JP6317467B2 - クロックリカバリ方法、装置、システムおよびコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

クロックリカバリ方法、装置、システムおよびコンピュータ記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、通信分野のクロックリカバリ技術に関し、特にクロックリカバリ方法、装置、システムおよびコンピュータ記憶媒体に関する。
インターネットのトラフィックの増加に伴い、幹線システムの光通信システムは、より大きい容量を必要とする。また、波長ごとのビット率が増加する場合、伝送パスにおける色度分散、偏波モード分散、及び各非線形効果により波形歪みが生じ、情報の品質が悪くなる。
図1は、典型的なデジタルコヒーレント受信機のブロック図である。受信された光信号が偏波分光器により互いに直交する2つの偏波状態信号に分離され、偏波分光器から出力された偏波光信号が90°光ミキサを介してローカル発振光信号と周波数混合し、周波数混合後の光信号が平衡光検出器を介してベースバンド電気信号に変換される。光電変換後の電気信号は、偏波状態ごとに2ラインの信号を有する。伝送チャネルを経た後、2つの偏波状態の間にクロストークがあり、偏波状態も回転したため、受信側での2つの偏波状態は、偏波状態ごとに、2ラインの直交信号が送信信号と対応関係を有しない。そして、アナログ/デジタルコンバータを介して電気信号をデジタル信号へ変換する。これにより、デジタル信号処理技術により当該デジタル信号を処理することができる。
非コヒーレント技術よりも、デジタルコヒーレント受信技術は、以下のメリットを有する。約3dBの光信号対騒音比の利得を有すること、電気等化技術を採用してチャネル変化に便利に対応し、コストを低減させる等のこと、より効果的な変調技術および偏波多重技術を採用して伝送容量を高めることである。
デジタルコヒーレント受信機において、色度分散と偏波モード分散の等化は、一般的に2つの部分に分けて実施される。まず、静的分散に対して補償を行う。通常、高速フーリエ(Fast Fourier Transformation、FFT)技術により周波数領域の高速畳み込みを行って静的分散の補償を実施する。そして、残りの色度分散および偏波モード分散に対して補償を行う。通常、有限インパルス応答(Finite Impulse Response、FIR)蝶型等化器によって実施される。FIR蝶型フィルタは、適応アルゴリズムを採用して係数を更新することで、時間にとともに動的変化する偏波モード分散を追跡および補償する。
ただし、FIR蝶型適応等化器は、等化、整合フィルタリングおよび位相調整の機能を有する。しかし、サンプリング周波数オフセットが存在しあるいはサンプリング位相変化範囲がFIR蝶型適応等化器による調整の範囲からはみ出したとき、FIR蝶型適応等化器が正常に稼動しない。このため、FIR蝶型等化器の前にクロック位相リカバリ装置を設けて、入力された時間・周波数領域信号の位相誤差を推定し、入力された時間・周波数領域信号に対して位相調整を行って、安定的且つ適当なサンプリング位相を適応等化器へ提供する。
従来技術におけるクロック位相リカバリ方法には、例えば、平方クロックリカバリアルゴリズム、Gardnerクロックリカバリアルゴリズムがある。発明者は、本発明を実現させる過程において、従来のクロック位相リカバリ案に少なくとも以下の欠陥が存在することを見出した。
偏波モード分散の差分群遅延および偏波回転角度が時間とともにランダムに変化するため、入力された時間・周波数領域信号の位相が偏波モード分散に影響される。また、差分群遅延が半周期であり且つ受信側の偏波角度と主偏波状態とが45度をなす場合、従来のクロック位相リカバリ案では、入力された時間・周波数領域信号の位相誤差を抽出することができないため、クロック位相リカバリが実現不可能である。
本発明は、それに鑑みてなされたものである。本発明の実施例は、入力された時間/周波数信号の位相誤差を正確に抽出し、入力された時間/周波数信号の位相をより良好に回復できるクロックリカバリ方法、装置、システムおよびコンピュータ記憶媒体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の技術案は、次のようになる。
本発明の実施例は、クロックリカバリ方法を提供する。当該方法は、現在入力された適応等化係数に基づいて、入力された時間・周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行って等化プリフィルタリング信号を取得するステップと、前記等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された時間・周波数領域信号の位相誤差を取得するステップと、前記位相誤差に基づいて、前記入力された時間・周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間・周波数領域信号に対して適応等化処理を行って新たな適応等化係数を出力するステップとを含む。
上記技術案において、前記時間・周波数領域信号は、第1光に応じて偏波される時間・周波数領域第1サブ信号と、第2光に応じて偏波される時間・周波数領域第2サブ信号とを含み、前記時間領域信号は、時間周波数変換により前記周波数領域信号に変換される。
上記技術案において、現在入力された適応等化係数に基づいて、入力された周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行うことは、
Figure 0006317467
を満たす。
ただし、Hxx(k),Hxy(k),Hyx(k),Hyy(k)が周波数領域適応等化係数であり、Kが位相弁別の周波数ポイントインデックスであり、X(k)が周波数領域第1偏波サブ信号であり、Y(k)が周波数領域第2偏波サブ信号であり、Xpd(k),Ypd(k)がクロックの等化プリフィルタリングにより得られた等化プリフィルタリング信号である。
上記技術案において、前記等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された周波数領域信号の位相誤差を取得することは、
Figure 0006317467
を満たす。
ただし、Xpd(k),Ypd(k)がクロックの等化プリフィルタリングにより得られた等化プリフィルタリング信号であり、X pd(k),Ypd (k)が等化プリフィルタリング信号の複素共役信号であり、
Figure 0006317467
により、Cの位相値を算出し、入力および出力された周波数領域信号の位相誤差μを取得する。ただし、前記位相誤差μの値の範囲は、[0,1]である。
上記技術案において、前記位相誤差に基づいて、前記入力された周波数領域信号に対して位相調整を行う際に、
Figure 0006317467
により、位相調整角度η(k)を取得する。
ただし、μが前記位相誤差であり、位相調整角度η(k)に基づいて、
Figure 0006317467
により、X(k),Y(k)に対して位相調整を行う。
ただし、X(k)が周波数領域第1偏波サブ信号であり、Y(k)が周波数領域第2偏波サブ信号であり、Xcr(k),Ycr(k)が位相調整により得られた周波数領域信号である。
上記技術案において、前記位相誤差に基づいて、前記入力された時間領域信号に対して位相調整を行う際に、3次ラグランジュ補間アルゴリズムを採用して前記入力された時間領域信号に対して位相調整を行い、
Figure 0006317467
を満たす。
ただし、係数が
Figure 0006317467
である。
ただし、z[k]がサンプリングポイントf[k]を小数ポインタuを介してk+uの位置に補間して得られたサンプリングポイント値であり、もし128個のサンプリングポイント毎に同一の補間用の小数ポインタuを用いる場合、小数ポインタu=mod(2×μ,1)、μが前記位相誤差である。
上記技術案において、前記等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された時間・周波数領域信号の位相誤差を取得した後、さらに、前記位相誤差に対してフィルタリングを行ってフィルタリング後の位相誤差を取得するステップと、前記フィルタリング後の位相誤差に基づいて前記入力された時間・周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間・周波数領域信号に対して適応等化処理を行って新たな適応等化係数を出力するステップとを含む。
本発明の実施例は、クロックリカバリ装置を開示する。当該装置は、順に接続された等化プリフィルタリング手段と、タイミング誤差抽出手段と、位相調整手段とを備える。
前記等化プリフィルタリング手段は、現在入力された適応等化係数に基づいて、入力された時間・周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行って、取得した等化プリフィルタリング信号を前記タイミング誤差抽出手段へ入力するように構成され、前記タイミング誤差抽出手段は、前記等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された時間・周波数領域信号の位相誤差を取得し、取得した位相誤差を前記位相調整手段へ入力するように構成され、前記位相調整手段は、前記位相誤差に基づいて、前記入力された時間・周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間・周波数領域信号に対して適応等化処理を行って新たな適応等化係数を出力し、前記等化プリフィルタリング手段へフィードバックするように構成される。
上記技術案において、前記時間・周波数領域信号は、第1光に応じて偏波される時間・周波数領域第1サブ信号と、第2光に応じて偏波される時間・周波数領域第2サブ信号とを含み、前記時間領域信号は、時間周波数変換により前記周波数領域信号に変換される。
上記技術案において、前記装置は、前記タイミング誤差抽出手段と前記位相調整手段との間に接続され、前記位相誤差に対してフィルタリングを行って、フィルタリング後の位相誤差を前記位相調整手段へ入力するように構成されるタイミング誤差フィルタリング手段をさらに備え、前記位相調整手段は、さらに、前記フィルタリング後の位相誤差に基づいて前記入力された時間・周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間・周波数領域信号に対して適応等化処理を行って新たな適応等化係数を出力する。
上記技術案において、前記タイミング誤差フィルタリング手段は、ループフィルタ、デジタル発振器、減算器を採用して構成される。上記技術案において、前記等化プリフィルタリング手段は、単偏波システムの有限インパルス応答FIRフィルタ、または偏波多重システムのFIRフィルタを採用して構成される。
本発明の実施例は、クロックリカバリシステムを提供する。当該システムは、上述したクロックリカバリ装置、適応等化装置を含む。
前記クロックリカバリ装置は、位相調整後の時間・周波数領域信号を前記適応等化装置へ入力し、前記適応等化装置は、位相調整後の時間・周波数領域信号に基づいて新たな適応等化係数を出力し、前記クロックリカバリ装置の入力側へフィードバックする。
本発明の実施例は、コンピュータ記憶媒体をさらに提供する。前記コンピュータ記憶媒体は、コンピュータの実行可能な命令を記憶してあり、前記コンピュータの実行可能な命令は、前記クロックリカバリ方法を実行するために用いられる。
本発明の実施例に供されるクロックリカバリ方法、装置、システムおよびコンピュータ記憶媒体では、現在入力された適応等化係数に基づいて、入力された時間・周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行って等化プリフィルタリング信号を取得し、前記等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された時間・周波数領域信号の位相誤差を取得し、前記位相誤差に基づいて、前記入力された時間・周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間・周波数領域信号に対して適応等化処理を行って新たな適応等化係数を出力する。これにより、適応等化係数に対して適応調整フィードバックを実行し続けて新たな適応等化係数を取得でき、毎回時間・周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行うたびに、新たな適応等化係数を採用可能であり、チャネルの動的変化をより良好に追跡、チャネル歪みを正確に補償できるため、クロックの等化プリフィルタリングの効果がより良好になり、入力された時間/周波数信号の位相誤差を迅速で正確に抽出でき、入力された時間/周波数信号の位相をより良好に回復できる。つまり、サンプリング位置をより良好に調整できる。
従来のデジタルコヒーレント受信機のブロック図である。 本発明の実施例によるクロックリカバリシステム一の構造模式図である。 本発明の実施例によるクロックリカバリシステム二の構造模式図である。 本発明の実施例によるクロックリカバリ方法一を模式的に示すフローチャートである。 本発明の実施例によるクロックリカバリ方法二を模式的に示すフローチャートである。 本発明の実施例によるタイミング誤差フィルタリング手段が位相誤差に対してフィルタリングを行う実施構成の模式図である。 本発明の実施例一のクロックリカバリシステムの構造模式図である。 本発明の実施例二のクロックリカバリシステムの構造模式図である。 本発明の実施例によるクロックリカバリ装置の構造模式図である。
本発明の実施例では、現在入力された適応等化係数に基づいて、入力された時間・周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行って等化プリフィルタリング信号を取得し、前記等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された時間・周波数領域信号の位相誤差を取得し、前記位相誤差に基づいて、前記入力された時間・周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間・周波数領域信号に対して適応等化処理を行って新たな適応等化係数を出力する。これにより、適応等化係数を調整し続けることができ、チャネルの動的変化をより良好に追跡してチャネル歪みを正確に補償できるため、クロックの等化プリフィルタリングの効果がより良好になり、さらに入力された時間/周波数信号の位相誤差を迅速で正確に抽出でき、入力時間/周波数信号の位相をより良好に回復できる。
ここで、前記現在入力された適応等化係数は、適応等化装置が入力された位相調整後の時間・周波数領域信号に対して適応等化処理を行ってから出力しフィードバックしたものであり、初期入力の適応等化係数は、システムが予め設定したものであり、前記時間・周波数領域信号は、第1光に応じて偏波される時間・周波数領域第1サブ信号と、第2光に応じて偏波される時間・周波数領域第2サブ信号とを含み、前記時間領域信号は、時間周波数変換により前記周波数領域信号に変換される。
以下は、図面に合わせて、本発明の具体的な実施形態について説明する。
図2は、本発明の実施例に供されるクロックリカバリシステム一の構造模式図である。図2に示すように、当該システムは、クロックリカバリ装置20、適応等化装置21を含む。ただし、クロックリカバリ装置20は、順に接続された等化プリフィルタリング手段200、タイミング誤差抽出手段201、位相調整手段202を備える。上記機能モジュールは、ソフトウェア機能モジュールであってもよいし、ハードウェア機器であってもよい。
前記クロックリカバリ装置20は、位相調整後の時間・周波数領域信号を前記適応等化装置21へ入力し、前記適応等化装置21は、位相調整後の時間・周波数領域信号に基づいて新たな適応等化係数を出力し、前記クロックリカバリ装置20の入力側へフィードバックする。
前記クロックリカバリ装置20では、前記等化プリフィルタリング手段200は、現在入力された適応等化係数に基づいて、入力された時間・周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行って、取得した等化プリフィルタリング信号を前記タイミング誤差抽出手段201へ入力するように構成される。
ただし、前記現在入力された適応等化係数は、適応等化装置が入力された位相調整後の時間・周波数領域信号に対して適応等化処理を行ってから出力しフィードバックしたものであり、初期入力の適応等化係数は、システムが予め設定したものであり、前記時間・周波数領域信号は、第1光に応じて偏波される時間・周波数領域第1サブ信号と、第2光に応じて偏波される時間・周波数領域第2サブ信号とを含み、前記時間領域信号は、時間周波数変換により前記周波数領域信号に変換される。
前記タイミング誤差抽出手段201は、入力された等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された時間・周波数領域信号の位相誤差を取得し、取得した位相誤差を前記位相調整手段201へ入力するように構成される。
前記位相調整手段202は、入力された位相誤差に基づいて、前記入力された時間・周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間・周波数領域信号を前記適応等化装置21へ入力し、さらに前記適応等化装置21により、新たな適応等化係数を出力して前記等化プリフィルタリング手段200へフィードバックするように構成される。
上記システムアーキテクチャに基づいて、本発明の実施例に供されるクロックリカバリ過程は、具体的に以下のように実現される。
まず、前記等化プリフィルタリング手段200が現在入力された適応等化係数に基づいて、入力された時間・周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行って、取得した等化プリフィルタリング信号を前記タイミング誤差抽出手段201へ入力する。
次に、前記タイミング誤差抽出手段201が前記等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された時間・周波数領域信号の位相誤差を取得し、取得した位相誤差を前記位相調整手段202へ入力する。
最後に、前記位相調整手段202が前記位相誤差に基づいて、前記入力された時間・周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間・周波数領域信号を前記適応等化装置21へ入力する。前記適応等化装置21が更新された適応等化係数を前記等化プリフィルタリング手段200の入力側へフィードバックする。ただし、前記適応等化係数の初期入力は、システムが入力信号の周波数、位相等のパラメータに応じて設定されたものである。
好ましくは、前記クロックリカバリ装置は、タイミング誤差フィルタリング手段203をさらに備える。図3は本発明の実施例によるクロックリカバリシステム二の構造模式図である。図3に示すように、タイミング誤差フィルタリング手段203は、前記タイミング誤差抽出手段201と前記位相調整手段202との間に接続され、前記位相誤差に対してフィルタリングを行って、フィルタリング後の位相誤差を前記位相調整手段202へ入力するように構成される。
前記位相調整手段202は、さらに、前記フィルタリング後の位相誤差に基づいて、前記入力された時間・周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間・周波数領域信号を前記適応等化装置21へ入力するように構成され、前記適応等化装置21は、新たな適応等化係数を出力する。
記述の便宜上、以上の前記クロックリカバリシステムの各部分は、機能ごとに各種のモジュールあるいは手段として記述される。当然、本発明を実施する際、各モジュールあるいは手段の機能を同一あるいは複数のソフトウェアやハードウェアにおいて実現可能である。
以上のシステムアーキテクチャに基づいて、本発明の実施例は、クロックリカバリ方法を提供する。本発明の実施例によるクロックリカバリ方法一を模式的に示すフローチャートである。図4に示すように、当該方法は、以下のステップを含む。
ステップS400では、現在入力された適応等化係数に基づいて、入力された時間・周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行って等化プリフィルタリング信号を取得する。本ステップは、クロックリカバリ装置20における等化プリフィルタリング手段200によって実現されてもよい。
本ステップでは、前記現在入力された適応等化係数は、適応等化装置が入力された位相調整後の時間・周波数領域信号に対して適応等化処理を行ってから出力しフィードバックしたものであり、初期入力の適応等化係数は、システムが設定したものであり、前記時間・周波数領域信号は、第1光に応じて偏波される時間・周波数領域第1サブ信号と、第2光に応じて偏波される時間・周波数領域第2サブ信号とを含み、第1光に応じて偏波されることは、例えばx偏波であり、第2光に応じて偏波されることは、例えばy偏波である。
本ステップでは、等化プリフィルタリング手段200のフィルタリングは、時間領域の実現であってもよいし、周波数領域の実現であってもよい。前記入力された信号は、時間領域信号であってもよいし、周波数領域信号であってもよい。対応する出力は、時間領域信号であってもよいし、周波数領域信号であってもよい。
周波数領域信号の入力が必要な場合、時間領域信号を前記等化プリフィルタリング手段200へ入力する前に、時間周波数変換機能を有するモジュールあるいは機器、例えばフーリエ変換モジュールにより、時間領域信号を周波数領域信号へ変換し、そして得られた周波数領域信号を等化プリフィルタリング手段200へ入力する。適応等化装置でフィードバックされた適応等化係数が時間領域係数であり、周波数領域係数を用いる必要がある時、前記適応等化装置と等化プリフィルタリング手段200との間に時間周波数変換手段を追加し、または、前記等化プリフィルタリング手段200に時間周波数変換機能を有するモジュールを追加して、適応等化装置でフィードバックされた時間領域係数を周波数領域係数へ変換する。
前記等化フィルタリング手段200は、単偏波システムのFIRフィルタ、あるいは偏波復用システムのFIRフィルタによって実現されてもよい。
本ステップでは、等化プリフィルタリング手段200は、周波数領域信号および周波数領域適応等化係数を入力する際、前記適応等化係数に基づいて前記入力された周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行う。具体的に、下記の方式を採用する。
Figure 0006317467
ただし、Hxx(k),Hxy(k),Hyx(k),Hyy(k)が周波数領域適応等化係数であり、Kが位相弁別の周波数ポイントインデックスであり、X(k)が周波数領域第1偏波サブ信号であり、Y(k)が周波数領域第2偏波サブ信号であり、Xpd(k),Ypd(k)がクロックの等化プリフィルタリングにより得られた等化プリフィルタリング信号であり、得られた等化プリフィルタリング信号は、タイミング誤差抽出手段201へ入力される。
本ステップでは、等化プリフィルタリング手段200が適応等化装置でフィードバックされた適応等化係数を用いて、時間・周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行うことで、チャネルの動的変化をより良好に追跡し、チャネル歪みを正確に補償できるため、クロックの等化プリフィルタリングの効果がより良好になり、入力された時間/周波数信号の位相誤差を迅速で正確に抽出でき、入力された時間/周波数信号の位相をより良好に回復できる。
ステップS401では、前記等化フィルタリング信号に基づいて、入力された時間・周波数領域信号の位相誤差を取得する。本ステップは、クロックリカバリ装置におけるタイミング誤差抽出手段201によって実現されてもよい。
本ステップでは、タイミング誤差抽出手段201の誤差抽出は、時間領域で実現されてもよいし、周波数領域で実現されてもよい。前記入力時間/周波数信号は、時間領域信号であってもよいし、周波数領域信号であってもよい。対応する出力は、時間領域信号であってもよいし、周波数領域信号であってもよい。
通常、タイミング誤差抽出手段201は、入力された時間領域信号の位相誤差を抽出する際、平方タイミング誤差抽出等のアルゴリズムを採用してもよく、抽出入力された周波数領域信号の位相誤差を抽出する際、Godard等のアルゴリズムを採用してもよい。ここで、位相誤差の抽出アルゴリズムについて具体的に限定しない。
本ステップでは、等化プリフィルタリング信号が上記ステップS400で得られた周波数領域の等化プリフィルタリング信号であるため、前記タイミング誤差抽出手段201が等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された周波数領域信号の位相誤差を取得することは、Godardアルゴリズムを採用してもよい。具体的な実現形態は、下記のようになる。
Figure 0006317467
ただし、Xpd(k),Ypd(k)がクロックの等化プリフィルタリングにより得られた等化プリフィルタリング信号であり、X pd(k),Ypd (k)が等化プリフィルタリング信号の複素共役信号である。以下の数式によりCの位相値を算出し、入力された周波数領域信号の位相誤差μを取得する。
Figure 0006317467
ただし、前記位相誤差μの値の範囲が[0,1]である。得られた位相誤差μを位相調整手段202へ入力する。
本ステップでは、タイミング誤差抽出手段201は、前記等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された時間・周波数領域信号の位相誤差を取得する。ただし、等化プリフィルタリング信号は、等化プリフィルタリング手段200が適応等化装置21でフィードバックされた適応等化係数を用いて、入力された時間・周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行って得られた信号である。これにより、タイミング誤差抽出手段201は、入力された時間・周波数領域信号の位相誤差をより正確に抽出することができる。
ステップS403では、前記位相誤差に基づいて、前記入力された時間・周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間・周波数領域信号を適応等化処理を経て新たな適応等化係数を出力する。本ステップは、クロックリカバリ装置20における位相調整手段202によって実現されてもよい。
本ステップでは、位相調整手段202に入力されたのが周波数領域信号である場合、上記ステップS401で得られた位相誤差に基づいて前記入力された周波数領域信号に対して位相調整を行う。具体的に、下記の方式を採用する。下記の数式に応じて、位相調整角度η(k)を取得する。
Figure 0006317467
ただし、μが前記位相誤差であり、位相調整角度η(k)に基づいて、下記の数式により、X(k),Y(k)を位相調整する。
Figure 0006317467
ただし、X(k)が周波数領域第1サブ信号であり、Y(k)が周波数領域第2サブ信号であり、Xcr(k),Ycr(k)が位相調整により得られた周波数領域信号である。
位相調整手段202に入力されたのが時間領域信号である場合、上記ステップS401で得られた位相誤差に基づいて、前記入力された時間領域信号に対して補間演算を行って、前記入力された時間領域信号の位相を調整する。ただし、補間アルゴリズムは、分数補間アルゴリズム、例えば、3次ラグランジュ補間アルゴリズムを採用してもよい。ここで、補間アルゴリズムについて具体的に限定しない。
3次ラグランジュ補間アルゴリズムを採用して前記入力された時間領域信号に対して位相調整を行うことは、具体的に、下記の方式を用いる。
Figure 0006317467
ただし、係数は、下記のようになる。
Figure 0006317467
ただし、z[k]がサンプリングポイントf[k]を小数ポインタuを介してk+uの位置に補間して得られたサンプリングポイント値である。128個のサンプリングポイント毎に同一の補間小数ポインタuを用いると、小数ポインタu=mod(2×μ、1)、μが前記位相誤差である。
図5は、本発明の実施例によるクロックリカバリ方法二を模式的に示すフローチャートである。本発明の別の実施例において、上記実施例を最適化する、図5に示すように、ステップS401の後、ステップS403の前に、さらに、下記のステップを含む。ステップS402では、前記位相誤差に対してフィルタリングを行ってフィルタリング後の位相誤差を取得する。
対応的に、ステップS403で前記時間・周波数領域信号を位相調整するのに応用された位相誤差は、ステップS402におけるフィルタリング後の位相誤差である。
以下は、ステップS402のある好適な実現形態を示す。ステップS402は、クロックリカバリ装置におけるタイミング誤差フィルタリング手段203によって実現されてもよい。
本ステップでは、前記タイミング誤差フィルタリング手段203は、ループフィルタ、デジタル制御発振器、減算器を採用して実現されてもよい。図6は、本発明の実施例によるタイミング誤差フィルタリング手段が位相誤差に対してフィルタリングを行う実施構成の模式図である。図6に示すように、具体的な実現形態は、下記のようになる。
まず、減算器が前記位相誤差μとデジタル制御発振器でフィードバックされたフィルタリング後の位相誤差μ1との両者の差分μを算出する。
Figure 0006317467
得られた差分μをループフィルタへ入力する。
次に、ループフィルタが差分μに対してフィルタリング処理を行う。通常は、割合利得と積分利得の2ライン通路で実施する。割合利得通路は、1つの割合利得モジュールk1によって構成され、積分通路は、1つの積分増益モジュールk2と、それに直列接続された積分器(アキュムレータ)とによって構成される。割合利得通路と積分通路の結果を加算してループフィルタの出力として、デジタル制御発振器へ入力する。
最後に、デジタル制御発振器は、1つの積分器(アキュムレータ)であり、フィルタリング後の位相誤差μ1を減算器へフィードバックし、前記位相調整手段202へ出力する。
ステップS402の上記好適な実現形態では、前記位相誤差μに対してフィルタリングを行い、フィルタリング後の位相誤差μ1を取得するため、位相誤差をより正確に推定できるとともに、タイミングおよび周波数オフセットを追跡できる。ステップS403では、前記入力された時間・周波数領域信号に対して補間演算を行うのに応用された位相誤差がステップS402におけるフィルタリング後の位相誤差μ1であるため、入力された時間・周波数領域信号の位相に対してより良好な調整およびリカバリを行うことができる。つまり、サンプリング位置をより良好に調整することができる。
本発明の上記実施例では、現在入力された適応等化係数に基づいて、入力された時間・周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行って等化プリフィルタリング信号を取得し、前記等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された時間・周波数領域信号の位相誤差を取得し、前記位相誤差に基づいて、前記入力された時間・周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間・周波数領域信号に対して適応等化処理を行って新たな適応等化係数を出力する。これにより、更新し続けられている適応等化係数を採用して、入力された時間・周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行うため、クロックの等化プリフィルタリングの効果がより良好になり、さらに入力された時間・周波数領域信号の位相誤差を迅速で正確に抽出でき、入力された時間・周波数領域信号の位相をより良好にリカバリできる。つまり、サンプリング位置をより良好に調整できる。
本発明の実施例は、さらにコンピュータ記憶媒体を提供する。前記コンピュータ記憶媒体は、コンピュータの実行可能な命令を記憶し、前記コンピュータの実行可能な命令は、上述したクロックリカバリ方法を実行するために用いられる。
下記は、具体的な実施例に合わせて、本発明の実施方式を詳細に説明する。
実施例一
図7は、発明の実施例一のクロックリカバリシステムの構造模式図である。本発明の実施例をより明確に説明するために、図7に示すシステムアーキテクチャを例として、図4に示すフローに対応して、クロック位相リカバリ過程を以下に記述する。図7に示すように、当該システムは、クロックリカバリ装置20および適応等化装置21を含む。前記クロックリカバリ装置20は、時間周波数変換手段204、等化プリフィルタリング手段200、タイミング誤差抽出手段201、タイミング誤差フィルタリング手段203および位相調整手段202を備えてもよい。
ステップS400では、時間周波数変換手段204は、第1偏波サブ信号と第2偏波サブ信号とを含む時間領域入力信号を受信した後、2ラインの時間領域信号に対してFFT変換を行って周波数領域信号を取得する。ここで時間周波数変換手段204の出力が位相調整手段202の入力であることを考慮して、時間周波数変換手段204の入力データがある程度のポイント数を畳む必要がある。毎回入力された時間領域信号のサンプリングポイント数が128である場合、32ポイントの畳を選択して、N=160ポイントのFFT変換を行えばよい。
Figure 0006317467
ただし、x(n)が時間領域第1偏波サブ信号であり、y(n)が時間領域第2偏波サブ信号である。時間周波数変換手段204によってFFT変換で得られた2つの偏波状態の周波数領域信号X(k),Y(k)は、等化プリフィルタリング手段200および位相調整手段202へ入力される。
等化プリフィルタリング手段200は、2つの偏波状態の周波数領域信号および現在入力された周波数領域適応等化係数を入力した後、現在入力された適応等化係数に基づいて、入力された周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行う。具体的に、下記の方式を用いる。
Figure 0006317467
ただし、Hxx(k),Hxy(k),Hyx(k),Hyy(k)が周波数領域適応等化係数であり、Kが位相弁別の周波数ポイントインデックスであり、X(k)が周波数領域第1偏波サブ信号であり、Y(k)が周波数領域第2偏波サブ信号であり、Xpd(k),Ypd(k)がクロック等化フィルタリングにより得られた等化プリフィルタリング信号である。得られた等化プリフィルタリング信号は、誤差抽出手段201に入力される。
ステップS401では、前記タイミング誤差抽出手段201が等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された周波数領域信号の位相誤差を取得することは、Godardアルゴリズムを採用してもよい。具体的な実現形態は、下記のようになる。
Figure 0006317467
ただし、Xpd(k),Ypd(k)がクロックの等化プリフィルタリングにより得られた等化プリフィルタリング信号であり、X pd(k),Ypd (k)が等化プリフィルタリング信号の複素共役信号であり、下記の数式に応じてCの位相を算出し、入力された周波数領域信号の位相誤差μになる。
Figure 0006317467
ただし、前記位相誤差μの値の範囲が[0,1]である。前記位相誤差μを位相調整手段202へ入力する。ステップS402では、前記位相誤差μに対してフィルタリングを行い、フィルタリング後の位相誤差μ1を取得する。
ステップS403では、前記フィルタリング後の位相誤差μ1に基づいて、前記周波数領域信号に対して位相調整を行う。具体的に、下記の方式を用いる。下記の数式に応じて、位相調整角度η(k)を取得する。
Figure 0006317467
ただし、μ1 がフィルタリング後の位相誤差であり、位相調整角度η(k)に基づいて、下記の数式により、X(k),Y(k)に対して位相調整を行う。
Figure 0006317467
ただし、X(k)が周波数領域第1偏波サブ信号であり、Y(k)が周波数領域第2偏波サブ信号であり、Xcr(k),Ycr(k)が位相調整により得られた周波数領域信号である。位相調整後の周波数領域信号は、適応等化装置21へ入力される。前記適応等化装置は、適応蝶型フィルタリングを行って、更新後の適応等化係数を出力して、前記等化フィルタリング手段200の入力側へフィードバックする。
説明すべきことは、前記周波数領域信号に対して位相調整を行う過程において、サンプリングポイントの増減が発生するため、サンプリングポイント増減制御信号を適応等化装置へ出力する必要がある。サンプリングポイント増減算出方法は、下記のようになる。現在の位相弁別値μ1をmu1と記し、直前拍の位相弁別値μ1をmu0と記し、mu1とmu0の差分を算出する。
dmu=mu1−mu0
制御信号num_addを算出する。mu1<0.5且つdmu<-0.5である場合、num_addの値が−1になり、mu1≧0.5且つdmu≧0.5である場合、num_addの値が1になる。その他、num_addの値が0になる。num_addが0である場合、データが適応等化装置を介して128個のサンプリングポイントが出力され、num_addが−1である場合、データが適応等化装置を介して126個のサンプリングポイントが出力され、num_addが1である場合、データが適応等化装置を介して130個のサンプリングポイントが出力される。
実施例二
以下は、図8に示すシステムアーキテクチャを例として、図4に示すフローに対応して、クロックリカバリ過程を説明する。図8は、本発明の実施例二のクロックリカバリシステムの構造模式図である。
図8に示すように、当該システムは、クロックリカバリ装置20および適応等化装置21を含む。前記クロックリカバリ装置は、時間周波数変換手段204、等化プリフィルタリング手段200、タイミング誤差抽出手段201、タイミング誤差フィルタリング手段203および位相調整手段202を備えてもよい。ステップS400、ステップS401、ステップS402は、上記実施例一に示されている。
ステップS403では、前記フィルタリング後の位相誤差μ1に基づいて、前記入力された時間領域信号に対して補間演算を行う。具体的に、下記の方式を用いる。3次ラグランジュ補間アルゴリズムを採用すると、具体的は実現形態が下記のようになる。
下記の方式に応じて、前記入力された時間領域信号の位相を調整する。
Figure 0006317467
ただし、係数は、下記のようになる。
Figure 0006317467
ただし、z[k]がサンプリングポイントf[k]を小数ポインタuを介してk+uの位置に補間して得られたサンプリングポイント値であり、128個のサンプリングポイント毎に同一の補間小数ポインタuを用いると、小数ポインタu=mod(2×μ1,1)、μ1は、前記フィルタリング後の位相誤差である。
説明すべきことは、デジタル補間演算の過程において、サンプリングポイント増減が発生するため、サンプリングポイント増減制御信号を適応等化装置へ出力する必要がある。サンプリングポイント増減算出方法は、下記のようになる。現在の位相弁別値μ1をmu1と記し、直前拍の位相弁別値μ1をmu0と記し、mu1とmu0の差分を算出する。
dmu=mu1−mu0
制御信号num_addを算出する。mu1<0.5且つdmu<-0.5である場合、num_addの値が−1になり、mu1≧0.5且つdmu≧0.5である場合、num_addの値が1になり、その他、num_addの値が0になる。
num_addが0である場合、データが適応等化装置を介して128個のサンプリングポイントが出力され、num_addが−1である場合、データが適応等化装置を介して126個のサンプリングポイントが出力され、num_addが1である場合、データが適応等化装置を介して130個のサンプリングポイントが出力される。
好ましくは、補間演算後の時間領域信号を取得した後、補間演算後の時間領域信号に対してサンプリングポイント増減を行い、サンプリングポイント増減後の時間領域信号を前記適応等化装置へ入力して、前記適応等化装置に更新後の適応等化係数を出力させてもよい。
同様な技術思想に基づいて、本発明の実施例は、クロックリカバリ装置、システムをさらに提供する。当該クロックリカバリ装置、システムが問題を解決する仕組みが方法に類似するため、機器の実施は、方法の実施を参照すればよい。ここで繰り返し説明しない。
図9は、本発明の実施例によるクロックリカバリ装置の構造模式図である。図9に示すように、本発明の実施例に供されるクロックリカバリ装置は、順に接続された等化プリフィルタリング手段200、タイミング誤差抽出手段201、位相調整手段202を備えてもよい。
前記等化プリフィルタリング手段200は、現在入力された適応等化係数に基づいて、入力された時間・周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行って、取得した等化プリフィルタリング信号を前記タイミング誤差抽出手段へ入力するように構成される。
前記タイミング誤差抽出手段201は、前記等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された時間・周波数領域信号の位相誤差を取得し、取得した位相誤差を前記位相調整手段へ入力するように構成される。
前記位相調整手段202は、前記位相誤差に基づいて、前記入力された時間・周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間・周波数領域信号に対して適応等化処理を行って新たな適応等化係数を出力し、前記等化プリフィルタリング手段へフィードバックするように構成される。
ただし、前記時間・周波数領域信号は、第1光に応じて偏波される時間・周波数領域第1サブ信号と、第2光に応じて偏波される時間・周波数領域第2サブ信号とを含み、前記時間領域信号は、時間周波数変換により前記周波数領域信号に変換される。前記等化プリフィルタリング手段200は、単偏波システムの有限インパルス応答FIRフィルタあるいは偏波復用システムのFIRフィルタによって実現されてもよい。
以上の機能モジュールの分割方式は、単に本発明の実施例から与えられた1つの好適な実現形態であり、機能モジュールの分割方式は、本発明の制限にならない。
具体的な実施において、前記装置は、さらに、前記タイミング誤差抽出手段と前記位相調整手段との間に接続され、前記位相誤差に対してフィルタリングを行って、フィルタリング後の位相誤差を前記位相調整手段へ入力するように構成されるタイミング誤差フィルタリング手段203を備える。
前記位相調整手段202は、さらに、前記フィルタリング後の位相誤差に基づいて、前記入力された時間・周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間・周波数領域信号に対して適応等化処理を行って新たな適応等化係数を出力するように構成される。ただし、前記タイミング誤差フィルタリング手段203は、ループフィルタ、デジタル発振器、減算器を採用して実現されてもよい。
実際の応用では、前記等化プリフィルタリング手段200、タイミング誤差抽出手段201、位相調整手段202、タイミング誤差フィルタリング手段203がいずれもクロックリカバリ装置内に位置する中央処理装置(CPU、Central Processing Unit)、マイクロプロセッサ(MPU、Micro Processor Unit)、デジタル信号プロセッサ(DSP、Digital Signal Processor)、あるいはフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA、Field Programmable Gate Array)によって実現されてもよく、前記CPU、DSP、FPGAがいずれもクロックリカバリシステムに内蔵されてもい。
本発明は、本発明の実施例の方法、機器(システム)、コンピュータプログラム製品のフローチャートおよび/またはブロック図を参照して記述されたものである。コンピュータプログラム命令にて、フローチャートおよび/またはブロック図における各フローおよび/またはブロック、並びにフローチャートおよび/またはブロック図におけるフローおよび/またはブロックの組み合わせを実現してもよい。これらのコンピュータプログラム命令を汎用コンピュータ、専用コンピュータ、組み込み型処理機器あるいは他のプログラマブルデータ処理機器のプロセッサへ供給してマシンを発生することで、コンピュータあるいは他のプログラマブルデータ処理機器のプロセッサによって実行された命令により、フローチャートにおける1つのフローあるいは複数のフローおよび/またはブロック図における1つのブロックあるいは複数のブロックに指定された機能を実現するための装置を発生する。
これらのコンピュータプログラム命令は、さらに、コンピュータあるいは他のプログラマブルデータ処理機器に特定の方式で稼動させるコンピュータ読取可能なメモリに格納されてもよい。こうして、当該コンピュータ読取可能なメモリに格納された命令は、命令装置を含む制品を発生する。当該命令装置は、フローチャートにおける1つのフローあるいは複数のフローおよび/またはブロック図における1つのブロックあるいは複数のブロックに指定された機能を実現する。
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータあるいは他のプログラマブルデータ処理機器上にロードされ、コンピュータあるいは他のプログラマブル機器上において一連の操作ステップを実行させてコンピュータで実現される処理を発生する。こうして、コンピュータあるいは他のプログラマブル機器上に実行される命令は、フローチャートにおける1つのフローあるいは複数のフローおよび/またはブロック図における1つのブロックあるいは複数のブロックに指定された機能を実現するためのステップを提供する。
本発明の好適な実施例を既に記述したが、当業者は基本的な進歩性の概念が分かれば、これらの実施例に対して他の変更や補正を施すことができる。したがって、添付されたクレームが好適な実施例および本発明の範囲に収まるあらゆる変更と補正を含むことが意図される。
明らかに、当業者は、本発明に対して各種の改良や変形を実行して本発明の精神や範囲から逸脱しないようにことができる。このように、本発明のこれらの改良や変形も本発明のクレームおよびその均等技術の範囲内に収まる場合、本発明もこれらの改良や変形を含むことが意図される。

Claims (14)

  1. 現在入力された適応等化係数に基づいて、入力された時間領域信号又は周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行って等化プリフィルタリング信号を取得するステップと、
    前記等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された時間領域信号又は周波数領域信号の位相誤差を取得するステップと、
    前記位相誤差に基づいて、前記入力された時間領域信号又は周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間領域信号又は周波数領域信号に対して適応等化処理を行って、前記現在入力された適応等化係数に対する新たな適応等化係数を出力し、前記新たな適応等化係数を前記現在入力された適応等化係数とするステップと
    を含むクロックリカバリ方法。
  2. 前記時間領域信号又は周波数領域信号は、第1光に応じて偏波される時間領域第1サブ信号又は周波数領域第1サブ信号と、第2光に応じて偏波される時間領域第2サブ信号又は周波数領域第2サブ信号とを含み、前記時間領域信号は、時間周波数変換により前記周波数領域信号に変換される請求項1に記載のクロックリカバリ方法。
  3. 現在入力された適応等化係数に基づいて、入力された周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行うことは、
    Figure 0006317467
    を満たし、
    xx(k),Hxy(k),Hyx(k),Hyy(k)が周波数領域適応等化係数であり、Kが位相弁別の周波数ポイントインデックスであり、X(k)が周波数領域第1偏波サブ信号であり、Y(k)が周波数領域第2偏波サブ信号であり、Xpd(k),Ypd(k)がクロックの等化プリフィルタリングにより得られた等化プリフィルタリング信号である請求項1に記載のクロックリカバリ方法。
  4. 前記等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された周波数領域信号の位相誤差を取得することは、
    Figure 0006317467
    を満たし、
    pd(k),Ypd(k)がクロックの等化プリフィルタリングにより得られた等化プリフィルタリング信号であり、X* pd(k),Ypd *(k)が等化プリフィルタリング信号の複素共役信号であり、
    Figure 0006317467
    により、Cの位相値を算出し、入力および出力された周波数領域信号の位相誤差μを取得し、
    前記位相誤差μの値の範囲は、 [0,1]である請求項3に記載のクロックリカバリ方法。
  5. 前記位相誤差に基づいて、前記入力された周波数領域信号に対して位相調整を行う際に、
    Figure 0006317467
    により、位相調整角度η(k)を取得し、
    μが前記位相誤差であり、位相調整角度η(k)に基づいて、
    Figure 0006317467
    により、X(k),Y(k)に対して位相調整を行い、
    X(k)が周波数領域第1偏波サブ信号であり、Y(k)が周波数領域第2偏波サブ信号であり、Xcr(k),Ycr(k)が位相調整により得られた周波数領域信号である請求項4に記載のクロックリカバリ方法。
  6. 前記位相誤差に基づいて、前記入力された時間領域信号に対して位相調整を行う際に、
    3次ラグランジュ補間アルゴリズムを採用して前記入力された時間領域信号に対して位相調整を行い、
    Figure 0006317467
    を満たし、
    係数が
    Figure 0006317467
    であり、
    z[k]がサンプリングポイントf[k]を小数ポインタuを介してk+uの位置に補間して得られたサンプリングポイント値であり、もし128個のサンプリングポイント毎に同一の補間用の小数ポインタuを用いる場合、小数ポインタu=mod(2×μ,1)、μが前記位相誤差である請求項4に記載のクロックリカバリ方法。
  7. 前記等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された時間領域信号又は周波数領域信号の位相誤差を取得した後、さらに、
    前記位相誤差に対してフィルタリングを行ってフィルタリング後の位相誤差を取得するステップと、
    前記フィルタリング後の位相誤差に基づいて前記入力された時間領域信号又は周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間領域信号又は周波数領域信号に対して適応等化処理を行って新たな適応等化係数を出力するステップと
    を含む請求項1乃至6のいずれか一項に記載のクロックリカバリ方法。
  8. 順に接続された等化プリフィルタリング手段と、タイミング誤差抽出手段と、位相調整手段とを備え、
    前記等化プリフィルタリング手段は、現在入力された適応等化係数に基づいて、入力された時間領域信号又は周波数領域信号に対してクロックの等化プリフィルタリングを行って、取得した等化プリフィルタリング信号を前記タイミング誤差抽出手段へ入力するように構成され、
    前記タイミング誤差抽出手段は、前記等化プリフィルタリング信号に基づいて、入力された時間領域信号又は周波数領域信号の位相誤差を取得し、取得した位相誤差を前記位相調整手段へ入力するように構成され、
    前記位相調整手段は、前記位相誤差に基づいて、前記入力された時間領域信号又は周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間領域信号又は周波数領域信号に対して適応等化処理を行って、前記現在入力された適応等化係数に対する新たな適応等化係数を出力し、前記等化プリフィルタリング手段へフィードバックするように構成されるクロックリカバリ装置。
  9. 前記時間領域信号又は周波数領域信号は、第1光に応じて偏波される時間領域第1サブ信号又は周波数領域第1サブ信号と、第2光に応じて偏波される時間領域第2サブ信号又は周波数領域第2サブ信号とを含み、前記時間領域信号は、時間周波数変換により前記周波数領域信号に変換される請求項8に記載のクロックリカバリ装置。
  10. 前記タイミング誤差抽出手段と前記位相調整手段との間に接続され、前記位相誤差に対してフィルタリングを行って、フィルタリング後の位相誤差を前記位相調整手段へ入力するように構成されるタイミング誤差フィルタリング手段をさらに備え、
    前記位相調整手段は、さらに、前記フィルタリング後の位相誤差に基づいて前記入力された時間領域信号又は周波数領域信号に対して位相調整を行い、位相調整後の時間領域信号又は周波数領域信号に対して適応等化処理を行って新たな適応等化係数を出力する請求項8または9に記載のクロックリカバリ装置。
  11. 前記タイミング誤差フィルタリング手段は、ループフィルタ、デジタル発振器、減算器を採用して構成され、前記減算器は前記ループフィルタと接続し、前記ループフィルタは前記デジタル発振器と接続する請求項10に記載のクロックリカバリ装置。
  12. 前記等化プリフィルタリング手段は、単偏波システムの有限インパルス応答FIRフィルタ、または偏波多重システムのFIRフィルタを採用して構成される請求項8乃至11の何れか一項に記載のクロックリカバリ装置。
  13. 請求項8乃至12の何れか一項に記載のクロックリカバリ装置、適応等化装置を含み、
    前記クロックリカバリ装置は、位相調整後の時間領域信号又は周波数領域信号を前記適応等化装置へ入力し、
    前記適応等化装置は、位相調整後の時間領域信号又は周波数領域信号に基づいて新たな適応等化係数を出力し、前記クロックリカバリ装置の入力側へフィードバックするクロックリカバリシステム。
  14. 請求項1乃至7の何れか一項に記載のクロックリカバリ方法を実行するために用いられるコンピュータの実行可能な命令を記憶してあるコンピュータ記憶媒体。
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