个输入信号部分。第一输入信号部分Re{r_x[n]}、Im{r_x[n]}代表x偏振，第二输入信号部分Re{r_y[n]}、Im{r_y[n]}代表y偏振。

自适应滤波器323基于收到的输入信号在频域中进行调节。在将已滤波信号过滤且转换到时域中之后，可选地，时域中相应的已滤波信号Re{s_x[n]}、Im{s_x[n]}、Re{s_y[n]}、Im{s_y[n]}被提供给信号处理模块，例如，包含时钟恢复器325、蝶式滤波器327、载波恢复器329和符号评估器331，上述模块根据已知的方法中的任意一个，用于定时恢复、蝶式滤波、载波恢复和符号评估。

通过示例中的方法，滤波器自适应或获取过程可采用以下步骤：

选择滤波器H_CD,i[m]，

计算已滤波信号S_x,i[m]和S_y,i[m]，

获取相应的相关值U_i(τ)和平均值ν_i，

为了多个上述预先确定的，特别是所有上述预先确定的，函数H_CD,i[m]，重复步骤1)、2)和3)，和

查找索引i，表示最小平均值ν，以获取最佳的匹配滤波系数(或函数)H_CD,i[m]。

特别地，用于实施图3所示系统的两个主要阶段，可根据一些实施例来得出来。第一阶段包含滤波器获取(acquisition)，即，自适应(adaptation)，和自适应滤波器的初始覆盖。上述阶段2)包含时间变量信道变形的连续跟踪。优选地，具有用于最佳匹配色散滤波器函数或系数查找功能的滤波器自适应，在第一阶段执行。在已获取上述最佳滤波系数或多个滤波系数之后，系统可以切换到阶段2)，在此期间任何进一步的自适应操作都不是必需的，因为描述色散效果的参数不随时间更改。为了启动新的获取过程，该系统可以被重设或被触发新的自适应。

图4通过示例中的方式，显示了相关值U_i(τ)，其中，相关平均值ν_i表示基于色散CD(以ps/nm表示)的图5中描述的错误标准。通过示例中的方式，可以查找1*10^4的最小CD值。

图6通过示例中的方式，说明了频域转换函数的相关系数，表示依赖于矢量H_CD的索引m的滤波系数H_CD。特别地，图6a描述了实部的Re{H_CD}，图6b描述了虚部Im{H_CD}，图Fig.6c描述了H_CD的相位。特别地，滤波函数H_CD特别由剩余色散的参数来定义。滤波函数包含多个滤波系数，每个与不同的频域值(frequency bin)相关，可完全在频域中确定，而不会在获取或自适应过程中参考时域信号。这样，滤波器自适应的实施不受调制格式或数据速率的约束，而且可以在任何相干光传输系统中部署。这样，上述自适应滤波器可以通过示例中的方法，在光收发一体模块、光接收器或光测量系统中部署。

自适应滤波器的一些实施可与复杂度较低的评估算法关联，因为评估标准(例如：平均值)在执行反向傅里叶变换之前，从频域中抽取。此外，因为更快的获取速度和抵抗任何信道失真的健壮性的提高，且会更进一步地不需要针对若干FFT块的取平均值以用于评估信道系数，所以评估过程可以加快。此外，一些实施不需要确定CMA期望增益，也会进一步降低复杂度。此外，本发明的一些实施在半符号延长期或乘法期间，不会遇到与差分群时延相关的问题，因为互相关属性有助于减轻偏振的影响。此外，根据本发明的一些实施例，相关值(例如：评估变量U_i(τ))可通过进一步的加权函数来进一步优化，以在接收器上减轻低通滤波的影响。

自适应滤波器可在传输链路的任何位置，用于色散监控(例如，使用低速数字变换器和同步取样)。此外，如果相干接收器已部署或者并入到现网中，用于进一步光性能监控的设备都可采用上述新的自适应原理来实现。

在上述详细实施例中，元素和功能的特定组合仅用于进行示范作用；这些实施例与此处公开的其他实施例的交互变形和替换也被明确考虑在内。本领域技术人员应该理解，在不违背如权利要求中所述的本发明的精神实质和范围的前提下，本领域技术人员可以设计实施方式并进行变更、修改。相应地，上述描述仅用于提供示例，并不用于限制本发明。本发明的范围在下面的权利要求和等效方式中进行定义。此外，描述和权利要求中使用的附图标记不是为了限制本发明的范围。

Claims (12)

1.一种自适应滤波器，配置为对输入信号进行过滤，其包含： 

傅里叶变换单元(101；201)，配置为通过傅里叶变换将所述输入信号转换为频域信号； 

加权单元(103；207，209)配置为对所述频域信号的至少一部分与频域中的色散滤波的滤波系数进行加权计算，以在频域中获得已滤波信号； 

相关单元(107；211)，配置为相关频域中的所述已滤波信号以获取相关值；以及 

自适应单元(109，111；213，215)，配置为基于所述相关值调节所述滤波系数； 

其中，频域中的所述已滤波信号表示沿特定光偏振的光信号，相关单元(107；211)配置为对所述已滤波信号做自相关以获取所述相关值。 

2.如权利要求1所述的自适应滤波器，其中，所述自适应滤波器是自适应色散滤波器或自适应群时延补偿滤波器，或者用于补偿波长相关衰减的自适应滤波器。 

3.如权利要求1所述的自适应滤波器，其中，频域中的所述已滤波信号包含第一已滤波信号部分，表示按第一光偏振的一个光信号，以及第二已滤波信号部分，表示按第二光偏振的一个光信号，其中所述相关单元(107；211)配置为对频域中的所述第一已滤波信号部分和所述第二已滤波信号部分做互相关，以获取所述相关值。 

4.如上述权利要求1至3任一权利要求所述的自适应滤波器，其中，所述自适应单元(109，111；213，215)可配置为基于所述相关值的绝对值，或基于所述相关值的平均值或基于所述相关值的绝对值的平均值调节所述滤波系数。 

5.如上述权利要求1至3任一权利要求所述的自适应滤波器，其中，所述自适应单元(109，111；213，215)配置为从多个预先定义的滤波系数中选择一个进一步的滤波系数，频域中所述自适应滤波器的转移函数的一个系数，以调节所述滤波系数用于进一步的加权计算。 

6.如上述权利要求1至3任一权利要求所述的自适应滤波器，其中： 

所述傅里叶变换单元(101；201)配置通过傅里叶变换将进一步的输入信号转换为进一步频域信号； 

所述自适应单元(109，111；213，215)配置为，基于相关值，从多个预先确定的滤波系数中选择进一步的滤波系数，并使用所述进一步的滤波系数替换所述滤波系数； 

加权单元(103；207,209)配置为使用所述进一步滤波系数对所述进一步频域信号的至少一部分进行加权计算，以获取频域中的进一步的已滤波信号； 

所述相关单元(107；211)配置为，在频域中相关所述进一步的已滤波信号，在频域中对 所述进一步的滤波后信号做自相关，以获取一个进一步的相关值；其中 

所述自适应单元(109,111；213,215)或所述相关单元配置为，确定所述相关值的平均值或所述相关值的绝对值的平均值，以及所述进一步的相关值的进一步的平均值或者所述进一步相关值的绝对值的进一步平均值，其中，所述自适应单元(109,111；213,215)进一步配置为将所述平均值与所述进一步的平均值进行比较，如果所述平均值小于或等于所述进一步的平均值，为进一步的加权选择所述滤波系数，或者如果所述进一步的平均值小于或等于所述平均值值，为进一步的过滤选择所述进一步的滤波系数。 

7.根据上述权利要求5所述的自适应滤波器，其中，输入信号包含时域中的第一输入信号部分，所述第一输入信号部分代表按照第一光偏振的光信号，和时域中的第二输入信号部分，所述第二输入信号部分代表按照第二光偏振的光信号，其中，所述傅里叶变换单元(101,201)配置为将所述第一输入信号部分转换为第一频域信号，并将所述第二输入信号部分转换为第二频域信号，其中，所述加权单元(103；207,209)配置为使用滤波系数对所述第一频域信号的至少一部分进行加权计算，以及对使用所述进一步的滤波系数对所述第二频域信号的至少一部分进行加权计算。 

8.根据上述权利要5所述的自适应滤波器，其中，所述输入信号包含时域中的第一输入信号部分，表示按第一光偏振的光信号，以及时域中的第二输入信号部分，表示按第二光偏振的光信号，并且其中 

所述傅里叶变换单元(101,201)配置为通过傅里叶变换将所述第一输入信号部分转换为第一频域信号，并将所述第二输入信号部分转换为第二频域信号； 

所述加权单元(103；207,209)配置为，使用所述滤波系数对所述第一频域信号的至少一部分进行加权计算以在频域中获取第一已滤波信号，以及使用所述进一步的滤波系数对所述第二频域信号的至少一部分进行加权计算以获取频域中的第二已滤波信号； 

所述相关单元(107；211)配置为将频域中的所述第一已滤波信号和所述第二已滤波信号进行互相关，以获取所述相关值；并且其中， 

所述自适应单元(109,111；213,215)配置为从多个预先定义的滤波系数中选择另一个滤波系数，并为进一步的加权计算从多个预先定义的滤波系数中选择另一个进一步的滤波系数，另一个滤波系数取代所述滤波系数，另一个进一步的滤波系数取代所述进一步的滤波系数，其中所述自适应单元(109,111；213,215)进一步配置为基于所述相关值或所述相关值的平均值或所述相关值的绝对值的平均值，选择所述进一步的滤波系数。 

9.如上述权利要求1至3任一权利要求所述的自适应滤波器，其中，所述自适应滤波器为线性滤波器，包含预先确定的值范围内的相同绝对值的全通滤波器、或带通滤波器或低通 滤波器或高通滤波器。 

10.用于为自适应滤波器调节滤波系数的方法，该方法包含： 

通过傅里叶变换将输入信号转换为频域信号； 

使用滤波系数对所述频域信号的至少一部分进行加权计算，以获取频域中的已滤波信号； 

相关频域中的所述已滤波信号的至少一部分，以获取相关值；并且 

基于所述相关值调节所述滤波系数； 

其中，频域中的所述已滤波信号表示沿特定光偏振的光信号，所述相关频域中的所述已滤波信号的至少一部分，以获取相关值包括对所述已滤波信号做自相关以获取所述相关值。 

11.通信设备，包含如权利要求1至9的任一权利要求所述的自适应滤波器，用于对所述输入信号进行自适应过滤，该通信设备作为通信接收器配置为在过滤之前接收所述输入信号，或作为通信发射器配置为在过滤之后发射所述输入信号，或者作为测量设备配置为测量色散。 

12.用于处理输入信号的方法，该方法包含： 

根据权利要求10所述的调节滤波系数的方法调节滤波器的系数，以获取已调节的滤波系数；以及 

使用所述已调节的滤波系数过滤所述输入信号。