CN104509054B - 数字信号处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种数字信号处理装置，进行数字信号的数字信号处理，所述数字信号处理装置包括统计分析单元，所述统计分析单元根据数字信号来算出移动平均和标准偏差，并对数字信号是否处于根据所述移动平均和标准偏差得到的预定的范围内进行统计判定，将处于该范围外的数字信号修正到该范围内。通过进行数字信号的统计分析，不会在数字信号处理中增加平均化数，而抑制短暂性的波动。

Description

数字信号处理装置
技术领域
本发明涉及抑制数字信号的短暂性的波动的数字信号处理装置。
背景技术
在数字信号处理装置中，在将模拟信号由AD(Analog to Digital，模拟到数字)转换器转换为数字信号之后，实施数字信号处理，由此能够在数字域补偿例如在传送路径中变形的接收波形。这样的数字信号处理装置在图像处理、语音处理、无线通信或光通信等各种技术领域中被有效利用。
在进行数字信号处理的情况下，一旦在数字信号处理的过程中在数字信号上产生脉冲噪声这样的短暂性的波动，则会导致数字信号处理的误差增大，从而输出信号的质量劣化。但是，这样的短暂性的波动分量对数字信号处理的影响能够通过例如使用了低通滤波器的数字信号的平均化处理来缓和。
例如，在光通信领域的数字相干接收机中，为了减少短暂性波动的影响，存在以下方法：在使用FIR(Finite Impulse Response，有限冲激响应)滤波器对接收波形进行均衡处理时，增加FIR滤波器的抽头数。或者存在以下方法：使用幂方法来估计基于从相位调制信号的相位点的相位偏移，并在除去该相位偏移时增加幂方法的信号累积数(抽头数)。
这里，对组合了相干光通信技术和数字信号处理技术的数字相干接收机进行说明。
图5示出数字相干收发系统的构成例(非专利文献1)。
在图5中，数字相干收发系统包括发送进行了相位调制的光信号的发送机100、以及接收经由传送路径传送的光信号并解调的数字相干接收机200。数字相干接收机200包括相干接收器210、AD转换器220、以及数 字信号处理装置230。相干接收器210输入从传送路径接收的光信号和来自本地光源301的本地光并通过相干检波技术高灵敏度地转换为电信号。AD转换器220将从相干接收器210输出的电信号转换为数字信号。数字信号处理装置230对从AD转换器220输出的数字信号进行数字信号处理，补偿在传送路径中变形的接收波形并解调。
数字信号处理装置230包括均衡器231、相位偏移补偿器232、以及解调器233。均衡器231对输入的数字信号的波形变形进行均衡，并由相位偏移补偿器232补偿被进行波形均衡的数字信号的相位偏移。解调器233将从相位偏移补偿器232输出的、被进行了相位偏移补偿的数字信号作为字符串而输出。由于能够这样以简单的构成进行波形的变形的修正，因此能够实现大容量且高速的传送系统。
相位偏移补偿器232例如能够使用幂方法来估计相位偏移并进行修正(非专利文献2)。幂方法中的相位偏移的估计范围由于在QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控)信号的情况下被限制在距基准点±π/4的范围内，因此无法估计处于该范围外的相位偏移。相位偏移估计值的时间连续性未被保持的现象被称为“周跳”，导致信号质量劣化。例如，当在数字信号上产生了脉冲噪声的短暂性的波动的情况下，时间连续性由于数字信号处理的误差扩大而不被保持，如图6所示发生了周跳。
作为周跳的对策，采用了对发送信号实施逻辑性的差分编码来防止影响的传播的方法等(非专利文献3)。但是，无法防止发生了周跳的瞬间的位错误。另外，在已进行差分编码的数据中发生了一个位错误的情况下，由于成为连续的两个位错误而被差分解码，因此导致传送质量劣化。
在先技术文献
非专利文献
非专利文献1：S.J.Savory，“Digital filters for coherent opticalreceivers，”Optics Express，vol.16，no.2，pp.804-814，2008；
非专利文献2：S.Tsukamoto，Y.Ishikawa，and K.Kikuchi，“Optical HomodyneReceiver Comprising Phase and Polarization Diversities with Digital SignalProcessing，”Proc.ECOC，2006；
非专利文献3：T.Mizuochi，Y.Miyata，K.Kubo，T.Sugihara，K.Onohara andH.Yoshida，“Progress in Soft-Decision FEC，”OSA/OFC/NFOEC，NWC2，2011。
发明内容
发明所要解决的问题
如从相位调制信号的相位点的相位偏移这样的、数字信号的短暂性的波动能够通过进行数字信号的平均化来应对，但是导致信号处理中的延迟量的增大、追随性的下降等。
本发明的目的在于提供如下的数字信号处理装置：通过进行数字信号的统计分析，能够在数字信号处理中不增加平均化数而抑制数字信号的短暂性的波动。
用于解决问题的手段
本发明提供一种数字信号处理装置，进行数字信号的数字信号处理，所述数字信号处理装置包括统计分析单元，所述统计分析单元根据数字信号来算出移动平均和标准偏差，并对数字信号是否处于根据所述移动平均和标准偏差得到的预定的范围内进行统计判定，将处于该范围外的数字信号修正到该范围内。
在本发明的数字信号处理装置中，统计分析单元包括：移动平均计算部，其输入数字信号，并输出移动平均；标准偏差计算部，其输入数字信号和从移动平均计算部输出的移动平均，并输出标准偏差；以及统计判定/信号修正部，其输入数字信号、移动平均以及标准偏差，通过对数字信号的统计判定来修正数字信号并输出。
在本发明的数字信号处理装置中，移动平均计算部在n为3以上的整数、L为2以上的整数时，输入从第n-L个数字信号S(n-L)至第n-1个数字信号S(n-1)的合计L点的数字信号，并输出移动平均A(n-1)，标准偏差计算部输入到第n-1个的L点的数字信号和从移动平均计算部输出的移动平均A(n-1)，并输出标准偏差σ(n-1)，统计判定/信号修正 部输入第n个数字信号S(n)、从移动平均计算部输出的移动平均A(n-1)、以及从标准偏差计算部输出的标准偏差σ(n-1)，将任意的正的数作为x，进行判定数字信号S(n)是否处于A(n-1)-xσ(n-1)≤S(n)≤A(n-1)+xσ(n-1)的范围内的统计判定，当处于该范围内时直接输出数字信号S(n)，当处于该范围外时，将数字信号S(n)修正到该范围内并输出。
发明效果
本发明在数字信号处理中通过对数字信号的统计判定来进行数字信号的修正，由此能够抑制数字信号的短暂性的波动，提高数字信号处理的稳定性。
附图说明
图1是表示本发明的数字信号处理装置的构成例的图。
图2是表示统计分析单元234的构成例的图。
图3是表示修正相位偏移的统计分析单元234的处理例的图。
图4是表示本发明中的相位偏移的时间变化例的图。
图5是表示数字相干收发系统的构成例的图。
图6是表示以往构成中的相位偏移的时间变化例的图。
具体实施方式
图1表示本发明的数字信号处理装置的构成例。这里，示出应用于图5所示的数字相干收发系统的数字相干接收机200的例子，但是不限于该数字相干接收机200的数字信号处理装置230。另外，在本实施例中，对抑制从相位调制信号的相位点的相位偏移这样的、数字信号的短暂性的波动的技术进行说明，但是例如也能够同样地应用于抑制语音信号处理中的短暂性噪声等一般的数字信号处理。
在图1中，发送机100、数字相干接收机200、本地光源301、构成数字相干接收机200的相干接收器210、AD转换器220以及数字信号处理装置230、以及构成数字信号处理装置230的均衡器231、相位偏移补偿器 232和解调器233具有与图5所示的构成同样的功能。
本实施例的数字信号处理装置230的特征在于构成为：在相位偏移补偿器232上连接统计分析单元234，抑制从相位调制信号的相位点的相位偏移这样的、数字信号的短暂性的波动，保证该相位调制信号的时间连续性。即，将示出从相位偏移补偿器232输出的相位偏移的数字信号输入到统计分析单元234，统计分析单元234通过后述的统计分析处理将对相位偏移无修正或已修正的数字信号折回到相位偏移补偿器232。相位偏移补偿器232使用从统计分析单元234输入的对相位偏移无修正或已修正的数字信号来补偿从均衡器231输入的数字信号的相位偏移并输出到解调器233。
图2表示统计分析单元234的构成例。
在图2中，统计分析单元234包括：计算输入的数字信号的移动平均的移动平均计算部11；根据输入的数字信号和移动平均来计算标准偏差的标准偏差计算部12；以及使用数字信号的移动平均和标准偏差来进行以下说明的数字信号的统计判定，并输出对相位偏移无修正或已修正的数字信号的统计判定/信号修正部13。
移动平均计算部11在n为3以上的整数、L为2以上的整数时，输入从第n-L个数字信号S(n-L)至第n-1个数字信号S(n-1)的合计L点的数字信号，并计算移动平均A(n-1)。
标准偏差计算部12输入从第n-L个至第n-1个的L点的数字信号和从移动平均计算部11输出的移动平均A(n-1)，并计算标准偏差σ(n-1)。
统计判定/信号修正部13输入第n个数字信号S(n)、从移动平均计算部11输出的移动平均A(n-1)、从标准偏差计算部12输出的标准偏差σ(n-1)，将任意的正的数作为x，进行判定数字信号S(n)是否处于A(n-1)-xσ(n-1)≤S(n)≤A(n-1)+xσ(n-1)的范围内的统计判定，在处于该范围内的情况下，直接输出数字信号S(n)的相位偏移，在处于该范围外的情况下，将数字信号S(n)的相位偏移修正到该范围内并输出。
这里，在x＝2的情况下，上述范围为：
A(n-1)-2σ(n-1)≤S(n)≤A(n-1)+2σ(n-1)。
例如，在数字信号S(n)小于A(n-1)-2σ(n-1)的情况下，修正为S(n)＝A(n-1)-2σ(n-1)，在数字信号S(n)大于A(n-1)+2σ(n-1)的情况下，修正为S(n)＝A(n-1)+2σ(n-1)。由此，能够去除数字信号的短暂性波动。
另外，到第m个的L点的数字信号的移动平均A(m)和标准偏差σ(m)可由以下的数式1分别计算。
[数式1]
图3表示修正相位偏移的统计分析单元234的处理例。这里，表示L＝15、x＝2、图6中的0.750μs0.765μs的范围的统计分析单元234的处理例。
图3的点B由于相位偏移的短暂性的波动而处于点A的“15点的移动平均-2σ”的范围外，由于以后信号处理的误差扩大而相位偏移的连续性不被保持，产生了周跳。如上述那样将该点B修正到点A中的“15点的移动平均+2σ”的范围内来抑制短暂性的波动，由此能够如图4所示保证相位偏移的时间连续性。另外，在图3中，如点B之后的点C那样处于“15点的移动平均±2σ”的范围外的相位偏移通过将点B修正到点A中的“15点的移动平均±2σ”的范围内，而处于“15点的移动平均±2σ”的范围内。
在图4中，信号为BER(Bit Error Rate，位出错率)＝1.9×10-3，相比产生了周跳的情况下的BER＝1.4×10-2，信号质量提高。
另外，本发明在图1所示的数字相干接收机200的数字信号处理装置 230中，不但能够应用于相位偏移补偿器232中的相位偏移的时间变化，而且能够应用于针对发生时间变化的数字信号的所有的数字信号处理。例如，本发明能够应用于均衡器231中的FIR滤波器的抽头系数的适应性控制时的短暂性波动的抑制。另外，本发明也能够应用于语音信号处理中的短暂性噪声的抑制。
标号说明
10 统计分析单元
11 移动平均计算部
12 标准偏差计算部
13 统计判定/信号修正部
100 发送机
200 数字相干接收机
210 相干接收器
220AD 转换器
230 数字信号处理装置
231 均衡器
232 相位偏移补偿器
233 解调器
234 统计分析单元
301 本地光源

Claims (2)

1.一种数字信号处理装置，进行抑制发生时间变化的短暂性波动而保证时间连续性的数字信号的数字信号处理，所述数字信号处理装置的特征在于，包括：
移动平均计算部，其输入所述数字信号，并输出所述移动平均；
标准偏差计算部，其输入所述数字信号和从所述移动平均计算部输出的所述移动平均，并输出所述标准偏差；以及
统计判定/信号修正部，其输入所述数字信号、所述移动平均以及所述标准偏差，对所述数字信号是否处于根据所述移动平均和标准偏差得到的预定的范围内进行统计判定，如果所述数字信号处于预定的范围内则直接输出，如果所述数字信号处于预定的范围外则将所述数字信号修正到该预定的范围内并输出，
所述移动平均计算部和所述标准偏差计算部是将修正了的数字信号用于下一次的移动平均以及标准偏差的计算的构成。
2.如权利要求1所述的数字信号处理装置，其特征在于，
所述移动平均计算部在n为3以上的整数、L为2以上的整数时，输入从第n-L个数字信号S(n-L)至第n-1个数字信号S(n-1)的合计L点的数字信号，并输出移动平均A(n-1)，
所述标准偏差计算部输入从第n-L个的数字信号S(n-L)至第n-1个数字信号S(n-1)的合计L点的数字信号和从所述移动平均计算部输出的移动平均A(n-1)，并输出标准偏差σ(n-1)，
所述统计判定/信号修正部输入第n个数字信号S(n)、从所述移动平均计算部输出的移动平均A(n-1)、以及从所述标准偏差计算部输出的标准偏差σ(n-1)，将任意的正的数作为x，进行判定数字信号S(n)是否处于A(n-1)-xσ(n-1)≤S(n)≤A(n-1)+xσ(n-1)的范围内的所述统计判定，当处于该范围内时直接输出所述数字信号S(n)，当处于该范围外时，将数字信号S(n)修正到接近A(n-1)-xσ(n-1)或者A(n-1)+xσ(n-1)并输出。
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