CN102684793B

CN102684793B - 一种色散补偿方法及装置

Info

Publication number: CN102684793B
Application number: CN201110054415.3A
Authority: CN
Inventors: 付生猛; 钟德刚; 桑红石; 王文
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd; Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd; Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2031-03-08
Also published as: CN102684793A

Abstract

本发明公开了一种色散补偿方法，包括：接收来自光网络单元的突发数据，所述突发数据包括前导码以及信息数据；根据突发数据中的前导码确定对信息数据进行均衡计算的权值组；使用所述权值组对所述信息数据进行均衡计算，并根据均衡计算结果得到色散补偿输出。本发明实施例还提供了一种色散补偿装置，该方法及装置能够降低实现成本。

Description

一种色散补偿方法及装置

技术领域

本发明涉及色散补偿技术，尤其涉及一种无源光网络的色散补偿方法及装置。

背景技术

当前随着信息量的剧增和应用需求的增长，10GPON网络逐渐成为接入网的主要应用，对于10GPON网络技术的研究也受到研究者、运营商和设备商的关注。

10GPON的链路层系统的拓扑结构如图1所示，10GPON网络连接核心主干网和驻地网。其中，光线路终端(OLT)为靠近核心主干网的光链路终端，也称中心局端；光网络单元(ONU)直接连接驻地网，靠近用户端。

如图1所示，10GPON网络的下行传输中，由OLT发出信号，通过公共光纤传输给功率分配器(Splitter)，功率分配器将所述信号分成N个信号，分别通过光纤线路传输给每个ONU。10GPON网络的上行传输中，则由每个ONU按一定时序要求发送突发数据包，所述突发数据包发送到功率耦合器后，由功率耦合器将接收到的信号耦合成一路信号，经过公共光纤传输给OLT。

10GPON标准定义10G上行波长为1260～1330nm，传输距离达到20km，接收端信号误码率BER要低于1E-12。在这个要求下进行上行传输时，链路中的色散成为PON网络的主要限制因素。

为了降低色散对PON网络上行传输信号的影响，当前的做法是通过使用外部调制(比如电吸收调制器EAM)的窄谱线宽的分布反馈式DFB激光器来解决。这种做法需要在发射端使用一个半导体光放大器SOA用来减轻EAM的插入损耗。但是，在每一个ONU端都采用一个窄线宽DFB激光器、一个EAM调制器和一个SOA，成本非常高，不利于10GPON网络业务的发展。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，提供一种色散补偿方法及装置，能够降低实现成本。

为此，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供一种无源光网络的色散补偿方法，包括：

接收来自光网络单元的突发数据，所述突发数据包括前导码以及信息数据；

根据突发数据中的前导码确定对信息数据进行均衡计算的权值组；

使用所述权值组对所述信息数据进行均衡计算，并根据均衡计算结果得到色散补偿输出。

本发明实施例还提供一种色散补偿装置，包括：

接收单元，用于接收来自光网络单元的突发数据，所述突发数据包括前导码以及信息数据；

第一计算单元，用于根据突发数据中的前导码确定对信息数据进行均衡计算的权值组；

第二计算单元，用于使用所述权值组对所述信息数据进行均衡计算，并根据均衡计算结果得到色散补偿输出。

对于上述技术方案的技术效果分析如下：

根据突发数据中的前导码确定对信息数据进行均衡计算的权值组，进而进行均衡计算，从而实现了对接收到的突发数据的色散补偿；而且，在该方法中，只需要在OLT一侧进行相应的处理即可，无需再每个ONU上设置一个窄线宽DFB激光器、一个EAM调制器和一个SOA，从而降低了实现成本。

附图说明

图1为10GPON网络结构以及上下行传输示意图；

图2为本发明实施例一种色散补偿方法流程示意图；

图3为本发明实施例另一种色散补偿方法流程示意图；

图4为本发明实施例一种DFE均衡器的实现结构示意图；

图5为本发明实施例BVSLMS算法流程示意图；

图6为本发明实施例BVSLMS算法变步长收敛曲线示意图；

图7为本发明实施例色散补偿装置结构示意图；

图8为本发明实施例色散补偿装置中一个单元的实现结构示意图。

具体实施方式

以下，结合附图详细说明本发明实施例色散补偿方法及装置的实现。

本发明实施例提供的色散补偿方法及装置可以应用在如图1所示的10GPON系统的结构示意图。比如，在所述10GPON系统中，光线路终端OLT可以接收来自光网络单元ONU的上行突发数据，并根据本发明实施例提供的色散补偿方法，对所述上行突发数据进行色散补偿。

图2为本发明实施例色散补偿方法流程示意图，如图2所示，该方法包括：

步骤201：接收突发数据，所述突发数据包括：前导码以及信息数据；

步骤202：根据突发数据中的前导码确定对信息数据进行均衡计算的权值组；

步骤203：使用所述权值组对所述信息数据进行均衡计算。

在均衡计算之后，根据均衡计算结果便可以得到色散补偿输出，比如电色散补偿(ElectronicDispersionCompensator，EDC)输出。

图2所示的色散补偿方法中，根据突发数据中的前导码确定对信息数据进行均衡计算的权值组，进而进行均衡计算，从而实现了对接收到的突发数据的色散补偿；而且，在该方法中，只需要在OLT一侧进行相应的处理即可，无需在每个ONU上设置一个窄线宽DFB激光器、一个EAM调制器和一个SOA，从而降低了实现成本。

在图2的基础上，通过图3对本发明实施例色散补偿方法进行更为详细的说明。如图3所示，本发明实施例色散补偿方法包括如下步骤：

步骤301：OLT接收突发数据，对均衡器的输入向量以及权值组进行初始化；

所述对均衡器的输入向量进行初始化是指：对输入向量进行复位初始化。

另外，在对权值组进行初始化时，既可以进行继承初始化，也可以进行复位初始化，所述对权值组进行继承初始化也即是：将对前一次突发数据的信息数据进行均衡计算的权值组作为初始的权值组；所述对权值组进行复位初始化也即是：预设权值组的初始值，将预设的权值组的初始值作为初始的权值组。

步骤302：将接收到的突发数据转化为均衡器的输入向量，确定当前的权值组。

其中，突发数据包括：前导码以及信息数据；而前导码以及信息数据之间通过分界符进行分界。

其中，将突发数据转化为均衡器的输入向量时，需要将前导码和信息数据分别转化为输入向量。

具体的，本步骤的实现为：使用均衡器的延时单元将接收到的突发数据转换为均衡器各个抽头的输入信号，而同一时刻的各个抽头输入信号为一组输入向量。

步骤303：均衡器根据所述输入向量以及权值组进行均衡计算，得到该输入向量对应的均衡值。

其中，所述均衡器可以为：不同抽头数的DFE均衡器，或者FFE均衡器等，这里并不限定。

其中，DFE均衡器可以使用如图4所示的结构实现，具体的，为DFE判决反馈均衡器。其中，采用DFE判决反馈均衡器对PON网络上的线性色散以及非线性色散都可以进行比较好的补偿。

步骤304：根据预设的输入字符集对所述均衡值进行判决，得到均衡值对应的输入字符。

其中，输入字符集由编码格式决定，在本系统中编码为0，1编码，因此，输入字符集为{0，1}。进行判决时，是将均衡的结果与输入字符集对比，将最接近于均衡结果的字符作为判决的结果，从而将输入向量对应的均衡值转变成为和接收到的突发数据的信号同类型的数据。

步骤305：判断突发数据中的分界符是否到来，如果是，执行步骤309；否则，执行步骤306。

其中，本发明实施例中是利用突发数据中的前导码进行训练，而在突发数据中，前导码之后为分界符，分界符之后为突发数据中要传输的信息数据。因此，本步骤中通过判断分界符是否到来，可以判断是否还存在前导码需要进行均衡值计算，也即判断前导码是否训练完毕。

步骤306：根据所述输入字符与预设参数数值之间的误差计算得到新的权值组。

其中，本步骤中计算新的权值组的方法可以称为BVSLMS算法，本发明实施例中的BVSLMS算法是一种基于均方误差(MSE)和瞬时平方(ISV)的最陡下降算法，并对最陡下降算法提出一个优化函数，即变步长处理，来提高算法的收敛速度，从而实现加权系数的快速收敛，同时保证短的处理时间和低的硬件实现复杂度。本发明实施例中的BVSLMS算法可以通过以下公式(1)～(3)实现：

x(0)＝[00...0]T，w(0)＝weightInitial，step(0)＝stepMax；

e(k)＝d(k)-y(k)＝d(k)-xT(k)·w(k)；(1)

step(k+1)＝step(k)*α+stepFix*β；(2)

w(k+1)＝w(k)+2*step(k+1)*e(k)*x(k)；(3)

也即：在初始化部分，x(0)为均衡器的初始输入向量，w(0)为均衡器的初始权值系数组，step(0)为变步长的初始步长；x(k)为均衡器第k次迭代时的输入向量，w(k)为均衡器第k次迭代时的加权系数组，y(k)为第k次迭代的加权输出，d(k)为对应的训练参考信号，e(k)为均衡误差。公式(1)为均衡器输出y(k)计算和误差计算公式；公式(2)为变步长计算，步长随迭代而进行更新变化，式中α，β为两个控制参数，控制收敛速度和收敛稳定步长；公式(3)为加权系数更新公式，对加权系数组进行迭代更新。

BVSLMS算法在传统的LMS算法的基础之上增加了2次乘法和1次加法运算，计算复杂度和硬件复杂度很低。

BVSLMS算法流程可以通过图5所示的流程图实现，其中，IterationLoop模块(501)为BVSLMS算法的主要控制循环，即迭代运算的处理详细过程。图5所示算法流程中，Burst-ModeVariableStep模块(502)为算法的核心部分-变步长计算与迭代部分。变步长部分控制步长从大的初始步长通过迭代计算逐渐收敛于小的最终稳定步长。如图5所示，在BVSLMS算法中，变步长部分完全可以独立于均衡计算，不影响色散补偿的均衡处理，使BVSLMS算法的处理时间更短；而且，由图5可以看出，BVSLMS算法的变步长部分与算法的输出部分并行进行，不影响信号的处理时间，信号的处理短，适合于高速、实时应用。

其中，最陡下降算法的收敛速度衡量公式如公式(4)所示。

v(k+1)＝v(0)(I-2μ(0)λ_min)(I-2μ(1)λ_min)·...·(I-2μ(k+1)λ_min)(4)

BVSLMS算法是基于最陡下降算法，收敛速度也可以用公式(4)来衡量。公式(4)中v(k)为误差量。根据收敛速度公式(4)所示，当步长越大，收敛速度就越快。本发明实施例中的BVSLMS算法提出了一种优化函数实现变步长控制来改善算法的收敛速度，如图6中BVSLMS算法的变步长过程所示，长虚线的曲线为变步长曲线，短虚线的曲线为最终稳定步长曲线，实线曲线为大部长区和小的稳定步长区的一个分界线。在迭代运算的前期，步长处于大步长区，步长远大于最终的稳定步长。由收敛速度公式可知，BVSLMS算法能够大幅加快收敛速度，实现快速地收敛。而最终步长进入稳定步长区，稳定步长采用较小步长，保证最终权值和理想权值之间有较小的偏差，保证较小的残留误差。

步骤307：对所述新的权值组进行迭代平滑处理，得到平滑后的权值组；

针对对突发数据的前导码进行训练阶段的权值更新收敛过程中，由于噪声等影响导致权值在收敛后依然有较大的波动问题，本发明实施例在进行权值组更新后，还可以进一步进行迭代平滑处理，得到平滑后的权值组。具体的，所述迭代平滑处理可以通过以下的公式实现：

weihtFinal(0)＝weightInitial；

weightFinal(k)＝smoothFactor*weightFinal(k-1)+(1-smoothFactor)*w(k)；(5)

其中，weightFinal(0)为最终权值初始向量；weightFinal(k)为第k次迭代时的平滑后的最终权值向量，w(k)为第k次迭代时更新得到的加权系数组，smoothFactor为平滑系数，决定平滑力度；smoothFactor取值为[0，1)，平滑系数越接近于1，平滑力度越大，最终权值的波动越小。优选地，参考取值smoothFactor＝0.97。

其中，步骤307为可选步骤，该步骤可以省略，或者，也可以替换为例如局部平均平滑处理等，这里并不限制。

其中，对所述新的权值组进行局部平均平滑处理可以包括：

使用公式weightFinal(k)＝(w(k-3)+w(k-2)+w(k-1)+w(k))/4来进行所述局部平均平滑处理；

其中，weightFinal(0)为最终权值初始向量，weightFinal(k)为第k次迭代时的平滑后的最终权值向量，w(k)为第k次迭代时更新得到的加权系数组。

步骤308：将平滑后的权值组替代当前的权值组，返回步骤302，继续进行下一个输入向量的均衡处理。

也即：将平滑后的权值组作为下一个输入向量对应的权值组，返回步骤303开始进行下一个输入向量的均衡计算；直到前导码转化得到的输入向量处理完毕，从而得到最终的权值组，执行步骤309。

步骤309：将当前输入向量对应的权值组作为最终权值组，根据所述最终权值组进行突发数据中信息数据的均衡计算，得到信息数据对应的EDC输出；对突发数据的EDC处理结束。

其中，本步骤中的所述权值组也即为前导码转换得到的最后一个输入向量所对应的权值组；

或者，在实际应用中，也可以对当前权值组进行平滑处理，如迭代平滑处理或者局部平均平滑处理后，将平滑后的权值组作为所述最终权值组，进行突发数据中信息数据的均衡计算。

这里，对信息数据进行均衡计算，也即是：将信息数据转换为均衡器的输入向量，由均衡器使用所述最终权值组分别计算每个输入向量的均衡值，再分别将所述均衡值转换为输入字符，得到信息数据对应的EDC输出信号。

这里所使用的均衡器与步骤303中所使用的均衡器一般相同。

与以上的色散补偿方法相对应的，本发明实施例还提供一种色散补偿装置，如图7所述，该装置可以包括：

接收单元710，用于接收突发数据，所述突发数据包括：前导码以及信息数据；

第一计算单元720，用于根据突发数据中的前导码确定对信息数据进行均衡计算的权值组；

第二计算单元730，用于使用所述权值组对所述信息数据进行均衡计算，并根据均衡计算结果得到色散补偿输出。

优选地，如图8所示，所述第一计算单元720包括：

第一转换子单元810，用于将突发数据的前导码转换为均衡器的输入向量，并且确定所述输入向量对应的权值组；

计算子单元820，用于根据所述输入向量以及输入向量对应的权值组，计算输入向量对应的均衡值；

第二转换子单元830，用于将所述均衡值转换为输入字符；

第一判断子单元840，用于判断还存在前导码需要均衡值计算时，根据所述输入字符与预设参数数值之间的误差计算得到新的权值组；

控制子单元850，用于将所述新的权值组作为前导码所转换的下一个输入向量对应的权值组，控制计算子单元进行下一个输入向量的均衡计算；

第二判断子单元860，用于判断不存在前导码需要均衡值计算时，根据当前输入向量所对应的权值组确定对信息数据进行均衡计算的权值组。

具体的，第二判断子单元860可以用于：判断不存在前导码需要均衡值计算时，将当前输入向量所对应的权值组作为对信息数据进行均衡计算的权值组；或者，具体用于：判断不存在前导码需要均衡值计算时，对当前输入向量进行平滑处理，将平滑后得到的权值组作为对信息数据进行均衡计算的权值组。所述平滑处理可以包括：迭代平滑处理，或者，局部平均平滑处理等。

另外，如图8所示，第一计算单元还可以包括：

第一平滑处理子单元870，用于对所述新的权值组进行迭代平滑处理；

或者，所述第一平滑处理子单元870还可以替换为：第二平滑处理子单元，用于对所述新的权值组进行局部平均平滑处理。

其中，计算子单元通过DFE均衡器或者FFE均衡器实现。

图7和8所示的色散补偿装置中，根据突发数据中的前导码确定对信息数据进行均衡计算的权值组，进而进行均衡计算，从而实现了对接收到的突发数据的色散补偿；而且，在该方法中，只需要在OLT一侧进行相应的处理即可，无需在每个ONU上设置一个窄线宽DFB激光器、一个EAM调制器和一个SOA，从而降低了实现成本。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的方法的过程可以通过程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于可读取存储介质中，该程序在执行时执行上述方法中的对应步骤。所述的存储介质可以如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种无源光网络的色散补偿方法，其特征在于，包括：

根据所述突发数据中的前导码确定对信息数据进行均衡计算的权值组；

使用所述权值组对所述信息数据进行均衡计算，并根据均衡计算结果得到色散补偿输出；

所述根据所述突发数据中的前导码确定对信息数据进行均衡计算的权值组包括：

将突发数据的前导码转换为均衡器的输入向量，并且确定所述输入向量对应的权值组；

根据所述输入向量以及输入向量对应的权值组，使用均衡器计算输入向量对应的均衡值；

将所述均衡值转换为输入字符；

在判断出还存在前导码需要均衡值计算时，根据所述输入字符与预设参数数值之间的误差计算得到新的权值组，将所述新的权值组作为前导码所转换的下一个输入向量对应的权值组，返回所述根据所述输入向量以及输入向量对应的权值组，使用均衡器计算输入向量对应的均衡值的均衡计算步骤；

在判断出不存在前导码需要均衡值计算时，根据当前输入向量所对应的权值组确定对信息数据进行均衡计算的权值组。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前输入向量所对应的权值组确定对信息数据进行均衡计算的权值组包括：

以当前输入向量所对应的权值组作为对信息数据进行均衡计算的权值组；或者，

对当前输入向量所对应的权值组进行平滑处理，将平滑处理后的权值组作为最终权值组。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述输入字符与预设参数数值之间的误差计算得到新的权值组包括：

使用以下公式计算得到新的权值组：

e(k)＝d(k)-y(k)＝d(k)-x^T(k)·w(k)；

step(k+1)＝step(k)*α+stepFix*β；

w(k+1)＝w(k)+2*step(k+1)*e(k)*x(k)；

其中，x(0)为均衡器的初始输入向量，w(0)为均衡器的初始权值组，step(0)为变步长的初始步长；x(k)为均衡器第k次迭代时的输入向量；w(k)为均衡器第k次迭代时的加权系数组，y(k)为第k次迭代的加权输出，d(k)为对应的训练参考信号，e(k)为均衡误差，α,β为两个控制参数，控制收敛速度和收敛稳定步长。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述新的权值组作为前导码所转换的下一个输入向量对应的权值组之前还包括：

对所述新的权值组进行迭代平滑处理；或者，

对所述新的权值组进行局部平均平滑处理。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述新的权值组进行迭代平滑处理包括：

使用以下公式来进行所述迭代平滑处理：

weightFinal(k)＝smoothFactor*weightFinal(k-1)+(1–smoothFactor)*w(k)；

其中，weightFinal(0)为最终权值初始向量，weightFinal(k)为第k次迭代时的平滑后的最终权值向量，w(k)为第k次迭代时更新得到的加权系数组，smoothFactor为平滑系数。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述新的权值组进行局部平均平滑处理包括：

使用以下公式来进行所述局部平均平滑处理：

weightFinal(k)＝(w(k-3)+w(k-2)+w(k-1)+w(k))/4；

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述均衡器的初始权值组的确定方法为：

将对前一次突发数据的信息数据进行均衡计算的权值组作为所述初始权值组；或者，

将预设的权值组作为所述初始权值组。

8.一种色散补偿装置，其特征在于，包括：

第一计算单元，用于根据所述突发数据中的前导码确定对信息数据进行均衡计算的权值组；

第二计算单元，用于使用所述权值组对所述信息数据进行均衡计算，并根据均衡计算结果得到色散补偿输出；

所述第一计算单元包括：

第一转换子单元，用于将突发数据的前导码转换为均衡器的输入向量，并且确定所述输入向量对应的权值组；

计算子单元，用于根据所述输入向量以及输入向量对应的权值组，计算输入向量对应的均衡值；

第二转换子单元，用于将所述均衡值转换为输入字符；

第一判断子单元，用于判断还存在前导码需要均衡值计算时，根据所述输入字符与预设参数数值之间的误差计算得到新的权值组；将所述新的权值组作为前导码所转换的下一个输入向量对应的权值组，控制计算子单元进行下一个输入向量的均衡计算；

第二判断子单元，用于判断不存在前导码需要均衡值计算时，根据当前输入向量所对应的权值组确定对信息数据进行均衡计算的权值组。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，第一计算单元还包括：

第一平滑处理子单元，用于在将所述新的权值组作为前导码所转换的下一个输入向量对应的权值组之前对所述新的权值组进行迭代平滑处理；或者，

第二平滑处理子单元，用于在将所述新的权值组作为前导码所转换的下一个输入向量对应的权值组之前对所述新的权值组进行局部平均平滑处理。