一种基于查找表的简化自适应信道均衡方法及装置

技术领域

本发明涉及相干光通信系统中的数字信号处理领域，具体涉及一种基于查找表的简化自适应信道均衡方法及装置。

背景技术

随着相干光通信技术的不断发展，高速相干光通信设备已经在骨干网中得到了大规模商用。同时，随着网络业务的快速发展和通信需求的不断更新，在骨干网以外的其他场景中对提高通信速率的需求也在不断增加，如数据中心、接入网等短距离通信场景。相干光通信技术可以充分发挥其高速率的优势，在短距离通信场景中发挥作用。

然而，由于短距离场景对低成本、低功耗方面的更高需求，使得传统复杂的相干光通信技术难以直接应用。传统的相干光通信技术由于较高的系统和算法复杂度，需要依赖复杂的数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)芯片，制约了相干光通信技术在短距离场景中的大规模应用。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于查找表的简化自适应信道均衡方法及装置，能够有效降低接收端DSP的成本和功耗。

为达到以上目的，本发明提供的一种基于查找表的简化自适应信道均衡方法，具体包括以下步骤：

生成输入数据与更新系数进行乘法运算的集合，以输入数据和更新系数为地址，将生成的集合写入存储器；

获取第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的模值，并对模值进行左移位，得到移位后的数值；

将第一级均衡模块X路偏振信号的输入的实部，和移位后的数值作为地址，读取存储器得到读取结果；

根据第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的符号位，对读取结果进行符号补偿。

在上述技术方案的基础上，所述生成输入数据与更新系数进行乘法运算的集合，以输入数据和更新系数为地址，将生成的集合写入存储器，具体步骤包括：

生成输入数据Ein与更新系数F进行乘法运算的集合；

以地址addr＝[Ein,|F|×2

其中，M表示对模值进行左移位时的位数。

在上述技术方案的基础上，所述获取第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的模值，并对模值进行左移位，得到移位后的数值，具体步骤包括：

根据F

将模值|F

其中，F

在上述技术方案的基础上，所述将第一级均衡模块X路偏振信号的输入的实部，和移位后的数值作为地址，读取存储器得到读取结果，具体步骤包括：

以地址addr＝[Einx

在上述技术方案的基础上，所述根据第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的符号位，对读取结果进行符号补偿，具体步骤包括：

根据F

本发明提供的一种基于查找表的简化自适应信道均衡装置，包括：

生成模块，其用于生成输入数据与更新系数进行乘法运算的集合，以输入数据和更新系数为地址，将生成的集合写入存储器；

移位模块，其用于获取第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的模值，并对模值进行左移位，得到移位后的数值；

读取模块，其用于将第一级均衡模块X路偏振信号的输入的实部，和移位后的数值作为地址，读取存储器得到读取结果；

补偿模块，其用于根据第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的符号位，对读取结果进行符号补偿。

在上述技术方案的基础上，所述生成输入数据与更新系数进行乘法运算的集合，以输入数据和更新系数为地址，将生成的集合写入存储器，具体过程包括：

生成输入数据Ein与更新系数F进行乘法运算的集合；

以地址addr＝[Ein,|F|×2

其中，M表示对模值进行左移位时的位数。

在上述技术方案的基础上，所述获取第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的模值，并对模值进行左移位，得到移位后的数值，具体过程包括：

根据F

将模值|F

其中，F

在上述技术方案的基础上，所述将第一级均衡模块X路偏振信号的输入的实部，和移位后的数值作为地址，读取存储器得到读取结果，具体过程包括：

以地址addr＝[Einx

在上述技术方案的基础上，所述根据第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的符号位，对读取结果进行符号补偿，具体过程包括：

根据F

与现有技术相比，本发明的优点在于：针对短距离通信场景所具有的低色散、低偏振模损耗、低非线性效应等特点，对相干光通信系统接收端DSP算法中的自适应信道均衡算法进行了改进，计算模块中无需乘法器参与，仅基于移位器、存储器等简单逻辑单元实现，有效降低接收端DSP的成本和功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统2×2蝶形自适应信道均衡算法的结构框图；

图2为传统2×2蝶形自适应信道均衡算法中N阶复数计算模块的结构框图；

图3为N阶复数计算模块中复数乘法器的结构框图；

图4为本发明的基于查找表的运算模块结构框图；

图5为8bit乘法运算的查找表数值；

图6为本发明一种基于查找表的简化自适应信道均衡方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明的目的在于提供一种基于查找表的简化自适应信道均衡方法，适用于相干光通信系统，主要针对短距离通信场景所具有的低色散、低偏振模损耗、低非线性效应等特点，对相干光通信系统接收端DSP算法中的自适应信道均衡算法进行改进。

传统的自适应信道均衡算法采用基于复数乘法器的2×2多入多出(MultipleInput Multiple Output，MIMO)的蝶形算法结构。

参见图1所示，为传统2×2蝶形自适应信道均衡算法的结构框图，由4个N阶复数计算模块组成，图2为该N阶复数计算模块的结构框图。Einx表示X路偏振的输入端复数信号，Einy表示Y路偏振的输入端复数信号，F

本发明的基于查找表的简化自适应信道均衡方法，在结构上与传统2×2蝶形自适应信道均衡算法一致，基于其更新系数F的取值范围一般在0～±1以内的特点，使用移位器和存储器替换原有的复数乘法器(本发明给出的是以4个实数乘法器组成1个复数乘法器的情况，由3个实数乘法器组成1个复数乘法器的情况同理)，减少DSP中乘法器的使用数量，以降低接收端功耗和成本。

在2×2蝶形自适应信道均衡算法中，数据的计算公式如下：

其中，Einx表示X路偏振信号的输入，Einy表示Y路偏振信号的输入，Eoutx表示X路偏振信号的输出，Eouty表示Y路偏振信号的输出，F是均衡模块的更新系数，右上角小标表示偏振态输入输出方向，其中F

系数F的更新可以根据实际情况采用恒模算法(ContantModulus Algorithm，CMA)、最小均方算法(LeastMeanSquare，LMS)或其他改进型算法。以CMA算法为例，误差计算可表示为：

ε

对应的系数更新公式为：

F

F

F

F

其中，ε表示误差值，μ是一个微小常量，一般取值范围为1～10

在执行数据的计算公式中系数F与输入数据Ein的复数乘法时，按照图4所示的运算模块执行。

对于一个N阶2×2蝶形自适应均衡模块来说，每一路计算都需要消耗N个复数乘法器，四路总共消耗4N个复数乘法器。图3是复数乘法器的结构框图(本发明给出的是以4个实数乘法器组成1个复数乘法器的情况，由3个实数乘法器组成1个复数乘法器的情况同理)。由于乘法器是一种较为稀缺的硬件资源，相比加法器或比较器等其他算法资源实现难度更大，因此乘法器数量较多的芯片成本也会更高。同时大量的乘法器使用会造成芯片功耗的增加，不利于高速相干光通信技术在短距离场景开展应用。

数据Ein和更新系数F乘法运算的结果可以放在查找表中，然后读取查找表得到乘法运算的结果，避免进行乘法操作。由于算法模块中参与乘法运算的Ein是ADC采样的数字信号，而系数F一般在0～±1以内，可以先取模值|F|并将其左移M位，得到其参与乘法运算的整数数值，待得到乘法运算结果后，再将结果右移M位，加上符号位得到最终结果。

图4为针对自适应滤波器的这一特点提出的简化运算模块结构框图，基于移位器、存储器等简单逻辑单元来实现，省略自适应信道均衡算法中的乘法器，以达到降低复杂度的目的。

参见图6所示，以下以Einx

S1：生成输入数据与更新系数进行乘法运算的集合，以输入数据和更新系数为地址，将生成的集合写入存储器；输入数据为均衡模块偏振信号的输入。

本发明中，生成输入数据与更新系数进行乘法运算的集合，以输入数据和更新系数为地址，将生成的集合写入存储器，具体步骤包括：

S101：生成输入数据Ein与更新系数F进行乘法运算的集合；

S102：以地址addr＝[Ein,|F|×2

其中，M表示对模值进行左移位时的位数。

需要说明的是，M值的大小决定了移位运算模块的精度，M越大精度越高。从实际测试结果来看，对于QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控)调制格式M的取值应在6以上。图5所示为8bit乘法运算的查找表数值。

S2：获取第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的模值，并对模值进行左移位，得到移位后的数值；

本发明中，获取第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的模值，并对模值进行左移位，得到移位后的数值，具体步骤包括：

S201：根据F

S202：将模值|F

其中，F

S3：将第一级均衡模块X路偏振信号的输入的实部，和移位后的数值作为地址，读取存储器得到读取结果；

本发明中，将第一级均衡模块X路偏振信号的输入的实部，和移位后的数值作为地址，读取存储器得到读取结果，具体步骤包括：

以地址addr＝[Einx

S4：根据第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的符号位，对读取结果进行符号补偿。

本发明中，根据第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的符号位，对读取结果进行符号补偿，具体步骤包括：

根据F

本发明实施例的基于查找表的简化自适应信道均衡方法，计算模块中无需乘法器参与，仅基于移位器、存储器等简单逻辑单元实现。而现有技术为N阶复数2×2蝶形结构，需要4N个复数乘法器，在高速相干光通信系统中N的取值较大，因此大量的乘法器资源消耗在自适应信道均衡模块中，也使得DSP功耗较高。然而在短距离相干光通信中，色散、偏振模损耗、偏振模色散等信道损伤较小，因此可以通过这种方式来降低接收端DSP的成本和功耗。

本发明实施例提供的一种基于查找表的简化自适应信道均衡装置，包括生成模块、移位模块、读取模块和补偿模块。

生成模块用于生成输入数据与更新系数进行乘法运算的集合，以输入数据和更新系数为地址，将生成的集合写入存储器；移位模块用于获取第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的模值，并对模值进行左移位，得到移位后的数值；读取模块用于将第一级均衡模块X路偏振信号的输入的实部，和移位后的数值作为地址，读取存储器得到读取结果；补偿模块用于根据第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的符号位，对读取结果进行符号补偿。

本发明中，生成输入数据与更新系数进行乘法运算的集合，以输入数据和更新系数为地址，将生成的集合写入存储器，具体过程包括：

生成输入数据Ein与更新系数F进行乘法运算的集合；

以地址addr＝[Ein,|F|×2

其中，M表示对模值进行左移位时的位数。

本发明中，获取第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的模值，并对模值进行左移位，得到移位后的数值，具体过程包括：

根据F

将模值|F

其中，F

本发明中，将第一级均衡模块X路偏振信号的输入的实部，和移位后的数值作为地址，读取存储器得到读取结果，具体过程包括：

以地址addr＝[Einx

本发明中，根据第一级均衡模块X偏振输入信号到X偏振输出信号的系数的实部的符号位，对读取结果进行符号补偿，具体过程包括：

根据F

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。