CN105791187B - 时钟恢复均衡装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种时钟恢复均衡装置及方法，方法包括：进行预滤波获得预滤波第一偏振信号和预滤波第二偏振信号；根据预滤波第一偏振信号输出第一定时误差，根据预滤波第二偏振信号输出第二定时误差；根据第一定时误差对第一偏振信号与第二偏振信号对应进行内插，输出内插后得到的第一内插偏振信号与第二内插偏振信号；根据第二定时误差对第一偏振信号与第二偏振信号对应进行内插，输出内插后得到的第三内插偏振信号和第四内插偏振信号；进行滤波并输出x路均衡滤波信号和y路均衡滤波信号。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术，尤其涉及一种时钟恢复均衡装置与方法。
背景技术
随着互联网流量的增加，在干线系统的光通信系统中需要更大的容量，当每波长比特率增加时，在传输路径上的色度色散，偏振模色散以及各种非线性效应的波形失真而导致信息质量的退化变得很严重。
和非相干技术相比，数字相干接收技术有如下优点：大约3dB的光信噪比(OSNR，Optical Signal Noise Ratio)增益；可以方便地采用电均衡技术来应对信道变化，降低成本等；可以采用更高效的调制技术以及偏振复用来提高传输容量。因此数字相干技术被认为是高速光通信系统的关键技术。
光相干接收机中，通过将信号光和本振光进行混频，信号光的幅度和相位信息被搬移到基带信号中，因而光相干检测保留了光场的所有信息，可以发挥数字信号处理技术的功能和性能上的优势。采用电均衡技术能够近乎完全地补偿光信号的线性失真，如补偿色度色散(CD，Color Dispersion)，偏振模色散(PMD，Polarization Mode Dispersion)等。
相关技术提供的光相干接收机技术中，对于实现跟踪定时抖动的时钟恢复慢、以及自适应均衡器x偏振系数主要抽头位置与y偏振系数主要抽头位置偏离滤波器中心位置的问题，尚无有效解决方案。
发明内容
本发明实施例提供一种时钟恢复均衡装置及方法，解决残余色度色散及偏振模色散影响时钟恢复问题，并解决自适应均衡器x偏振系数主要抽头位置与y偏振系数主要抽头位置偏离滤波器中心位置的问题。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种时钟恢复均衡装置，包括：时钟预滤波单元、第一定时误差提取单元、第二定时误差提取单元、第一样点插值单元、第二样点插值单元、均衡滤波单元和系数更新单元；其中，
所述时钟预滤波单元，用于使用自适应滤波系数对第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，对应获得预滤波第一偏振信号和预滤波第二偏振信号；
所述第一定时误差提取单元，用于根据所述预滤波第一偏振信号，输出第一定时误差；
所述第二定时误差提取单元，用于根据所述预滤波第二偏振信号，输出第二定时误差；
所述第一样点插值单元，用于根据所述第一定时误差提取单元输出的第一定时误差，对输入所述第一样点插值单元的第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的信号对应进行内插，输出内插后得到的第一内插偏振信号和第二内插偏振信号；
所述第二样点插值单元，用于根据所述第二定时误差提取单元输出的第二定时误差，对输入所述第二样点插值单元的第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的信号对应进行内插，输出内插后得到的第三内插偏振信号和第四内插偏振信号；
所述均衡滤波单元，用于对所述第一样点插值单元输出的第一内插偏振信号、第二内插偏振信号进行滤波并输出x路均衡滤波信号；对所述第二样点插值单元输出的第三内插偏振信号和第四内插偏振信号进行滤波，并输出y路均衡滤波信号。
优选地，所述均衡滤波单元，包括：
x路均衡滤波子单元，用于对所述第一样点插值单元输出的第一内插偏振信号、第二内插偏振信号进行滤波，输出滤波结果相加后的得到x路均衡滤波信号；
y路均衡滤波子单元，用于对所述第二样点插值单元输出的第三内插偏振信号和第四内插偏振信号进行滤波，输出滤波结果相加后的得到的y路均衡滤波信号。
优选地，所述装置还包括：
系数更新单元，用于根据所述均衡滤波单元输出的x路均衡滤波信号、均y路衡滤波信号、所述第一样点插值单元输出的第一内插偏振信号和第二内插偏振信号、所述第二样点插值单元输出的第三内插信号偏振信号、第四内插偏振信号，更新所述自适应滤波系数。
优选地，所述系数更新单元，还用于根据所述均衡滤波单元输出的x路均衡滤波信号，以及第一样点插值单元输出的第一内插偏振信号和第二内插偏振信号，计算x偏振系数的更新值，将x偏振系数的更新值叠加到原x偏振系数得到的更新后的x偏振系数作为x路自适应滤波系数，实现x路自适应滤波系数更新；
根据所述均衡滤波单元输出均衡滤波信号y，以及所述第二样点插值单元输出的第三内插偏振信号和第四内插偏振信号，计算y偏振系数的更新值，并将y偏振系数的更新值叠加到原y偏振系数得到的更新后的y偏振系数作为y路自适应滤波系数，实现y路自适应滤波系数更新。
优选地，所述装置还包括：
时频转换单元，用于在所述第一偏振信号与第二偏振信号为时域信号时，将所述第一偏振信号与第二偏振信号对应进行快速傅里叶变换FFT得到频域第一偏振信号与频域第二偏振信号，并将所述频域第一偏振信号与频域第二偏振信号输出至所述时钟预滤波单元；
所述时钟预滤波单元，还用于使用自适应滤波系数对所述频域第一偏振信号与频域第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，对应获得预滤波第一偏振信号和预滤波第二偏振信号。
优选地，所述装置还包括：
系数FFT单元，用于将所述系数更新单元输出的自适应滤波系数从时域转到频域，并将转换后得到的自适应滤波系数输出至所述时钟预滤波单元，所述转换后得到的自适应滤波系数用于使所述时钟预滤波单元对所述频域第一偏振信号与频域第二偏振信号进行预滤波，对应获得所述预滤波第一偏振信号和预滤波第二偏振信号。
优选地，所述第一定时误差提取单元，还用于对所述第一定时误差进行低通滤波去噪，输出滤波后的第一定时误差；
所述第二定时误差提取单元，还用于对所述第二定时误差进行低通滤波去噪，输出滤波后的第二定时误差。
本发明实施例提供一种时钟恢复均衡方法，包括：
使用自适应滤波系数对第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，对应获得预滤波第一偏振信号和预滤波第二偏振信号；
根据所述预滤波第一偏振信号，输出第一定时误差，根据所述预滤波第二偏振信号，输出第二定时误差；
根据所述第一定时误差，对所述第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的信号对应进行内插，输出内插后得到的第一内插偏振信号和第二内插偏振信号；
根据所述第二定时误差，对所述第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的信号对应进行内插，输出内插后得到的第三内插偏振信号和第四内插偏振信号；
对所述第一内插偏振信号、第二内插偏振信号进行滤波并输出x路均衡滤波信号；对所述第三内插偏振信号、第四内插偏振信号进行滤波并输出y路均衡滤波信号。
优选地，所述对第一内插偏振信号、第二内插偏振信号进行滤波并输出x路均衡滤波信号；对所述第三内插偏振信号、第四内插偏振信号进行滤波并输出y路均衡滤波信号，包括：
对所述第一内插偏振信号、第二内插偏振信号进行滤波，输出滤波结果相加后得到的x路均衡滤波信号；
对所述第三内插偏振信号、第四内插偏振信号进行滤波，输出滤波结果相加后得到的y路均衡滤波信号。
优选地，所述方法还包括：
根据所述x路均衡滤波信号、y路均衡滤波信号、第一内插偏振信号、第二内插偏振信号、第三内插偏振信号、第四内插偏振信号，更新所述自适应滤波系数。
优选地，所述根据x路均衡滤波信号、y路均衡滤波信号、第一内插偏振信号、第二内插偏振信号、第三内插偏振信号、第四内插偏振信号，更新所述自适应滤波系数，包括：
根据所述x路均衡滤波信号，以及所述第一内插偏振信号和第二内插偏振信号，计算x偏振系数的更新值，将x偏振系数的更新值叠加到原x偏振系数得到的更新后的x偏振系数作为x路自适应滤波系数，实现x路自适应滤波系数更新；
根据所述y路均衡滤波信号，以及所述第三偏振信号、第四内插偏振信号，计算y偏振系数的更新值，并将y偏振系数的更新值叠加到原y偏振系数得到的更新后的y偏振系数作为y路自适应滤波系数，实现y路自适应滤波系数更新。
优选地，所述使用自适应滤波系数对第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，包括：
在所述第一偏振信号与第二偏振信号为时域信号时，将所述第一偏振信号与第二偏振信号对应进行快速傅里叶变换FFT得到频域第一偏振信号与频域第二偏振信号；
使用所述自适应滤波系数对所述频域第一偏振信号与频域第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，对应获得预滤波第一偏振信号和预滤波第二偏振信号。
优选地，所述使用所述自适应滤波系数对所述频域第一偏振信号与频域第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，包括：
将所述更新后的自适应滤波系数从时域转到频域，并利用转换后得到的自适应滤波系数对所述频域第一偏振信号与频域第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波。
优选地，所述方法还包括：
输出所述第一定时误差之前，对所述第一定时误差进行低通滤波去噪；
输出所述第二定时误差之前，对所述第二定时误差进行低通滤波去噪。
本发明实施例中，采用时钟恢复的预滤波技术，时钟恢复的预滤波的均衡效果好，定时误差处理能提取到较强的时钟信号，从而克服残余色度色散及偏振模色散影响时钟恢复问题；
本发明实施例中采用前馈开环时钟恢复的方式，也即偏振信号在进行定时误差提取之前，没有先经过样点值插值处理，这就不会产生环路延迟，从而能够实现时钟恢复定时抖动的强跟踪能力，而相关技术中时钟恢复方式的采用反馈的方式，也即定时误差提取的偏振信号事先经过了样点值插值处理，导致环路延迟较大，无法跟踪高频抖动。
附图说明
图1是典型的数字相干接收机框图；
图2自适应滤波系数图；
图3a至图3d本发明实施例中时钟恢复均衡装置的结构示意图；
图4本发明实施例中时钟恢复均衡方法的实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
发明人在实施本发明的过程中发现，相关技术提供的光相干接收机技术中，对于实现跟踪定时抖动的时钟恢复慢、以及自适应均衡器x偏振系数主要抽头位置与y偏振系数主要抽头位置偏离滤波器中心位置的问题，尚无有效解决方案，以下进行详细说明。
图1为典型的数字相干接收机框图，接收光信号被偏振分光器(PBS，PolarizingBeam Splitter)分成相互正交的两个偏振态信号，PBS输出偏振光信号通过90°光混频器(hybid)与本振光信号进行混频；混频后的光信号通过平衡光电检测器(PD，Photoelectronic Detector)转换为基带电信号；光电转换后的电信号为每个偏振态有两路信号，但这4路信号与原始的4路信号并不对应，因为经过传输信道后，两个偏振态之间有串扰、偏振态也有旋转，所以接收端此处的两个偏振态、每个偏振态有两路正交信号与发射信号没有对应关系；光电转换后的电信号通过模数转换器(ADC，Analog Digital Converter)转换为数字信号，可以通用数字信号处理技术对ADC转换为数字信号进行处理。
色度色散(CD)的值一般较大，色度色散和偏振模色散(PMD)的均衡一般分两部分完成，首先，补偿静态色散，这里的均衡器通常不能使用标准的自适应算法进行更新系数，如补偿40000ps/nm色度色散，则滤波器抽头数要达到大几百甚至上千，通常利用快速傅立叶变换技术进行频域快速卷积。
残余的色度色散和偏振模色散的补偿通过自适应均衡器来实现，自适应均衡器采用自适应算法对系数进行更新，以跟踪补偿随时间动态变化的偏振模色散。自适应均衡器的输入信号需要满足稳定的采样相位，需要自适应均衡滤波器之前放一个时钟恢复模块。
时钟恢复，估计输入符号的采样时间误差，并对符号的采样时间进行插值调整，或者通过压控振荡器(VCO，Voltage-Controlled Oscillator)调整ADC采样频率，以保证提供稳定的符号采样相位；相关技术提供的时钟恢复算法，如平方时钟恢复算法，Gardner时钟恢复算法等，会受到偏振模色散(PMD)等链路失真影响，会时钟恢复正常工作；有的方法为时钟恢复插值模块放着自适应均衡器之前，而定时误差提取放着自适应均衡器之后，定时误差提取反馈定时误差用于控制时钟恢复插值模块。此种方法，由于环路延迟较大，不能跟踪较快的时钟抖动.
另一方面，偏振复用光通信系统的自适应均衡器的均衡滤波单元为一个蝶形结构滤波器，根据公式(1)(2)进行滤波：
其中，h(m)，v(m)为均衡滤波单元的输入的两个偏振态信号；x(n)，y(n)为均衡滤波输出信号；axh,axv为x路均衡滤波系数，ayh,ayv为y路均衡滤波系数；从结构图可以看出，x路和y路的结构完全一致，且数据处理相对对立；在盲均衡的情况下，很容易导致x和y两路收敛到同一偏振源的退化情况；针对这一问题，相关技术已经提供解决方案，但是，发明人发现，自适应均衡器的系数更新得到的系数，可能存在系数值较大主要抽头位置偏离滤波器中心区域问题，如图2所示，x偏振系数偏左，y偏振系数偏右，通过调整时钟恢复样点插值的速率可以使得4组滤波器系数主要抽头位置同时往一个方向移动，没有解决方案能够使得x偏振系数主要抽头位置与y偏振系数主要抽头位置往相反方向移动，这时，自适应均衡器不能很好地补偿信道失真。
针对上述问题，本发明实施例记载一种时钟恢复均衡装置与方法，解决残余色度色散及偏振模色散影响时钟恢复问题，并解决自适应均衡器x偏振系数主要抽头位置与y偏振系数主要抽头位置偏离滤波器中心位置的问题。
如图3a所示，本发明实施例记载的时钟恢复均衡装置包括：时钟预滤波单元20、第一定时误差提取单元40、第二定时误差提取单元50、第一样点插值单元60、第二样点插值单元70和均衡滤波单元80；
输入时钟恢复均衡装置的两个偏振方向的偏振信号可以为时域信号，也可以为频域信号；本发明实施例中，时域的信号用小写字母标识，频域信号使用大写字母标识；在图3a中，设输入的两个偏振方向的偏振信号为频域信号；其中，
时钟预滤波单元20，用于使用自适应滤波系数对偏振信号H(对应频域的第一偏振信号)与偏振信号V(对应频域的第二偏振信号)两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，对应获得频域的预滤波第一偏振信号X和预滤波第二偏振信号Y(对偏振信号H进行预滤波获得预滤波第一偏振信号X，对偏振信号V进行预滤波获得预滤波第一偏振信号Y)；
第一定时误差提取单元40，用于根据预滤波第一偏振信号X，获取第一定时误差u1；
第二定时误差提取单元50，用于根据预滤波第二偏振信号Y，获取第二定时误差u2；
第一样点插值单元60，用于根据第一定时误差提取单元40输出的第一定时误差u1，对输入第一样点插值单元60的两个偏振方向的偏振信号即偏振信号H与偏振信号V进行内插(分数延迟调整滤波)，输出内插后得到的偏振信号H1和偏振信号V1(对偏振信号H进行内插得到的偏振信号H1，对应第一内插偏振信号，对偏振信号V进行内插得到的偏振信号V1，对应第二内插偏振信号))；
第二样点插值单元70，用于根据第二定时误差提取单元50输出的第二定时误差u2，对输入第二样点插值单元70的偏振信号H与偏振信号V两个偏振方向对应进行内插(分数延迟调整滤波)，输出内插后得到的偏振信号H2(对应第三内插偏振信号)和偏振信号V2(对应第四内插偏振信号)；
均衡滤波单元80，用于对第一样点插值单元60输出的偏振信号H1、偏振信号B1进行滤波，输出滤波结果相加后的得到的均衡滤波信号X；y路均衡滤波单元，对第二样点插值单元70输出的偏振信号H2和偏振信号V2进行滤波，输出滤波结果相加后的得到的均衡滤波信号Y。
输入图3a所示的时钟恢复均衡装置的为时域的偏振信号h(对应时域的第一偏振信号)和偏振信号v(对应时域的第二偏振信号)，各单元的处理流程类似，下面进行说明：
时钟预滤波单元20使用自适应滤波系数对偏振信号h(对应时域第一偏振信号)与偏振信号v(对应时域第二偏振信号)两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，对应获得时域的预滤波第一偏振信号x和预滤波第二偏振信号y(对偏振信号h进行预滤波获得预滤波第一偏振信号h1，对应第一内插偏振信号，对偏振信号v进行预滤波获得预滤波第一偏振信号v1，对应第二内插偏振信号)；
第一定时误差提取单元40根据预滤波第一偏振信号x，获取第一定时误差u1；
第二定时误差提取单元50根据预滤波第二偏振信号y，获取第二定时误差u2；
第一样点插值单元60根据第一定时误差提取单元40输出的第一定时误差u1，对输入第一样点插值单元60的两个偏振方向的偏振信号即偏振信号h与偏振信号v进行内插(分数延迟调整滤波)，输出内插后得到的偏振信号h1和偏振信号v1(对偏振信号h进行内插得到的偏振信号h1，对应第一内插偏振信号，对偏振信号v进行内插得到的偏振信号v1，对应第二内插偏振信号)；
第二样点插值单元70根据第二定时误差提取单元50输出的第二定时误差u2，对输入第二样点插值单元70的偏振信号h与偏振信号v两个偏振方向对应进行内插(分数延迟调整滤波)，输出内插后得到的偏振信号h2(对应第三内插偏振信号)和偏振信号v2(对应第四内插偏振信号)；
均衡滤波单元80对第一样点插值单元60输出的偏振信号h1、偏振信号v1进行滤波，输出滤波结果相加后的得到的均衡滤波信号x；y路均衡滤波单元，对第二样点插值单元70输出的偏振信号h2和偏振信号v2进行滤波，输出滤波结果相加后的得到的均衡滤波信号y。
均衡滤波单元80输出的均衡滤波信号x与y可以对应采用公式(3)(4)表示：
其中，h(m)，v(m)为输入均衡滤波单元80的两个偏振信号；x(n)，y(n)为均衡滤波输出信号；axh,axv为x路均衡滤波系数，ayh,ayv为y路均衡滤波系数，M为滤波器抽头数。
作为一个实施方式，如图3b所示，基于图3a，均衡滤波单元80包括：x路均衡滤波子单元801与y路均衡滤波子单元802；
输入图3b所示的时钟恢复均衡装置的第一偏振信号和第二偏振信号为时域信号(设为第一偏振信号h和第二偏振信号v两个偏振方向的信号)时，x路均衡滤波子单元801，，用于对第一样点插值单元60输出的偏振信号h1(对应第一偏振信号)、偏振信号h2(对应第二内插偏振信号)进行滤波，输出滤波结果相加后的得到的均衡滤波信号x；y路均衡滤波子单元802，用于对第二样点插值单元70输出的偏振信号h2(对应第三偏振信号)和偏振信号v2(对应第四偏振信号)进行滤波，输出滤波结果相加后的得到的均衡滤波信号y；
输入图3b所示的时钟恢复均衡装置的第一偏振信号和第二偏振信号为频域信号(设为第一偏振信号H和第二偏振信号两个偏振方向的信号)时，x路均衡滤波子单元801，用于对第一样点插值单元60输出的偏振信号H1(对应第一偏振信号)、偏振信号H2(对应第二内插偏振信号)进行滤波，输出滤波结果相加后的得到的均衡滤波信号X；y路均衡滤波子单元802，用于对第二样点插值单元70输出的偏振信号H2(对应第三偏振信号)和偏振信号V2(对应第四偏振信号)进行滤波，输出滤波结果相加后的得到的均衡滤波信号Y。
作为一个实施方式，如图3c所示，基于图3b，时钟恢复均衡装置还可以包括系数更新单元90；
输入图3c所示的时钟恢复均衡装置的第一偏振信号和第二偏振信号为时域信号(设为第一偏振信号h和第二偏振信号v两个偏振方向的信号)时，系数更新单元90，根据均衡滤波单元80输出的x路均衡滤波信号、y路均衡滤波信号、第一样点插值单元60输出的偏振信号h1和偏振信号v1、第二样点插值单元70输出的信号偏振信号h2、偏振信号v2，更新自适应滤波系数；
例如，系数更新单元90根据均衡滤波单元80输出的均衡滤波信号x，以及第一样点插值单元60输出的信号(偏振信号h1和偏振信号v1)，计算x偏振系数的更新值，将x偏振系数的更新值叠加到原x偏振系数得到更新后的x偏振系数作为x路自适应滤波系数，实现x路自适应滤波系数更新；根据均衡滤波单元80输出信号y，以及第二样点插值单元70输出信号(偏振信号h2和偏振信号v2)，计算y偏振系数的更新值，并将y偏振系数的更新值叠加到原y偏振系数得到的更新后的y偏振系数作为y路自适应滤波系数，实现y路自适应滤波系数更新；
输入图3c所示的时钟恢复均衡装置的第一偏振信号和第二偏振信号为频域信号(设为第一偏振信号H和第二偏振信号V两个偏振方向的信号)时，系数更新单元90，根据均衡滤波单元80输出的x路均衡滤波信号、y路均衡滤波信号、第一样点插值单元60输出的偏振信号H1和偏振信号V1、第二样点插值单元70输出的信号偏振信号H2、偏振信号V2，更新自适应滤波系数。
例如，系数更新单元90根据均衡滤波单元80输出的均衡滤波信号X，以及第一样点插值单元60输出的信号(偏振信号H1和偏振信号V1)，计算x偏振系数的更新值，将x偏振系数的更新值叠加到原x偏振系数得到的更新后的x偏振系数作为x路自适应滤波系数，实现x路自适应滤波系数更新；根据均衡滤波单元80输出信号Y，以及第二样点插值单元70输出信号(偏振信号H2和偏振信号V2)，计算y偏振系数的更新值，并将y偏振系数的更新值叠加到原y偏振系数得到更新后的y偏振系数作为y路自适应滤波系数，实现y路自适应滤波系数更新；
系数更新单元90，可以采用的系数更新方法包括：常模盲均衡算法、恒模算法(CMA，Constant Modulus Algorithm)、判决辅助最小均方误差法算法(DDLMS，Decision-Directed Least-Mean-Square)、以及多模盲均衡算法。
作为一个实施方式，如图3d所示，基于图3c，时钟恢复均衡装置还可以包括时频转换单元10和系数快速傅里叶变换(FFT，Fast Fourier Transformation)单元30，当输入图3c所示的时钟恢复均衡装置为偏振信号h(对应时域的第一偏振信号)和偏振信号v(对应时域的第二偏振信号)时，时频转换单元10将输入时钟恢复均衡装置的时域偏振信号h与时域偏振信号v两个偏振方向的信号进行FFT变换，对应得到频域偏振信号H与频域偏振信号V并输出至时钟预滤波单元20；
相应地，时钟预滤波单元20使用FFT单元30输出的频域的自适应滤波系数对偏振信号H与偏振信号V两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，对应获得频域的预滤波第一偏振信号X和预滤波第二偏振信号Y(对偏振信号H进行预滤波获得预滤波第一偏振信号X，对偏振信号V进行预滤波获得预滤波第一偏振信号Y)；
由于时钟预滤波单元20对频域的对偏振信号H与偏振信号V进行预滤波，因此需要将系数更新单元90输出的时域的自适应滤波系数利用快速傅立叶变换转换到频率，以供时钟预滤波单元20进行预滤波处理；也就是说，在输入图3c所示的时钟恢复均衡装置为时域的偏振信号h和偏振信号v时，时钟预滤波单元20仍然能够在频率进行处理，节省了系统资源；
需要指出的是，时钟预滤波单元20可以由具有蝶形结构的有限脉冲响应(FIR)滤波器实现，当输入时钟恢复均衡装置的信号为时域偏振信号时，时钟预滤波单元20可以基于图3c所示的结构在时域实现预滤波；当输入时钟恢复均衡装置的信号为频域偏振信号时，时钟预滤波单元20可以基于图3c所示的结构在频域实现预滤波；
当输入信号时钟预滤波单元20的信号为时域信号时，可以基于图3d所示的结构，由视频转换单元10将信号从时域转换为频域，使时钟预滤波单元20在频域实现预滤波以接收计算资源。
作为一个实施方式，第一定时误差提取单元40，以及第二定时误差提取单元50可采用平方定时算法，对于频域定时恢复，则可采用Godard算法。
作为一个实施方式，第一定时误差提取单元40可以包括第一模角计算模块，用于对第一定时误差进行低通滤波以去除噪声，输出滤波后的第一定时误差。
作为一个实施方式，第二定时误差提取单元50可以包括第二模角计算模块，用于对第二定时误差进行低通滤波以去除噪声，输出滤波后的第二定时误差。
作为一个实施方式，第一样点插值单元60，根据第一定时误差提取单元40输出的第一定时误差u1，即插值的小数指针，对第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行数字内插，对应获得第一内插偏振信号与第二内插偏振信号；
当输入图3a所示的时钟恢复均衡装置的为时域的偏振信号h(对应时域的第一偏振信号)和偏振信号v(对应时域的第二偏振信号)，第一样点插值单元60在时域实现数字内插，插值系数算法可选用一般的分数插值算法，如三次拉格朗日内插法；
当输入图3a所示的时钟恢复均衡装置的信号为频域的偏振信号H(对应频域的第一偏振信号)和偏振信号V(对应频域的第二偏振信号)，第一样点插值单元60在频域实现内插。
作为一个实施方式，第二样点插值单元70，根据第一定时误差提取单元50输出的第一定时误差u2，即插值的小数指针，对第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行数字内插，对应获得第三内插偏振信号与第四内插偏振信号；
当输入图3a所示的时钟恢复均衡装置的为时域的偏振信号h(对应时域的第一偏振信号)和偏振信号v(对应时域的第二偏振信号)，第二样点插值单元70在时域实现数字内插时，插值系数算法可选用一般的分数插值算法，如三次拉格朗日内插法；
当输入图3a所示的时钟恢复均衡装置的为频域的偏振信号H(对应频域的第一偏振信号)和偏振信号V(对应频域的第二偏振信号)，第二样点插值单元70在在频域实现内插。
本发明实施例记载的时钟恢复均衡装置，采用时钟恢复的预滤波技术，时钟恢复的自适应滤波系数直接由系数更新单元反馈，时钟恢复的预滤波的均衡效果好，定时误差处理能提取到较强的时钟信号，从而克服残余色度色散及偏振模色散影响时钟恢复问题；
本发明实施例记载的时钟恢复均衡装置，为前馈开环时钟恢复系统，也即偏振信号在进行定时误差提取之前没有先经过样点值插值处理，从而不会产生环路延迟，进而能够实现时钟恢复定时抖动的强跟踪能力，而相关技术的时钟恢复方式中环路延迟较大，无法跟踪高频抖动；
本发明实施例记载的时钟恢复均衡装置，能够跟踪定时频偏，兼有闭环系统的优点；而时钟恢复的预滤波，两路分别定时误差提取，以及两路样点插值处理，自适应均衡器(对应图3d中的均衡滤波单元80和系统更新单元90)x偏振系数主要抽头位置在靠近滤波器(对应图3d中的均衡滤波单元80)边界位置时，依靠系统的耦合作用下，使得x偏振系数主要抽头位置向滤波器中心位置方向移动；自适应均衡器y偏振系数主要抽头位置在靠近滤波器边界位置时，依靠系统的耦合作用下，能够使得y偏振系数主要抽头位置向滤波器中心位置方向移动，有效解决自适应均衡器x偏振系数主要抽头位置与y偏振系数主要抽头位置偏离较大，而导致主要抽头位置在不同的两个边界处，进而影响均衡器滤波效果问题。
与上述时钟恢复均衡装置的处理相对应，本发明实施例还记载一种时钟恢复均衡方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤101，使用自适应滤波系数对第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，对应获得预滤波第一偏振信号和预滤波第二偏振信号。
步骤102，根据预滤波第一偏振信号，输出第一定时误差，根据预滤波第二偏振信号，输出第二定时误差。
步骤103，根据第一定时误差，对第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的信号对应进行内插，输出内插后得到的第一内插偏振信号和第二内插偏振信号。
步骤104，根据第二定时误差，对第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的信号对应进行内插，输出内插后得到的第三内插偏振信号和第四内插偏振信号。
步骤105，对第一内插偏振信号、第二内插偏振信号进行滤波并输出x路均衡滤波信号；对第三内插偏振信号、第四内插偏振信号进行滤波并输出y路均衡滤波信号。
作为一个实施方式，对第一内插偏振信号、第二内插偏振信号进行滤波并输出x路均衡滤波信号；对第三内插偏振信号、第四内插偏振信号进行滤波并输出y路均衡滤波信号，包括：
对第一内插偏振信号、第二内插偏振信号进行滤波，输出滤波结果相加后得到的x路均衡滤波信号；
对第三内插偏振信号、第四内插偏振信号进行滤波，输出滤波结果相加后得到的y路均衡滤波信号。
作为一个实施方式，所述方法还包括：
根据所述x路均衡滤波信号、y路均衡滤波信号、第一内插偏振信号、第二内插偏振信号、第三内插偏振信号、第四内插偏振信号，更新自适应滤波系数；
例如，根据x路均衡滤波信号，以及第一内插偏振信号和第二内插偏振信号，计算x偏振系数的更新值，将x偏振系数的更新值叠加到原x偏振系数得到的更新后的x偏振系数作为x路自适应滤波系数，实现x路自适应滤波系数更新；
根据y路均衡滤波信号，以及第三偏振信号、第四内插偏振信号，计算y偏振系数的更新值，并将y偏振系数的更新值叠加到原y偏振系数得到的更新后的y偏振系数作为y路自适应滤波系数，实现y路自适应滤波系数更新。
作为一个实施方式，使用自适应滤波系数对第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，包括：
在第一偏振信号与第二偏振信号为时域信号时，将第一偏振信号与第二偏振信号对应进行快速傅里叶变换得到频域第一偏振信号与频域第二偏振信号；
使用自适应滤波系数对所述频域第一偏振信号与频域第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，对应获得预滤波第一偏振信号和预滤波第二偏振信号。
作为一个实施方式，使用所述自适应滤波系数对频域第一偏振信号与频域第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，包括：
将更新后的自适应滤波系数从时域转到频域，并利用转换后得到的自适应滤波系数对频域第一偏振信号与频域第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波。
作为一个实施方式，所述方法还包括：
输出所述第一定时误差之前，对所述第一定时误差进行低通滤波去噪；
输出所述第二定时误差之前，对所述第二定时误差进行低通滤波去噪。
下面结合图3d，对时钟恢复均衡装置输入时域偏振信号h与时域偏振信号v时，实施时钟恢复均衡的处理进行说明：如图3d所示的时钟恢复均衡装置包括：
时频转换单元10、时钟预滤波单元20，系数FFT单元30、第一定时误差提取单元40、第二定时误差提取单元50、第一样点插值单元60、第二样点插值单元70、均衡滤波单元80和系数更新单元90；
时频转换单元10，用于接收时域偏振信号h与时域偏振信号v两个偏振方向的信号，将时域偏振信号h与时域偏振信号v对应进行FFT变换得到频域偏振信号H与频域偏振信号V，并将频域偏振信号H与频域偏振信号V输出至时钟预滤波单元20；
系数FFT单元30，用于接收系数更新单元90反馈的自适应滤波系数axh,axv，ayh,ayv，利用快速傅立叶变换技术将自适应滤波系数从时域转到频域，并将转换后得到的自适应滤波系数Axh,Axv，Ayh,Ayv输出至时钟预滤波单元20；
时钟预滤波单元20，用于利用系数FFT单元30输出的自适应滤波系数、以及时频转换单元10输出的频域偏振信号H与频域偏振信号V进行频域预滤波，并将频域预滤波后得到的预滤波第一偏振信号X，输出至第一定时误差提取单元40，将频域预滤波后得到的预滤波第一偏振信号Y，输出至第二定时误差提取单元50；
其中，对频域偏振信号H与频域偏振信号V进行频域预滤波可以对应根据公式(5)(6)进行处理实现：
X(k)＝Axh(k)H(k)+Axv(k)V(k) (5)
Y(k)＝Ayh(k)H(k)+Ayv(k)V(k) (6)
第一定时误差提取单元40，用于基于接收到的预滤波第一偏振信号X，利用定时误差提取算法进行定时误差提取得到第一定时误差，例如采用Godard算法进行定时误差提取，对应计算公式如公式(7)所示：
时钟信号C1的模角表示第一定时误差的值，第一模角计算模块(设置于第一定时误差提取单元40中)计算根据公式(8)计算第一定时误差u1：
作为一个实施方式，第一模角计算模块可以对第一定时误差u1进行低通滤波，以减小噪声的影响，并将低通滤波结果输出给第一样点插值单元40。
第二定时误差提取单元50，用于将接收到的第二偏振信号Y，利用定时误差提取算法进行定时误差提取得到第二定时误差值，例如可以采用Godard算法进行定时误差提取，Godard算法对应的计算公式如公式(9)所示：
时钟信号C2的模角表示第二定时误差的值，第二模角计算模块根据公式(10)计算第二定时误差u2：
作为一个实施方式，第二模角计算模块可以对u2进行低通滤波，以减小噪声的影响，并将滤波结果输出给第二样点插值单元50。
第一样点插值单元60，用于对输入的两个偏振方向的时域偏振信号h与时域偏振信号v，进行分数延迟调整滤波(内插)，并输出分数延迟调整滤波(内插)后得到的时域偏振信号h1与时域偏振信号v1，进行分数延迟调整滤波所使用的插值指针为第一定时误差提取单元40输出的第一定时误差值；
第二样点插值单元70，用于对两个偏振方向输入的时域信号h与时域偏振信号v，进行分数延迟调整滤波，并输出分数延迟调整滤波后得到的信号h2、v2，进行分数延迟调整滤波所使用的插值指针为第二定时误差提取单元50输出的第二定时误差值。
需要指出的是，第一样点插值单元60、第二样点插值单元70所使用的内插滤波器可以选用有限脉冲响应滤波器，也可选用Farrow结构滤波器，技术较为成熟，实现较为灵活，这里不再累述。
均衡滤波单元80，包括x路均衡滤波子单元801与y路均衡滤波子单元802；x路均衡滤波子单元，对第一样点插值单元60输出的信号时域偏振信号h1、时域偏振信号v1进行滤波，输出滤波结果相加得到均衡滤波信号x输出；均衡滤波信号x；y路均衡滤波单元，用于对第二样点插值单元60输出的信号时域偏振信号h2、时域偏振信号v2进行滤波，将滤波结果相加得到均衡滤波信号y并输出；均衡滤波信号x与y可以对应采用公式(11)(12)表示：
其中，h(m)、v(m)为均衡滤波单元80输入的两个偏振态信号；x(n)、y(n)为均衡滤波信号；axh,axv为x路均衡滤波系数，ayh,ayv为y路均衡滤波系数，M为滤波器抽头数。
系数更新单元90，用于根据均衡滤波单元80输出的均衡滤波信号x，以及第一样点插值单元60输出的信号(也即进行分数延迟调整滤波后得到的信号h1、v1)，计算x偏振系数的更新值，并将x偏振系数的更新值叠加到原x偏振系数得到更新后的x偏振系数，实现x路自适应滤波系数更新；根据均衡滤波单元输出信号y，以及第二样点插值单元输出信号(也即进行分数延迟调整滤波后得到的信号h2、v2)，计算y偏振系数的更新值，并将y偏振系数的更新值叠加到原y偏振系数得到更新后的y偏振系数，实现y路自适应滤波系数更新。
系数更新单元90可以采用的系数更新方法包括：常模盲均衡算法恒模算法(CMA，Constant Modulus Algorithm)、判决辅助最小均方误差法算法(DDLMS，Decision-Directed Least-Mean-Square)和多模盲均衡算法，系数更新单元可以选择的算法较多，本发明实施例中不做限定。
系数更新单元90更新的自适应滤波系数输出至均衡滤波单元80，并经过系数FFT单元30转换为频率系数后输出至时钟预滤波单元20，由于系统的耦合作用，当x路均衡滤波系数主要抽头位置靠近滤波器边上时，但链路失真增大时，x路均衡滤波系数主要抽头位置会逐渐往中心区域移动，而不会移动出滤波器边界位置；同理，当y路均衡滤波系数主要抽头位置靠近滤波器边上时，但链路失真增大时，y路均衡滤波系数主要抽头位置会逐渐往中心区域移动，而不会移动出滤波器边界位置。
时频转换单元10、时钟预滤波单元20，系数FFT单元30、第一定时误差提取单元40、第二定时误差提取单元50、第一样点插值单元60、第二样点插值单元70、均衡滤波单元80和系数更新单元90可由时钟恢复均衡装置中的微处理器(MCU，Micro Control Unit)、逻辑可编程门阵列(FPGA，Field－Programmable Gate Array)实现或专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)实现。
综上所述，相关技术提供的时钟恢复均衡方法，较难解决光纤通信中偏振模色散等码间干扰对时钟恢复的影响，传统的闭环时钟恢复，传统的闭环时钟恢复环路延迟大，无法跟踪上链路输入信号时间较快的相位抖动；
而采用本发明记载的时钟恢复均衡装置，与相关技术相比，时钟恢复的预滤波，以及前馈开环时钟恢复结构，解决了残余色度色散及偏振模色散影响时钟恢复问题，以及快速跟踪抖动问题；两路分别插值，能够避免x偏振系数主要抽头位置与y偏振系数主要抽头位置偏离较大，而导致主要抽头位置，在不同的两个边界处，而影响均衡器滤波效果问题。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、RAM、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (13)
1.一种时钟恢复均衡装置，其特征在于，包括：时钟预滤波单元、第一定时误差提取单元、第二定时误差提取单元、第一样点插值单元、第二样点插值单元、均衡滤波单元和系数更新单元；其中，
所述时钟预滤波单元，用于使用自适应滤波系数对第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，对应获得预滤波第一偏振信号和预滤波第二偏振信号；
所述第一定时误差提取单元，用于根据所述预滤波第一偏振信号，输出第一定时误差；
所述第二定时误差提取单元，用于根据所述预滤波第二偏振信号，输出第二定时误差；
所述第一样点插值单元，用于根据所述第一定时误差提取单元输出的第一定时误差，对输入所述第一样点插值单元的第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的信号对应进行内插，输出内插后得到的第一内插偏振信号和第二内插偏振信号；
所述第二样点插值单元，用于根据所述第二定时误差提取单元输出的第二定时误差，对输入所述第二样点插值单元的第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的信号对应进行内插，输出内插后得到的第三内插偏振信号和第四内插偏振信号；
所述均衡滤波单元，用于对所述第一样点插值单元输出的第一内插偏振信号、第二内插偏振信号进行滤波并输出滤波结果相加后得到的x路均衡滤波信号；对所述第二样点插值单元输出的第三内插偏振信号和第四内插偏振信号进行滤波，并输出滤波结果相加后得到的y路均衡滤波信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述均衡滤波单元，包括：
x路均衡滤波子单元，用于对所述第一样点插值单元输出的第一内插偏振信号、第二内插偏振信号进行滤波，输出滤波结果相加后得到的x路均衡滤波信号；
y路均衡滤波子单元，用于对所述第二样点插值单元输出的第三内插偏振信号和第四内插偏振信号进行滤波，输出滤波结果相加后得到的y路均衡滤波信号。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
系数更新单元，用于根据所述均衡滤波单元输出的x路均衡滤波信号、y路均衡滤波信号、所述第一样点插值单元输出的第一内插偏振信号和第二内插偏振信号、所述第二样点插值单元输出的第三内插偏振信号、第四内插偏振信号，更新所述自适应滤波系数。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，
所述系数更新单元，还用于根据所述均衡滤波单元输出的x路均衡滤波信号，以及第一样点插值单元输出的第一内插偏振信号和第二内插偏振信号，计算x偏振系数的更新值，将x偏振系数的更新值叠加到原x偏振系数得到的更新后的x偏振系数作为x路自适应滤波系数，实现x路自适应滤波系数更新；
根据所述均衡滤波单元输出均衡滤波信号y，以及所述第二样点插值单元输出的第三内插偏振信号和第四内插偏振信号，计算y偏振系数的更新值，并将y偏振系数的更新值叠加到原y偏振系数得到的更新后的y偏振系数作为y路自适应滤波系数，实现y路自适应滤波系数更新。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
时频转换单元，用于在所述第一偏振信号与第二偏振信号为时域信号时，将所述第一偏振信号与第二偏振信号对应进行快速傅里叶变换FFT得到频域第一偏振信号与频域第二偏振信号，并将所述频域第一偏振信号与频域第二偏振信号输出至所述时钟预滤波单元；
所述时钟预滤波单元，还用于使用自适应滤波系数对所述频域第一偏振信号与频域第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，对应获得预滤波第一偏振信号和预滤波第二偏振信号。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
系数FFT单元，用于将所述系数更新单元输出的自适应滤波系数从时域转到频域，并将转换后得到的自适应滤波系数输出至所述时钟预滤波单元，所述转换后得到的自适应滤波系数用于使所述时钟预滤波单元对所述频域第一偏振信号与频域第二偏振信号进行预滤波，对应获得所述预滤波第一偏振信号和预滤波第二偏振信号。
7.如权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，
所述第一定时误差提取单元，还用于对所述第一定时误差进行低通滤波去噪，输出滤波后的第一定时误差；
所述第二定时误差提取单元，还用于对所述第二定时误差进行低通滤波去噪，输出滤波后的第二定时误差。
8.一种时钟恢复均衡方法，其特征在于，包括：
使用自适应滤波系数对第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，对应获得预滤波第一偏振信号和预滤波第二偏振信号；
根据所述预滤波第一偏振信号，输出第一定时误差，根据所述预滤波第二偏振信号，输出第二定时误差；
根据所述第一定时误差，对所述第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的信号对应进行内插，输出内插后得到的第一内插偏振信号和第二内插偏振信号；
根据所述第二定时误差，对所述第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的信号对应进行内插，输出内插后得到的第三内插偏振信号和第四内插偏振信号；
对所述第一内插偏振信号、第二内插偏振信号进行滤波并输出滤波结果相加后得到的x路均衡滤波信号；对所述第三内插偏振信号、第四内插偏振信号进行滤波并输出滤波结果相加后得到的y路均衡滤波信号。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述x路均衡滤波信号、y路均衡滤波信号、第一内插偏振信号、第二内插偏振信号、第三内插偏振信号、第四内插偏振信号，更新所述自适应滤波系数。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据x路均衡滤波信号、y路均衡滤波信号、第一内插偏振信号、第二内插偏振信号、第三内插偏振信号、第四内插偏振信号，更新所述自适应滤波系数，包括：
根据所述x路均衡滤波信号，以及所述第一内插偏振信号和第二内插偏振信号，计算x偏振系数的更新值，将x偏振系数的更新值叠加到原x偏振系数得到的更新后的x偏振系数作为x路自适应滤波系数，实现x路自适应滤波系数更新；
根据所述y路均衡滤波信号，以及第三偏振信号、第四内插偏振信号，计算y偏振系数的更新值，并将y偏振系数的更新值叠加到原y偏振系数得到的更新后的y偏振系数作为y路自适应滤波系数，实现y路自适应滤波系数更新。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述使用自适应滤波系数对第一偏振信号与第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，包括：
在所述第一偏振信号与第二偏振信号为时域信号时，将所述第一偏振信号与第二偏振信号对应进行快速傅里叶变换FFT得到频域第一偏振信号与频域第二偏振信号；
使用所述自适应滤波系数对所述频域第一偏振信号与频域第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，对应获得预滤波第一偏振信号和预滤波第二偏振信号。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述使用所述自适应滤波系数对所述频域第一偏振信号与频域第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波，包括：
将所述更新后的自适应滤波系数从时域转到频域，并利用转换后得到的自适应滤波系数对所述频域第一偏振信号与频域第二偏振信号两个偏振方向的偏振信号进行预滤波。
13.如权利要求8至10任一项或12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
输出所述第一定时误差之前，对所述第一定时误差进行低通滤波去噪；
输出所述第二定时误差之前，对所述第二定时误差进行低通滤波去噪。
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Application publication date: 20160720 Assignee: Xi'an Chris Semiconductor Technology Co. Ltd. Assignor: SHENZHEN ZTE MICROELECTRONICS TECHNOLOGY CO., LTD. Contract record no.: 2019440020036 Denomination of invention: Clock recovery equalization device and method Granted publication date: 20190430 License type: Common License Record date: 20190619 |