專(zhuān)利名稱(chēng)：多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信系統(tǒng)中高速并行數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，特別是涉及ー種多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代高速光通信系統(tǒng)中，平滑濾波器是電數(shù)字信號(hào)處理部分極其重要的組成部分，在幀同步，頻率偏移估計(jì)以及光相位噪聲估計(jì)中均需計(jì)算特定窗ロ長(zhǎng)度的移動(dòng)平均值。由于當(dāng)前技術(shù)限制，數(shù)字信號(hào)處理的速度只能達(dá)到幾百M(fèi)Hz，相對(duì)于光傳輸上GHz的傳輸速度，在數(shù)字信號(hào)處理部分必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行并行處理，而傳統(tǒng)的平滑濾波器均在單通道上實(shí)現(xiàn)，若直接移植到并行系統(tǒng)中需要消耗大量的硬件資源
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器及其實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的遞歸算法減少了并行通道之間的計(jì)算量，能夠減少硬件資源消耗和提高運(yùn)行速度。本發(fā)明提供的多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器，它包括通道間累加器、N個(gè)并行通道和ー個(gè)延時(shí)為I的移位寄存器Z_SN為2的正整數(shù)次冪，通道間累加器包括N個(gè)并行輸入端口和N個(gè)并行輸出端ロ，通道間累加器的N個(gè)并行輸出端ロ分別與N個(gè)并行通道相連。在上述技術(shù)方案中，所述N個(gè)并行通道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)并行通道包括ー個(gè)延時(shí)為m的移位寄存器ΖΛ —個(gè)減法器和ー個(gè)加法器，每個(gè)減法器包括ー個(gè)被減數(shù)輸入端ロ、一個(gè)減數(shù)輸入端口和ー個(gè)輸出端ロ，姆個(gè)加法器包括兩個(gè)輸入端口和ー個(gè)輸出端ロ，同ー個(gè)通道中的移位寄存器Z_m的輸入端口和減法器的被減數(shù)輸入端ロ均與通道間累加器的對(duì)應(yīng)輸出端ロ相連，移位寄存器Z_m的輸出端ロ與同一個(gè)通道中的減法器的減數(shù)輸入端ロ相連，減法器的輸出端ロ與同一個(gè)通道中的加法器的一個(gè)輸入端ロ相連，所有通道中的加法器的另ー個(gè)輸入端ロ均與延時(shí)為I的移位寄存器Z—1相連，通道N內(nèi)加法器的輸出端ロ與移位寄存器Z—1相連，通道N內(nèi)加法器的輸出端ロ為多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器的輸出端ロ。在上述多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟=N路輸入信號(hào)Inputl InputN同時(shí)進(jìn)入通道間累加器，計(jì)算所有通道對(duì)應(yīng)的通道間累加和，通道間累加器的每一路輸出信號(hào)與其經(jīng)過(guò)延時(shí)為m的移位寄存器r·的輸出信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算，并將該減法運(yùn)算的結(jié)果輸入下一個(gè)相連的加法器，第I至第N-I路信號(hào)使用其前ー個(gè)周期所對(duì)應(yīng)第N路信號(hào)的濾波器輸出值，計(jì)算本信號(hào)通道所對(duì)應(yīng)的濾波器輸出值。在上述技術(shù)方案中，對(duì)于ー組串行輸入信號(hào)IN(n)，其所對(duì)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的單通道串行輸入平滑濾波器輸出值為
權(quán)利要求
1.一種多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器，其特征在于它包括通道間累加器、N個(gè)并行通道和一個(gè)延時(shí)為I的移位寄存器Z_SN為2的正整數(shù)次冪，通道間累加器包括N個(gè)并行輸入端口和N個(gè)并行輸出端口，通道間累加器的N個(gè)并行輸出端口分別與N個(gè)并行通道相連。
2.如權(quán)利要求I所述的多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器，其特征在于所述N個(gè)并行通道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)并行通道包括一個(gè)延時(shí)為m的移位寄存器ΖΛ—個(gè)減法器和一個(gè)加法器，每個(gè)減法器包括一個(gè)被減數(shù)輸入端口、一個(gè)減數(shù)輸入端口和一個(gè)輸出端口，每個(gè)加法器包括兩個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口，同一個(gè)通道中的移位寄存器f的輸入端口和減法器的被減數(shù)輸入端口均與通道間累加器的對(duì)應(yīng)輸出端口相連，移位寄存器2--的輸出端口與同一個(gè)通道中的減法器的減數(shù)輸入端口相連，減法器的輸出端口與同一個(gè)通道中的加法器的一個(gè)輸入端口相連，所有通道中的加法器的另一個(gè)輸入端口均與延時(shí)為I的移位寄存器τχ相連，通道N內(nèi)加法器的輸出端口與移位寄存器τχ相連，通道N內(nèi)加法器的輸出端口為多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器的輸出端口。
3.基于權(quán)利要求I或2所述的多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于包括以下步驟Ν路輸入信號(hào)Inputl InputN同時(shí)進(jìn)入通道間累加器，計(jì)算所有通道對(duì)應(yīng)的通道間累加和，通道間累加器的每一路輸出信號(hào)與其經(jīng)過(guò)延時(shí)為m的移位寄存器Z_m的輸出信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算，并將該減法運(yùn)算的結(jié)果輸入下一個(gè)相連的加法器，第I至第N-I路信號(hào)使用其前一個(gè)周期所對(duì)應(yīng)第N路信號(hào)的濾波器輸出值，計(jì)算本信號(hào)通道所對(duì)應(yīng)的濾波器輸出值。
4.如權(quán)利要求3所述的多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于對(duì)于一組串行輸入信號(hào)IN(n)，其所對(duì)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的單通道串行輸入平滑濾波器輸出值為
5.如權(quán)利要求4所述的多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述單通道串行輸入平滑濾波器輸出值經(jīng)過(guò)I :Ν串并轉(zhuǎn)換器降低速率之后的信號(hào)為INp (ti； Ci) = IN(Ui-I) · N+Cj) 其中4為表示信號(hào)INp輸出時(shí)刻的正整數(shù)，Ci為表示信號(hào)INp輸出通道序號(hào)的正整數(shù)，Ci取值范圍是I到N。
6.如權(quán)利要求5所述的多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述窗口長(zhǎng)度為并行信號(hào)路數(shù)的整數(shù)倍。
7.如權(quán)利要求6所述的多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于對(duì)于一個(gè)窗口長(zhǎng)度為m · N的平滑濾波器，對(duì)應(yīng)每一個(gè)輸入信號(hào)INp的輸出采用遞歸公式計(jì)算
8.如權(quán)利要求7所述的多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于N路信號(hào)在\時(shí)刻同時(shí)并行輸入平滑濾波器，對(duì)于此時(shí)I N并行通道中的任一通道Ci輸入信號(hào)INpUi^i),其對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)為OUTai, Ci)，信道間累加器計(jì)算同一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)從信道I到所有并行通道c的累加和
9.如權(quán)利要求8所述的多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于輸入信號(hào)S (t，N)與其經(jīng)過(guò)一個(gè)延時(shí)為m的移位寄存器Z_m的輸出信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算，并將該減法運(yùn)算的差輸入下一個(gè)相連的加法器，該加法器的另一端與輸出端口通過(guò)一個(gè)延時(shí)為I的移位寄存器Z—1相連，該加法器的輸出端口為所述遞歸公式中第一項(xiàng)所表示的運(yùn)算，所述遞歸公式中后兩項(xiàng)分別為在h與時(shí)刻對(duì)應(yīng)信道間累加器任一相同通道的輸出值，兩項(xiàng)的差通過(guò)一個(gè)減法器與一個(gè)延時(shí)為m的移位寄存器Z_m來(lái)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多通道并行輸入輸出數(shù)字平滑濾波器及其實(shí)現(xiàn)方法，涉及光通信系統(tǒng)中的高速并行數(shù)字信號(hào)處理，濾波器包括通道間累加器、N個(gè)并行通道和延時(shí)為1的移位寄存器Z-1，通道間累加器包括N個(gè)輸入端口和N個(gè)輸出端口，N個(gè)輸出端口與N個(gè)并行通道相連。實(shí)現(xiàn)方法如下N路信號(hào)進(jìn)入通道間累加器，計(jì)算所有通道的通道間累加和，通道間累加器的每路輸出減去其經(jīng)過(guò)延時(shí)為m的移位寄存器Z-m的信號(hào)，將結(jié)果輸入相連的加法器，第1至N-1路信號(hào)使用其前一個(gè)周期所對(duì)應(yīng)第N路信號(hào)的濾波器輸出值，計(jì)算本通道所對(duì)應(yīng)的濾波器輸出值。本發(fā)明通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的遞歸算法減少了并行通道之間的計(jì)算量，能減少硬件資源消耗和提高運(yùn)行速度。
文檔編號(hào)H03H19/00GK102739196SQ201210247798
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者余少華, 李婕, 楊奇, 潘勇, 肖瀟 申請(qǐng)人:武漢郵電科學(xué)研究院