CN107431675B - 一种非线性补偿的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种非线性补偿方法和装置,用以降低进行三阶或三阶以上非线性补偿所消耗的资源。该方法包括:根据输入的符号序列计算k阶非线性项的值,其中,k为非零自然数;根据输入的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值,或者根据输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘来计算m阶非线性项的值;其中,m为非零自然数,m不小于N,k小于N,N为非零自然数;根据补偿后的符号序列、各阶非线性项的值以及参考序列,计算各阶非线性项的抽头系数;根据每个非线性项的值及该非线性项的抽头系数,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,特别涉及一种非线性补偿的方法和装置。
背景技术
大容量和低成本是应用在城域和接入网络的短距传送系统的关键因素,强度调制直接检测(IM-DD,Intensity Modulation-Direct Detection)技术由于其简单的结构及很低的成本成为主要候选之一。IM-DD光传送系统如图1所示,在发送信号时,信号经过调制编码单元、数模转换器、光发射次模块、光放处理后,通过光纤发送到接收端,在就接收信号时,通过光线接收到的信号经过光放、光接收次模块、模数转换器、时钟恢复、非线性补偿单元、以及其他解调解码单元处理。
IM-DD短距离光传送系统中,非线性畸变是一种固有损伤,成为提升性能的主要瓶颈。该系统中非线性畸变主要由两个因素导致,包括传输色度色散和直接检测接收机平方检波共同作用导致的非线性以及发端和收端调制曲线本身的非线性。非线性畸变由IM-DD光传送系统中的数字信号处理单元中的非线性补偿单元来校正。
目前,非线性补偿通常采用如图2所示结构实现,包括非线性滤波单元、误差计算单元以及抽头系数计算单元。其中,误差计算单元用于计算补偿后的符号序列yn与理想值间的偏差;而抽头系数计算单元用于计算非线性滤波单元中的抽头系数,一般采用最小均方差(LMS,Least Mean Square)/递归最小二乘法(RLS,Recursive-Least-Squares)等算法实现。非线性滤波单元用于完成非线性补偿,根据输入的符号序列xn输出补偿后的符号序列yn,通常的非线性滤波器可用数学表达式表示为:
其中,ck、cl,k和cl,k,p为非线性项的权重,即抽头系数。
非线性滤波器的逻辑实现结构如图3所示,图3中仅给出了一阶非线性项和二阶非线性项。其中,c表示抽头系数,Z-1表示将输入的符号序列xn延迟一个符号周期,表示相乘操作,表示增益,增益值为右上角的值,表示相加操作。
由于三阶及三阶以上的非线性补偿结构中,需要将输入的符号序列延迟三个符号周期甚至更多的符号周期,这需要进行更多的缓存,并且,在进行三阶以及三阶以上的非线性项时需要进行大量的运算,而在大速率的传送系统中,由于传输速率高,对信号的处理速率也要与传输速率相匹配,因此,在大速率的传送系统中,三阶以及三阶以上的非线性补偿是难以实现的,或者说要消耗更多的资源才能够实现。
综上所述,在大速率的IM-DD传送系统中,采用现有的非线性补偿结构进行三阶或者三阶以上的非线性补偿时,由于要进行更多的缓存以及大量的运算,因此,要消耗更多的资源才能够实现。
发明内容
本发明实施例提供了一种非线性补偿方法和装置,用以降低进行三阶或三阶以上非线性补偿所消耗的资源。
第一方面,提供一种非线性补偿方法,包括:根据输入的符号序列计算k阶非线性项的值,其中,k为非零自然数;
根据输入的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值,或者根据输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘来计算m阶非线性项的值;其中,m为非零自然数,m不小于N,k小于N,N为非零自然数;
根据补偿后的符号序列、各阶非线性项的值以及参考序列,计算各阶非线性项的抽头系数;
根据每个非线性项的值及该非线性项的抽头系数,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列。
结合第一方面,在第一种可能的实现方式中,根据输入的符号序列计算k阶非线性项的值,具体包括:
采用输入的符号序列,或者输入的符号序列延迟后的符号序列,或者输入的符号序列与所述延迟后的符号序列相乘来计算k阶非线性项的值;
根据输入的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值,具体包括:
采用输入的符号序列的绝对值,或者所述延迟后的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值;
根据输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘来计算m阶非线性项的值,具体包括:
采用输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者
采用输入的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者
采用所述延迟后的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者
采用所述延迟后的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算m阶非线性项的值。
结合第一方面的第一种可能的实现方式,在第二种可能的实现方式中,采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的k阶非线性项中偶数次的最高阶的非线性项的阶数为l,则采用输入的符号序列的绝对值或者采用所述延迟后的符号序列的绝对值来计算的m阶非线性项中的最低阶非线性项,等价于采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的l+2阶非线性项,l为自然数。
结合第一方面的第一种可能的实现方式,在第三种可能的实现方式中,采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的k阶非线性项中奇数次的最高阶的非线性项的阶数为n,则采用输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘或者采用输入的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算的m阶非线性项中的最低阶非线性项,等价于采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算n+2阶非线性项,n为自然数。
结合第一方面的第一种可能的实现方式,在第四种可能的实现方式中,采用第一符号序列与第二符号序列相乘计算的第一类非线性项中的第一符号序列的乘方的次数p在第一类非线性项中最高、且为偶数时,则采用所述第一符号序列的绝对值与所述第二符号序列相乘计算的第二类非线性项中的所述第一符号序列的绝对值等价于所述第一符号序列的p+2次方;所述第一符号序列与所述第二符号序列为不同符号周期时的输入的符号序列;
其中,p为自然数,所述第一类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数相等,所述第二类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数与所述第一类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数相等。
结合第一方面,在第五种可能的实现方式中,所述方法还包括:
将非线性项中除了绝对值符号以外完全相同的至少两个非线性项的抽头系数进行各种可能的加减法组合运算,得到合并后的抽头系数以及合并时用到的加减法符号的组合顺序;其中,在所述至少两个非线性项的抽头系数进行各种可能的加减法组合运算时,不包含绝对值符号的非线性项的抽头系数为被加数或者为被减数;
并在合并时用到的加减法符号的组合顺序中的每个运算符号,与和所述运算符号相邻且位于所述运算符号之后的抽头系数所对应的非线性项中的绝对值符号内的符号序列的正负号相同时,选择采用由该加减法符号的组合顺序合并得到的非线性项抽头系数;
根据每个非线性项的值及该非线性项的抽头系数,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列,具体包括:
根据选择出的非线性项抽头系数,以及在合并得到所述选择出的非线性项抽头系数时作为被加数或者被减数的抽头系数对应的非线性项的值,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列。
第二方面,提供一种非线性补偿装置,包括:高、低阶非线性项生成单元,用于根据输入的符号序列计算k阶非线性项的值,其中,k为非零自然数;并根据输入的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值,或者根据输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘来计算m阶非线性项的值;其中,m为非零自然数,m不小于N,k小于N,N为非零自然数;
非线性抽头系数计算单元,用于根据补偿后的符号序列、各阶非线性项的值以及参考序列,计算各阶非线性项的抽头系数;
非线性补偿滤波单元,用于根据每个非线性项的值及该非线性项的抽头系数,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列。
结合第二方面,在第一种可能的实现方式中,所述高、低阶非线性项生成单元具体用于:
采用输入的符号序列,或者输入的符号序列延迟后的符号序列,或者输入的符号序列与所述延迟后的符号序列相乘来计算k阶非线性项的值;
采用输入的符号序列的绝对值,或者所述延迟后的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值;
采用输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者采用输入的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者采用所述延迟后的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者采用所述延迟后的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算m阶非线性项的值。
结合第二方面的第一种可能的实现方式,在第二种可能的实现方式中,采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的k阶非线性项中偶数次的最高阶的非线性项的阶数为1,则采用输入的符号序列的绝对值或者采用所述延迟后的符号序列的绝对值来计算的m阶非线性项中的最低阶非线性项,等价于采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的1+2阶非线性项,1为自然数。
结合第二方面的第一种可能的实现方式,在第三种可能的实现方式中,采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的k阶非线性项中奇数次的最高阶的非线性项的阶数为n,则采用输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘或者采用输入的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算的m阶非线性项中的最低阶非线性项,等价于采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算n+2阶非线性项,n为自然数。
结合第二方面的第一种可能的实现方式,在第四种可能的实现方式中,采用第一符号序列与第二符号序列相乘计算的第一类非线性项中的第一符号序列的乘方的次数p在第一类非线性项中最高、且为偶数时,则采用所述第一符号序列的绝对值与所述第二符号序列相乘计算的第二类非线性项中的所述第一符号序列的绝对值等价于所述第一符号序列的p+2次方;所述第一符号序列与所述第二符号序列为不同符号周期时的输入的符号序列;
其中,p为自然数,所述第一类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数相等,所述第二类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数与所述第一类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数相等。
结合第二方面,在第五种可能的实现方式中,所述装置还包括非线性抽头系数合并单元和非线性抽头系数选择单元;
所述非线性抽头系数合并单元,用于将非线性项中除了绝对值符号以外完全相同的至少两个非线性项的抽头系数进行各种可能的加减法组合运算,得到合并后的抽头系数以及合并时用到的加减法符号的组合顺序;其中,在所述至少两个非线性项的抽头系数进行各种可能的加减法组合运算时,不包含绝对值符号的非线性项的抽头系数为被加数或者为被减数;
所述非线性抽头系数选择单元,用于在合并时用到的加减法符号的组合顺序中的每个运算符号,与和所述运算符号相邻且位于所述运算符号之后的抽头系数所对应的非线性项中的绝对值符号内的符号序列的正负号相同时,选择采用由该加减法符号的组合顺序合并得到的非线性项抽头系数;
所述非线性补偿滤波单元,具体用于根据选择出的非线性项抽头系数,以及在合并得到所述选择出的非线性项抽头系数时作为被加数或者被减数的抽头系数对应的非线性项的值,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列。
本发明实施例的有益效果包括:
本发明实施例提供的非线性补偿方法和装置,由于输入符号序列的绝对值在展开之后包含了输入的符号序列的各阶非线性,因此,采用输入的符号序列的绝对值,或者输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列的相乘得到的值中包含了m阶非线性项的值,因此,采用输入的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值时,不需要进行m次相乘运算来获得,这减少了大量的运算,从而避免了消耗更多的资源来实现N阶以上的非线性补偿。
附图说明
图1为现有技术中的IM-DD光传送系统的结构示意图;
图2为现有技术中的非线性补偿单元的结构示意图;
图3为现有技术中的非线性滤波器的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的非线性补偿方法的流程图之一;
图5为本发明实施例提供的非线性补偿装置的结构图之一;
图6为本发明实施例提供的高、低阶非线性项生成单元的实现结构图;
图7为本发明实施例提供的非线性抽头系数计算单元的逻辑结构图;
图9为本发明实施例提供的非线性补偿方法的流程图之二;
图10为本发明实施例提供的非线性补偿装置的结构图之二;
图11为本发明实施例提供的非线性项抽头系数合并过程的示意图之一;
图12为本发明实施例提供的非线性项抽头系数合并过程的示意图之二;
图13为本发明实施例提供的非线性项抽头系数合并过程的示意图之三;
图14为本发明实施例提供的合并后的非线性抽头系数选择过程的示意图之一;
图15为本发明实施例提供的合并后的非线性抽头系数选择过程的示意图之二;
图16为本发明实施例提供的非线性补偿方法的滤波性能的示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供的非线性补偿方法和装置,采用输入的符号序列的绝对值,或者输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列的相乘得到的值中包含了m阶非线性项的值,这避免了现有技术中计算m阶非线性项的值时需要进行大量运算的弊端,从而避免了消耗更多的资源来实现N阶以上的非线性补偿。
下面结合说明书附图,对本发明实施例提供的一种非线性补偿方法和装置的具体实施方式进行说明。
本发明实施例提供的一种非线性补偿方法如图4所示,包括:
S401、根据输入的符号序列计算k阶非线性项的值,其中,k为非零自然数;
S402、根据输入的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值,或者根据输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘来计算m阶非线性项的值;其中,m为非零自然数,m不小于N,k小于N,N为非零自然数;
S403、根据补偿后的符号序列、各阶非线性项的值以及参考序列,计算各阶非线性项的抽头系数;
S404、根据每个非线性项的值及该非线性项的抽头系数,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列。
其中,S401和S402并无时间上的先后顺序,参考序列由参考信号产生单元生成。
本发明实施例提供的非线性补偿方法的实施框图,如图5所示,高、低阶非线性项生成单元构造各阶非线性项,其中,k阶非线性项根据输入的符号序列xi来构造,k为非零自然数,k小于N,也就是说N阶以下的非线性项根据输入的符号序列xi来构造,N一般来说可以取3;m阶非线性项根据输入符号序列的绝对值|xi|来构造,或者根据输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘,即|xi|*xj来构造,m为非零自然数,m不小于N,也就是说N阶及N阶以上的非线性项根据输入的符号序列的绝对值|xi|或者根据输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘,即|xi|*xj来构造,其中,xi为第i个符号周期的输入的符号序列,xj为第j个符号周期的输入的符号序列,i可以等于j,也可以不等于j。
高、低阶非线性项生成单元的实现结构如图6所示,其中,Z-1表示将输入的符号序列xi延迟一个符号周期,表示相乘操作,在图6中,单边记忆长度为1,最高阶数为2,在实际应用中可以向更多记忆长度以及更高阶数扩展。当非线性滤波器中的高、低阶非线性项生成单元采用图6所示的结构时,非线性滤波器对应的数学表达式为:
其中,a0是常数项,ck、dk、cl,k,dl,k为各个非线性项的抽头系数。
在图6中,为了构造这些非线性项,需要将输入的符号序列进行一次缓存,如果要向更多记忆长度和更高阶数扩展,就要将输入的符号序列进行多次缓存,并进行更多次的相乘运算。
在式1中,是由输入的符号序列以及输入的符号序列延迟后的符号序列构成的,是由输入的符号序列与输入的符号序列相乘、输入的符号序列与输入的符号序列延迟后的符号序列相乘、以及输入的符号序列延迟后的符号序列与输入的符号序列延迟后的符号序列相乘构成的,是由输入的符号序列的绝对值以及输入的符号序列延迟后的符号序列的绝对值构成的,是由输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘、输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列延迟后的符号序列相乘、输入的符号序列延迟后的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘、以及输入的符号序列延迟后的符号序列的绝对值与输入的符号序列延迟后的符号序列相乘构成的。
可选地,当采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的k阶非线性项中偶数次的最高阶的非线性项的阶数为l,则采用输入的符号序列的绝对值或者采用所述延迟后的符号序列的绝对值来计算的m阶非线性项中的最低阶非线性项,等价于采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的l+2阶非线性项,l为自然数。
可选地,采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的k阶非线性项中奇数次的最高阶的非线性项的阶数为n,则采用输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘或者采用输入的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算的m阶非线性项中的最低阶非线性项,等价于采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算n+2阶非线性项,n为自然数。
可选地,采用第一符号序列与第二符号序列相乘计算的第一类非线性项中的第一符号序列的乘方的次数p在第一类非线性项中最高,且为偶数时,则采用所述第一符号序列的绝对值与所述第二符号序列相乘计算的第二类非线性项中的所述第一符号序列的绝对值等价于所述第一符号序列的p+2次方;所述第一符号序列与所述第二符号序列为不同符号周期时的输入的符号序列;
其中,p为自然数,所述第一类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数相等,所述第二类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数与所述第一类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数相等。
例如,在式1中,等价于由于k不等于l时的存在,因此,第一符号序列xi-1的乘方的次数p=0在第一类非线性项中最高,且为偶数,因此,k不等于l时的等价于k不等于l时的也就是说,在图6中,由于xi-1*x0 i,即xi-1存在,因此,|xi|*xi-1等价于x2 i*xi-1;由于xi-1*x0 i+1,即xi-1存在,因此,|xi+1|*xi-1等价于x2 i+1*xi-1;由于xi+1*x0 i,即xi+1存在,因此,|xi|*xi+1等价于x2 i*xi+1;由于xi+1*x0 i-1,即xi+1存在,因此,|xi-1|*xi+1等价于x2 i-1*xi+1;由于xi*x0 i-1,即xi存在,因此,|xi-1|*xi等价于x2 i-1*xi;由于xi*x0 i+1,即xi存在,因此,|xi+1|*xi等价于x2 i+1*xi。
图5中的非线性抽头系数计算单元可以借助通用的最小均方差算法、递归最小二乘法等算法计算高、低阶非线性项生成单元计算的各阶非线性项的权重,即抽头系数,并将得到的非线性项的抽头系数送给非线性补偿滤波单元。
非线性抽头系数计算单元的逻辑结构如图7所示,图7中以最小均方差算法为例说明计算各阶非线性项的抽头系数的过程。非线性抽头计算单元确定补偿后的符号序列(yi)及与补偿后的符号序列(yi)对应的参考序列(di),求得两者之间的偏差(Δεi),然后从非线性项生成单元获取各阶非线性项的值,通过最小均方差算法得到各阶非线性项的抽头系数
可选地,本发明实施例提供的另一种非线性补偿方法如图9所示,在S403之后还包括:
S901、将非线性项中除了绝对值符号以外完全相同的至少两个非线性项的抽头系数进行各种可能的加减法组合运算,得到合并后的抽头系数以及合并时用到的加减法符号的组合顺序;其中,在所述至少两个非线性项的抽头系数进行各种可能的加减法组合运算时,不包含绝对值符号的非线性项的抽头系数为被加数或者为被减数;
S902、在合并时用到的加减法符号的组合顺序中的每个运算符号,与和该运算符号相邻且位于该运算符号之后的抽头系数所对应的非线性项中的绝对值符号内的符号序列的正负号相同时,选择采用由该加减法符号的组合顺序合并得到的非线性项抽头系数;
S404具体包括:
S903、根据选择出的非线性项抽头系数,以及在合并得到所述选择出的非线性项抽头系数时作为被加数或者被减数的抽头系数对应的非线性项的值,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列。
本发明实施例提供的非线性补偿方法的实施框图如图10所示,其中,图10中的高、低阶非线性项生成单元的作用与图5中的高、低阶非线性项生成单元的作用相同,图10中的非线性抽头系数计算单元的作用与图5中的非线性抽头系数计算单元的作用相同。
图10中的非线性抽头系数合并单元是用于对除了绝对值符号以外完全相同的至少两个非线性项的抽头系数进行合并的。
例如,当高、低阶非线性项生成单元采用图6所示的结构时,在生成的各阶非线性项中,xi-1和|xi-1|是除了绝对值符号以外完全相同的两个非线性项,xi和|xi|是除了绝对值符号以外完全相同的两个非线性项,xi+1和|xi+1|是除了绝对值符号以外完全相同的两个非线性项;xi-1*xi-1和|xi-1|*xi-1是除了绝对值符号以外完全相同的两个非线性项,xi*xi和|xi|*xi是除了绝对值符号以外完全相同的两个非线性项,xi+1*xi+1和|xi+1|*xi+1是除了绝对值符号以外完全相同的两个非线性项;xi*xi-1、|xi-1|*xi和|xi|*xi-1是除了绝对值符号以外完全相同的三个非线性项;xi+1*xi-1、|xi-1|*xi+1和|xi+1|*xi-1是除了绝对值符号以外完全相同的三个非线性项;xi+1*xi、|xi|*xi+1和|xi+1|*xi是除了绝对值符号以外完全相同的三个非线性项。
在进行非线性项的抽头系数合并时,以xi和|xi|为例,抽头系数合并过程如图11所示,xi的抽头系数为bi,|xi|的抽头系数为b’i,由于非线性项xi中不包含绝对值,因此,在抽头系数合并时,xi的抽头系数bi为被加数或者被减数,当xi的抽头系数bi作为被加数时,合并后的抽头系数为ci(1)=bi+b’i,在该次合并时用到的加减法符号的组合顺序pi(1)为“+”;当xi的抽头系数bi作为被减数时,合并后的抽头系数为ci(2)=bi-b’i,在该次合并时用到的加减法符号的组合顺序为pi(2)“-”。由于除了绝对值符号以外,与xi完全相同的非线性项只有|xi|,因此,在合并xi的抽头系数和|xi|的抽头系数时,可能的加减法组合运算仅有两种,一种是加法可以得到合并后的抽头系数为ci(1),另一种是减法,可以得到合并后的抽头系数为ci(2)。
在进行非线性项的抽头系数合并时,以xi*xi和|xi|*xi为例,抽头系数合并过程如图12所示,xi*xi的抽头系数为bi,i,|xi|*xi的抽头系数为b’i,i,由于非线性项xi*xi中不包含绝对值,因此,在抽头系数合并时,xi*xi的抽头系数bi,i为被加数或者被减数,当xi*xi的抽头系数bi,i作为被加数时,合并后的抽头系数为ci,i(1)=bi,i+b’i,i,在该次合并时用到的加减法符号的组合顺序pi,i(1)为“+”;当xi*xi的抽头系数bi,i作为被减数时,合并后的抽头系数为ci,i(2)=bi,i-b’i,i,在该次合并时用到的加减法符号的组合顺序为pi,i(2)“-”。由于除了绝对值符号以外,与xi*xi完全相同的非线性项只有|xi|*xi,因此,在合并xi*xi的抽头系数和|xi|*xi的抽头系数时,可能的加减法组合运算仅有两种,一种是加法可以得到合并后的抽头系数为ci,i(1),另一种是减法,可以得到合并后的抽头系数为ci,i(2)。
在进行非线性项的抽头系数合并时,以xi*xi-1、|xi-1|*xi和|xi|*xi-1、xi+1*xi-1、|xi-1|*xi+1和|xi+1|*xi-1、或者xi+1*xi、|xi|*xi+1和|xi+1|*xi为例,抽头系数合并过程如图13所示。其中,xi*xi-1、|xi-1|*xi和|xi|*xi-1、xi+1*xi-1、|xi-1|*xi+1和|xi+1|*xi-1、或者xi+1*xi、|xi|*xi+1和|xi+1|*xi均可以以i不等于j时的xi*xj、|xi|*xj和|xj|*xi来表示。xi*xj的抽头系数为bi,j,|xi|*xi的抽头系数为b’i,j,|xj|*xi的抽头系数为b’j,i,由于非线性项xi*xj中不包含绝对值,因此,在抽头系数合并时,xi*xj的抽头系数bi,j为被加数或者被减数,当xi*xj的抽头系数bi,j作为被加数时,合并后的抽头系数可以为ci,j(1)=bi,j+b’i,j+b’j,i,在该次合并时用到的加减法符号的组合顺序pi,j(1)为“+”,“+”;当xi*xj的抽头系数bi,j作为被减数时,合并后的抽头系数可以为ci,j(2)=bi,j-b’i,j-b’j,i,在该次合并时用到的加减法符号的组合顺序为pi,j(2)“-”,“-”;当xi*xj的抽头系数bi,j作为被加数时,合并后的抽头系数也可以为ci,j(3)=bi,j+b’i,j-b’j,i,在该次合并时用到的加减法符号的组合顺序pi,j(3)为“+”,“-”;当xi*xj的抽头系数bi,j作为被减数时,合并后的抽头系数也可以为ci,j(4)=bi,j-b’i,j+b’j,i,在该次合并时用到的加减法符号的组合顺序为pi,j(4)“-”,“+”。由于除了绝对值符号以外,与xi*xj完全相同的非线性项只有|xi|*xj和|xj|*xi,因此,在合并xi*xj的抽头系数、|xi|*xj的抽头系数和|xj|*xi的抽头系数时,可能的加减法组合运算有四种,一种是pi,j(1)可以得到合并后的抽头系数为ci,j(1),一种是pi,j(2)可以得到合并后的抽头系数为ci,j(2),一种是pi,j(3)可以得到合并后的抽头系数为ci,j(3),一种是pi,j(4)可以得到合并后的抽头系数为ci,j(4)。
在从合并后的抽头系数中选择非线性补偿滤波时用到的抽头系数时,以xi和|xi|为例,当xi为正时,选择的加减法符号的组合顺序为pi(1),即选择出的非线性项抽头系数为ci(1);当xi为负时,选择的加减法符号的组合顺序为pi(2),即选择出的非线性项抽头系数为ci(2)。合并后的非线性抽头系数选择过程如图14所示。
在从合并后的抽头系数中选择非线性补偿滤波时用到的抽头系数时,以xi*xi和|xi|*xi为例,当xi为正时,选择的加减法符号的组合顺序为pi,i(1),即选择除的非线性项抽头系数为ci,i(1);当xi为负时,选择的加减法符号的组合顺序为pi,i(2),即选择出的非线性项抽头系数为ci,i(2)。合并后的非线性抽头系数选择过程如图14所示。
在从合并后的抽头系数中选择非线性补偿滤波时用到的抽头系数时,以以i不等于j时的xi*xj、|xi|*xj和|xj|*xi为例,当xi和xj均为正时,选择的加减法符号的组合顺序为pi,j(1),即选择出的非线性项抽头系数为ci,j(1);当xi和xj均为负时,选择的加减法符号的组合顺序为pi,j(2),即选择出的非线性项抽头系数为ci,j(2);当xi为正、xj为负时,选择的加减法符号的组合顺序为pi,j(3),即选择出的非线性项抽头系数为ci,j(3);当xi为负、xj为正时,选择的加减法符号的组合顺序为pi,j(4),即选择出的非线性项抽头系数为ci,j(4)。合并后的非线性抽头系数选择过程可以如图15所示,其中i不等于j。
在利用选择的抽头系数进行非线性补偿滤波时,可以先计算每个选择出的非线性项抽头系数,与合并得到该选择出的非线性项抽头系数时作为被减数或者被减数的抽头系数对应的非线性项的值的乘积,然后将得到的乘积之和作为补偿后的符号序列。
以xi和|xi|为例,xi为正时,选择出的非线性项抽头系数为ci(1),合并得到该选择出的非线性项抽头系数ci(1)时作为被减数或者被减数的抽头系数对应的非线性项为xi;xi为负时,选择出的非线性项抽头系数为ci(2),合并得到该选择出的非线性项抽头系数ci(2)时作为被减数或者被减数的抽头系数对应的非线性项还是为xi。
以xi*xi和|xi|*xi为例,xi为正时,选择出的非线性项抽头系数为ci,i(1),合并得到该选择出的非线性项抽头系数ci,i(1)时作为被减数或者被减数的抽头系数对应的非线性项为xi*xi;xi为负时,选择出的非线性项抽头系数为ci,i(2),合并得到该选择出的非线性项抽头系数ci,i(2)时作为被减数或者被减数的抽头系数对应的非线性项还是为xi*xi。
以i不等于j时的xi*xj、|xi|*xj和|xj|*xi为例,当xi和xj均为正时,选择出的非线性项抽头系数为ci,j(1),合并得到该选择出的非线性项抽头系数ci,j(1)时作为被减数或者被减数的抽头系数对应的非线性项为xi*xj;当xi和xj均为负时,选择出的非线性项抽头系数为ci,j(2),合并得到该选择出的非线性项抽头系数ci,j(2)时作为被减数或者被减数的抽头系数对应的非线性项为xi*xj;当xi为正、xj为负时,选择出的非线性项抽头系数为ci,j(3),合并得到该选择出的非线性项抽头系数ci,j(3)时作为被减数或者被减数的抽头系数对应的非线性项为xi*xj;当xi为负、xj为正时,选择出的非线性项抽头系数为ci,j(4),合并得到该选择出的非线性项抽头系数ci,j(4)时作为被减数或者被减数的抽头系数对应的非线性项为xi*xj。
在对非线性项抽头系数进行合并和选择后,仅采用选择出的非线性项抽头系数进行非线性补偿滤波时,可以大量减少相乘和相加运算,这进一步降低了实现N阶非线性滤波补偿所消耗的资源。
本发明实施例提供的非线性补偿方法在精确进行低阶非线性补偿的同时,粗略的进行了高阶非线性的补偿,相对于现有技术中仅进行低阶非线性补偿的方案来说,提高了非线性补偿滤波的性能,在几乎不增加功耗的同时提高了非线性补偿滤波的性能。
从图16中可以看出,本发明实施例提供的非线性补偿方法相比现有技术中的非线性补偿方法,在误码率为1e-3处有将近2dB的光信噪比收益;其中,“等价代替”指的是用精确的高阶非线性项代替本发明实施例中的绝对值项,可以看到“等价替代”的性能和本发明实施例提供的非线性补偿方法的性能相当,也就是说本发明实施例中的绝对值项有替代高阶项的作用。图16是基于OFDM的IM-DD系统,使用10G带宽光器件,G.652光纤,1550nm光波长,传输40km时的性能比较图。
基于同一发明构思,本发明实施例还提供了一种非线性补偿装置,由于该装置所解决问题的原理与前述非线性补偿方法相似,因此该装置的实施可以参见前述方法的实施,重复之处不再赘述。
本发明实施例提供的非线性补偿装置,如图5所示,包括:
高、低阶非线性项生成单元51,用于根据输入的符号序列计算k阶非线性项的值,其中,k为非零自然数;并根据输入的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值,或者根据输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘来计算m阶非线性项的值;其中,m为非零自然数,m不小于N,k小于N,N为非零自然数;
非线性抽头系数计算单元52,用于根据补偿后的符号序列、各阶非线性项的值以及参考序列,计算各阶非线性项的抽头系数;
非线性补偿滤波单元53,用于根据每个非线性项的值及该非线性项的抽头系数,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列。
可选地,高、低阶非线性项生成单元51具体用于:
采用输入的符号序列,或者输入的符号序列延迟后的符号序列,或者输入的符号序列与所述延迟后的符号序列相乘来计算k阶非线性项的值;
采用输入的符号序列的绝对值,或者所述延迟后的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值;
采用输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者采用输入的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者采用所述延迟后的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者采用所述延迟后的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算m阶非线性项的值。
可选地,采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的k阶非线性项中偶数次的最高阶的非线性项的阶数为l,则采用输入的符号序列的绝对值或者采用所述延迟后的符号序列的绝对值来计算的m阶非线性项中的最低阶非线性项,等价于采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的l+2阶非线性项,l为自然数。
可选地,采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的k阶非线性项中奇数次的最高阶的非线性项的阶数为n,则采用输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘或者采用输入的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算的m阶非线性项中的最低阶非线性项,等价于采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算n+2阶非线性项,n为自然数。
可选地,采用第一符号序列与第二符号序列相乘计算的第一类非线性项中的第一符号序列的乘方的次数p在第一类非线性项中最高、且为偶数时,则采用所述第一符号序列的绝对值与所述第二符号序列相乘计算的第二类非线性项中的所述第一符号序列的绝对值等价于所述第一符号序列的p+2次方;所述第一符号序列与所述第二符号序列为不同符号周期时的输入的符号序列;
其中,p为自然数,所述第一类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数相等,所述第二类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数与所述第一类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数相等。
可选地,本发明实施例提供的另一种非线性补偿装置如图10所示。图10所示的非线性补偿装置与图5所示的非线性补偿装置相比,图10所示的非线性补偿装置还包括非线性抽头系数合并单元101和非线性抽头系数选择单元102;
非线性抽头系数合并单元101,用于将非线性项中除了绝对值符号以外完全相同的至少两个非线性项的抽头系数进行各种可能的加减法组合运算,得到合并后的抽头系数以及合并时用到的加减法符号的组合顺序;其中,在所述至少两个非线性项的抽头系数进行各种可能的加减法组合运算时,不包含绝对值符号的非线性项的抽头系数为被加数或者为被减数;
非线性抽头系数选择单元102,用于在合并时用到的加减法符号的组合顺序中的每个运算符号,与和所述运算符号相邻且位于所述运算符号之后的抽头系数所对应的非线性项中的绝对值符号内的符号序列的正负号相同时,选择采用由该加减法符号的组合顺序合并得到的非线性项抽头系数;
图10所示的非线性补偿装置中的非线性补偿滤波单元103,用于根据选择出的非线性项抽头系数,以及在合并得到所述选择出的非线性项抽头系数时作为被加数或者被减数的抽头系数对应的非线性项的值,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
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。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置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。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供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步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样,倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种非线性补偿方法,其特征在于,包括:
根据输入的符号序列计算k阶非线性项的值,其中,k为非零自然数;
根据输入的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值,或者根据输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘来计算m阶非线性项的值;其中,m为非零自然数,m不小于N,k小于N,N为非零自然数;
根据补偿后的符号序列、各阶非线性项的值以及参考序列,计算各阶非线性项的抽头系数;
根据每个非线性项的值及该非线性项的抽头系数,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,根据输入的符号序列计算k阶非线性项的值,具体包括:
采用输入的符号序列,或者输入的符号序列延迟后的符号序列,或者输入的符号序列与所述延迟后的符号序列相乘来计算k阶非线性项的值;
根据输入的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值,具体包括:
采用输入的符号序列的绝对值,或者所述延迟后的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值;
根据输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘来计算m阶非线性项的值,具体包括:
采用输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者
采用输入的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者
采用所述延迟后的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者
采用所述延迟后的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算m阶非线性项的值。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的k阶非线性项中偶数次的最高阶的非线性项的阶数为l,则采用输入的符号序列的绝对值或者采用所述延迟后的符号序列的绝对值来计算的m阶非线性项中的最低阶非线性项,等价于采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的阶数为l+2的单个非线性项,l为自然数。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于,采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的k阶非线性项中奇数次的最高阶的非线性项的阶数为n,则采用输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘或者采用输入的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算的m阶非线性项中的最低阶非线性项,等价于采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的阶数为n+2的单个非线性项,n为自然数。
5.如权利要求2所述的方法,其特征在于,采用第一符号序列与第二符号序列相乘计算的第一类非线性项中的第一符号序列的乘方的次数p在第一类非线性项中最高、且为偶数时,则采用所述第一符号序列的绝对值与所述第二符号序列相乘计算的第二类非线性项中的所述第一符号序列的绝对值等价于所述第一符号序列的p+2次方;所述第一符号序列与所述第二符号序列为不同符号周期时的输入的符号序列;
其中,p为自然数,所述第一类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数相等,所述第二类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数与所述第一类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数相等。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
将非线性项中除了绝对值符号以外完全相同的至少两个非线性项的抽头系数进行各种可能的加减法组合运算,得到合并后的抽头系数以及合并时用到的加减法符号的组合顺序;其中,在所述至少两个非线性项的抽头系数进行各种可能的加减法组合运算时,不包含绝对值符号的非线性项的抽头系数为被加数或者为被减数;
并在合并时用到的加减法符号的组合顺序中的每个运算符号,与和所述运算符号相邻且位于所述运算符号之后的抽头系数所对应的非线性项中的绝对值符号内的符号序列的正负号相同时,选择采用由该加减法符号的组合顺序合并得到的非线性项抽头系数;
根据每个非线性项的值及该非线性项的抽头系数,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列,具体包括:
根据选择出的非线性项抽头系数,以及在合并得到所述选择出的非线性项抽头系数时作为被加数或者被减数的抽头系数对应的非线性项的值,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列。
7.一种非线性补偿装置,其特征在于,包括:
高、低阶非线性项生成单元,用于根据输入的符号序列计算k阶非线性项的值,其中,k为非零自然数;并根据输入的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值,或者根据输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘来计算m阶非线性项的值;其中,m为非零自然数,m不小于N,k小于N,N为非零自然数;
非线性抽头系数计算单元,用于根据补偿后的符号序列、各阶非线性项的值以及参考序列,计算各阶非线性项的抽头系数;
非线性补偿滤波单元,用于根据每个非线性项的值及该非线性项的抽头系数,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,所述高、低阶非线性项生成单元具体用于:
采用输入的符号序列,或者输入的符号序列延迟后的符号序列,或者输入的符号序列与所述延迟后的符号序列相乘来计算k阶非线性项的值;
采用输入的符号序列的绝对值,或者所述延迟后的符号序列的绝对值来计算m阶非线性项的值;
采用输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者采用输入的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者采用所述延迟后的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘计算m阶非线性项的值;或者采用所述延迟后的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算m阶非线性项的值。
9.如权利要求8所述的装置,其特征在于,采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的k阶非线性项中偶数次的最高阶的非线性项的阶数为l,则采用输入的符号序列的绝对值或者采用所述延迟后的符号序列的绝对值来计算的m阶非线性项中的最低阶非线性项,等价于采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的阶数为l+2的单个非线性项,l为自然数。
10.如权利要求8所述的装置,其特征在于,采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的k阶非线性项中奇数次的最高阶的非线性项的阶数为n,则采用输入的符号序列的绝对值与输入的符号序列相乘或者采用输入的符号序列的绝对值与所述延迟后的符号序列相乘计算的m阶非线性项中的最低阶非线性项,等价于采用输入的符号序列或者采用输入的符号序列延迟后的符号序列计算的阶数为n+2的单个非线性项,n为自然数。
11.如权利要求8所述的装置,其特征在于,采用第一符号序列与第二符号序列相乘计算的第一类非线性项中的第一符号序列的乘方的次数p在第一类非线性项中最高、且为偶数时,则采用所述第一符号序列的绝对值与所述第二符号序列相乘计算的第二类非线性项中的所述第一符号序列的绝对值等价于所述第一符号序列的p+2次方;所述第一符号序列与所述第二符号序列为不同符号周期时的输入的符号序列;
其中,p为自然数,所述第一类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数相等,所述第二类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数与所述第一类非线性项中包含的所述第二符号序列的乘方的次数相等。
12.如权利要求7所述的装置,其特征在于,所述装置还包括非线性抽头系数合并单元和非线性抽头系数选择单元;
所述非线性抽头系数合并单元,用于将非线性项中除了绝对值符号以外完全相同的至少两个非线性项的抽头系数进行各种可能的加减法组合运算,得到合并后的抽头系数以及合并时用到的加减法符号的组合顺序;其中,在所述至少两个非线性项的抽头系数进行各种可能的加减法组合运算时,不包含绝对值符号的非线性项的抽头系数为被加数或者为被减数;
所述非线性抽头系数选择单元,用于在合并时用到的加减法符号的组合顺序中的每个运算符号,与和所述运算符号相邻且位于所述运算符号之后的抽头系数所对应的非线性项中的绝对值符号内的符号序列的正负号相同时,选择采用由该加减法符号的组合顺序合并得到的非线性项抽头系数;
所述非线性补偿滤波单元,具体用于根据选择出的非线性项抽头系数,以及在合并得到所述选择出的非线性项抽头系数时作为被加数或者被减数的抽头系数对应的非线性项的值,进行非线性滤波补偿,得到所述补偿后的符号序列。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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