CN110061761A - 信号均衡方法及装置、光接收机 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种信号均衡方法及装置、光接收机，属于通信技术领域。包括：粗判决模块，分支选择模块，均衡模块，滤波模块和MLSE模块，粗判决模块与均衡模块、分支选择模块连接，分支选择模块与MLSE模块连接；均衡模块用于对输入的初始信号进行均衡处理，得到均衡信号；滤波模块用于对均衡信号进行滤波处理，得到滤波信号；粗判决模块用于根据均衡信号的分布情况，从均衡信号对应的初始电平中选取目标电平，目标电平的电平数目小于初始电平的电平数目；分支选择模块用于确定与目标电平对应的目标路径分支；MLSE模块用于在目标路径分支中确定滤波信号的最优路径分支。解决了相关技术中信号均衡过程中的资源消耗较大的问题。本申请用于均衡信号。

Description

信号均衡方法及装置、光接收机
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种信号均衡方法及装置、光接收机。
背景技术
随着当代通信技术的快速发展，对信号传输的传输速率和可靠性的要求越来越高。信号在传输过程中，由于受到信号传输系统中的各个器件带宽的限制，会出现码间干扰(Inter Symbol Imerference；ISI)的问题，极大地影响了信号的质量。为了消除或减弱信号的ISI，通常需要对信号进行均衡处理，最大似然序列估计(Maximum LikelihoodSequence Estimation；MLSE)算法(也可称为Viterbi算法)作为一种性能较优的一种均衡算法，成为了当前研究的重点。
目前的信号传输系统一般包括：激光器(Laser)、驱动器、调制器(modulator)、传输链路(1ink)、光电转换装置(Photoelectric conversion Device；PD)、模数转换器(英文：Analog-Digital Converter；简称：ADC)和数字信号处理(Digital SignalProcessing；DSP)单元。其中，激光器、驱动器和调制器位于发送端，光电转换装置、模数转换器和数字信号处理单元位于接收端，调制器和光电转换装置之间通过传输链路连接，该传输链路可以是无线链路、电缆或光纤。激光器发出的光信号依次经过驱动器的驱动和调制器的调制之后，通过传输链路发送至接收端，由光电转换装置将光信号转换为电信号，ADC对电信号进行模数转换，DSP单元对模数转换后的信号进行数字信号处理，以恢复出数据。
相关技术中，为了在接收端对信号进行均衡处理，数字信号处理单元中通常包括前馈均衡器(Feed Forward Equalization；FFE)、后置滤波器(postfilter)、MLSE模块和映射模块。信号到达数字信号处理单元后，通过FFE对信号进行初步均衡处理，由FFE输出的信号无ISI且非线性，但是信号中的噪声由白噪声变成了有色噪声，采用后置滤波器可以将有色噪声转换为白噪声，同时引入了可控的ISI；引入的ISI可以通过MLSE模块采用MLSE算法求解得到最优解，再通过映射模块将求解得到的最优解映射得到信号传输系统的最优路径。其中，在采用MLSE算法求解最优解的过程中，算法复杂度取决于信号的状态数(即信号的电平数目)和后置滤波器的调制阶数，假设信号的状态数为M，后置滤波器的调制阶数为L(相应的，信道记忆长度为L-1，该信道记忆长度用于表征信道的时延扩展能力)，则输入MLSE模块的路径分支数为ML，其中，路径分支数表示信号的可能传输路径的数量。由于输入MLSE模块的路径分支数与后置滤波器的调制阶数正相关，因此后置滤波器的调制阶数越高，MLSE算法的复杂度越高。
为了降低MLSE算法的复杂度，以减少资源的消耗，相关技术中通常设置信道记忆长度为1，例如可以使用2阶的后置滤波器。示例的，对于强度调制格式为4级脉冲幅度调制(Phase Amplitude Modulation；PAM)信号(可简称为PAM4信号，PAM4信号的电平数目为4)，使用2阶的后置滤波器时，输入MLSE模块的路径分支数为16。
但是，MLSE模块在计算16个路径分支时，所占用的资源达到了100万个逻辑门电路，因此相关技术中，信号均衡过程中的资源消耗仍然较大。
发明内容
本申请实施例提供了一种信号均衡方法及装置、光接收机，可以解决相关技术中信号均衡过程中的资源消耗较大的问题。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种信号均衡装置，用于光接收机，所述信号均衡装置包括：粗判决模块，分支选择模块，以及依次连接的均衡模块、滤波模块和最大似然序列估计MLSE模块，所述粗判决模块的输入端与所述均衡模块连接，所述粗判决模块的输出端与所述分支选择模块连接，所述分支选择模块的输出端与所述MLSE模块连接；
所述均衡模块用于对输入的初始信号进行均衡处理，得到均衡信号；
所述滤波模块用于对所述均衡信号进行滤波处理，得到滤波信号；
所述粗判决模块用于根据所述均衡信号的分布情况，从所述均衡信号对应的初始电平中选取至少两个电平作为目标电平，所述目标电平的电平数目小于所述初始电平的电平数目；
所述分支选择模块用于确定与所述目标电平对应的目标路径分支；
所述MLSE模块用于在所述目标路径分支中确定所述滤波信号的最优路径分支。
需要说明的是，本申请实施例提供的信号均衡装置，先通过粗判决模块根据均衡信号的分布情况，减少均衡信号对应的电平的电平数目以得到目标电平，再通过分支选择模块确定与目标电平对应的目标路径分支，由于目标电平的电平数目小于初始电平的电平数目，因此目标路径分支的数量小于初始电平对应的路径分支的数量，与相关技术相比，减少了MLSE模块所需计算的路径分支数，从而减少了信号均衡过程中消耗的资源。
可选的，所述粗判决模块能够用于：计算所述均衡信号与所述初始电平中的每个电平在时域上的距离；将在时域上与所述均衡信号的距离最小的至少两个电平确定为所述目标电平。
可选的，均衡模块可以为前馈均衡器FFE。在本申请中，均衡模块还可以为FFE、DFE或MAP均衡器，本申请对均衡模块所采用的均衡器的类型不做限定，以均衡模块为FFE为例进行说明。滤波模块可以为后置滤波器(postfilter)，后置滤波器可以用于控制信道记忆长度，以实现资源的可控。
进一步的，信号均衡装置还包括：滤波系数计算模块，所述滤波系数计算模块的输入端与所述均衡模块连接，所述滤波系数计算模块用于根据所述均衡信号的信号特征，计算所述滤波模块的滤波系数，并向所述滤波模块提供所述滤波系数。
需要说明的是，FFE输出的均衡信号中的噪声为有色噪声，滤波系数计算模块可以计算有色噪声的相关性，并将计算得到的相关性确定为滤波模块的滤波系数。
在本申请实施例中，分支选择模块可以用于通过不同方式确定与目标电平对应的目标路径分支，本申请实施例以以下两种为例进行说明：
在第一种方式中，滤波系数计算模块还用于向所述分支选择模块提供所述滤波系数；
所述分支选择模块还用于基于所述滤波系数和所述目标电平，计算所述目标路径分支。
在第二种方式中，所述信号均衡装置还包括：路径分支计算模块，所述路径分支计算模块的输出端与所述分支选择模块连接，
所述滤波系数计算模块还用于向所述路径分支计算模块提供所述滤波系数；
所述路径分支计算模块用于基于所述滤波系数和所述初始电平，计算初始路径分支；
所述分支选择模块还用于基于所述目标电平，在所述初始路径分支中选取所述目标路径分支。
可选的，所述滤波模块的调制阶数为L，所述目标电平的电平数目为M，所述目标路径分支的个数为ML，其中，M和L均为大于1的整数。
需要说明的是，当信号的初始电平的电平数目为N，目标电平的电平数目为M，滤波模块的调制阶数为L时，本申请实施例提供的信号均衡装置消耗的资源是相关技术中的信号均衡装置消耗的资源的NL/ML，调制阶数越高，节省的资源越多。
当目标电平的电平数目为2时，MLSE模块可以被配置为二进制开关键控OOK解调格式。
可选的，所述初始信号为4级脉冲幅度调制信号，所述初始电平为-3，-1，1和3，上述粗判决模块的判决依据可以为：
当所述均衡信号小于-1时，所述目标电平为-3和-1；
当所述均衡信号不小于-1且不大于1时，所述目标电平为-1和1；
当所述均衡信号大于1时，所述目标电平为1和3。
再进一步的，所述信号均衡装置还包括与所述MLSE模块的输出端连接的映射模块，所述映射模块的输入端还与所述粗判决模块的输出端连接；
所述映射模块用于根据预设映射规则，基于预设时刻周期内各个时刻的所述目标电平，将所述预设时刻周期内的最优路径分支映射得到所述预设时刻周期内的最优电平，并输出所述最优电平，所述最优电平中的电平数目与所述预设时刻周期内的时刻数目相同，所述最优电平中的电平值均为所述初始电平中的电平值。
需要说明的是，映射模块中记录有预设时刻周期内每个时刻的目标电平，且各个时刻的目标电平按时刻先后顺序排列。由于各个时刻的目标电平可能不同，而MLSE模块输出的最优路径分支是基于与目标电平对应的目标路径分支确定的，因此映射模块需要根据各个时刻的目标电平将最优路径分支映射得到最优电平。
可选的，所述预设时刻周期包括64个时刻或128个时刻。
本申请提供的信号均衡装置可以为强度调制系统或相位调制系统，当信号均衡装置为强度调制系统时，上述初始信号可以为PAM4信号或PAM16信号等；当信号均衡装置为相位调制系统时，上述初始信号可以为QAM信号等。
可选的，所述均衡信号的误码率不大于E-1量级。
第二方面，提供了一种信号均衡方法，用于光接收机，所述方法包括：
对输入的初始信号进行均衡处理，得到均衡信号；
对所述均衡信号进行滤波处理，得到滤波信号；
根据所述均衡信号的分布情况，从所述均衡信号对应的初始电平中选取至少两个电平作为目标电平，所述目标电平的电平数目小于所述初始电平的电平数目；
确定与所述目标电平对应的目标路径分支；
在所述目标路径分支中确定所述滤波信号的最优路径分支。
可选的，所述根据所述均衡信号的分布情况，从所述均衡信号对应的初始电平中选取至少两个电平作为目标电平，包括：
计算所述均衡信号与所述初始电平中的每个电平在时域上的距离；
将在时域上与所述均衡信号的距离最小的至少两个电平确定为所述目标电平。
可选的，所述对输入的初始信号进行均衡处理，得到均衡信号，包括：通过前馈均衡器FFE对所述初始信号进行均衡处理，得到所述均衡信号。
可选的，在所述对所述均衡信号进行滤波处理，得到滤波信号之前，所述方法还包括：
根据所述均衡信号的信号特征，计算滤波系数；
所述对所述均衡信号进行滤波处理，得到滤波信号，包括：
基于所述滤波系数对所述均衡信号进行滤波处理，得到所述滤波信号。
可选的，所述确定与所述目标电平对应的目标路径分支，包括：
基于所述滤波系数和所述目标电平，计算所述目标路径分支。
可选的，在所述计算滤波系数之后，所述方法还包括：
基于所述滤波系数和所述初始电平，计算初始路径分支；
所述确定与所述目标电平对应的目标路径分支，包括：
基于所述目标电平，在所述初始路径分支中选取所述目标路径分支。
可选的，所述初始信号为4级脉冲幅度调制信号，所述初始电平为-3，-1，1和3；
当所述均衡信号小于-1时，所述目标电平为-3和-1；
当所述均衡信号不小于-1且不大于1时，所述目标电平为-1和1；
当所述均衡信号大于1时，所述目标电平为1和3。
可选的，所述在所述目标路径分支中确定所述滤波信号的最优路径分支之后，所述方法还包括：
根据预设映射规则，基于预设时刻周期内各个时刻的所述目标电平，将所述预设时刻周期内的最优路径分支映射得到所述预设时刻周期内的最优电平，并输出所述最优电平，所述最优电平中的电平数目与所述预设时刻周期内的时刻数目相同，所述最优电平中的电平值均为所述初始电平中的电平值。
可选的，所述预设时刻周期包括64个时刻或128个时刻。
可选的，所述均衡信号的误码率不大于E-1量级。
第三方面，提供了一种光接收机，所述光接收机包括：存储器，处理器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现第二方面任一所述的信号均衡方法。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本申请实施例提供的信号均衡方法及装置、光接收机，先根据均衡信号的分布情况，减少均衡信号对应的电平的电平数目以得到目标电平，再确定与目标电平对应的目标路径分支，由于目标电平的电平数目小于初始电平的电平数目，因此目标路径分支的数量小于初始电平对应的路径分支的数量，与相关技术相比，减少了MLSE模块所需计算的路径分支数，从而减少了光接收机中的DSP在信号均衡过程中消耗的资源。
附图说明
图1是相关技术中的一种信号传输系统的结构示意图；
图2是相关技术中的一种信号均衡装置的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种信号均衡装置的结构示意图；
图4A是本申请实施例提供的另一种信号均衡装置的结构示意图；
图4B是本申请实施例提供的又一种信号均衡装置的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的再一种信号均衡装置的结构示意图；
图6是白噪声和有色噪声下的PAM4信号的误码率与判决阈值的关系示意图；
图7A是本申请实施例提供的信号均衡装置与相关技术中的信号均衡装置对直接调制激光器发出的光信号进行均衡处理的对比示意图；
图7B是本申请实施例提供的信号均衡装置与相关技术中的信号均衡装置对电吸收外调制激光器发出的光信号进行均衡处理的对比示意图；
图8是本申请实施例提供的一种信号均衡方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
图1示出了一种目前的信号传输系统的结构示意图，参见图1，该信号传输系统包括激光器、驱动器、调制器、传输链路、光电转换装置、ADC和DSP单元。其中，激光器、驱动器和调制器位于发送端，光电转换装置、ADC和DSP单元位于接收端(即光接收机中)，调制器和光电转换装置之间通过传输链路连接，该传输链路可以是无线链路、电缆或光纤。激光器发出的光信号依次经过驱动器的驱动和调制器的调制之后，通过传输链路发送至接收端，由光电转换装置将光信号转换为电信号，ADC对电信号进行模数转换，DSP单元对模数转换后的信号进行数字信号处理，以恢复出数据。
信号在传输过程中，由于受到信号传输系统中的各个器件带宽的限制，会出现ISI的问题，通常在接收端的DSP单元中对信号进行均衡处理，以保证信号质量。目前的均衡算法包括前馈均衡(Feed Forward Equalization；FFE)算法、判决反馈均衡(DecisionFeedback Equalization；DFE)算法、MLSE算法和MAP均衡算法，其中，由于误码率是衡量信号传输精确性的指标，而MLSE算法的资源消耗比其他均衡算法的资源消耗少，且MLSE算法在误码率(Bit Error Rate；BER)方面的性能较优，因此MLSE算法成为了信号均衡领域的研究重点。
图2示出了相关技术中的一种信号均衡装置的结构示意图，该信号均衡装置是设置在DSP单元中的，该信号均衡装置可以包括FFE、后置滤波器、路径分支计算模块、MLSE模块和映射模块，通过FFE对信号进行初步均衡处理，由FFE输出的信号无ISI且非线性，但是信号中的噪声由白噪声变成了有色噪声，采用后置滤波器可以将有色噪声转换为白噪声，同时引入了可控的ISI；引入的ISI可以通过MLSE模块采用MLSE算法求解得到最优解，再通过映射模块将求解得到的最优解映射得到信号传输系统的最优路径。输入MLSE模块的路径分支数由信号的状态数(即信号的电平数目)以及信道记忆长度确定，在如图2所示的信号均衡装置中，信道记忆长度由后置滤波器的调制阶数确定，假设信号的状态数为M，后置滤波器的调制阶数为L，相应的，信道记忆长度为L-1，则输入MLSE模块的路径分支数为ML，其中，路径分支数表示信号的可能传输路径的数量，如图2所示，在路径分支计算模块，基于信号的状态(电平)和后置滤波器的滤波系数计算得到ML个路径分支后，将该ML个路径分支输入MLSE模块，以求解最优路径。由于输入MLSE模块的路径分支数与后置滤波器的调制阶数以及信号的状态数正相关，因此，信号的状态数越多，后置滤波器的调制阶数越高，MLSE的路径分支数越多，则MLSE算法的复杂度越高。
为了降低MLSE算法的复杂度，以减少资源的消耗，相关技术中通常设置信道记忆长度为1，例如，可以通过使用2阶的后置滤波器来实现信道记忆长度为1。示例的，对于PAM4信号，使用2阶的后置滤波器时，输入MLSE模块的路径分支数为16。但是，MLSE模块在计算16个路径分支时，所占用的资源达到了100万个逻辑门电路，因此相关技术中，信号均衡过程中的资源消耗仍然较大。
图3是本申请实施例提供的一种信号均衡装置的结构示意图，如图3所示，该信号均衡装置包括：粗判决模块01，分支选择模块02，以及依次连接的均衡模块03、滤波模块04和MLSE模块05，粗判决模块01的输入端与均衡模块03连接，粗判决模块01的输出端与分支选择模块02连接，分支选择模块02的输出端与MLSE模块05连接。
均衡模块03用于对输入的初始信号进行均衡处理，得到均衡信号；滤波模块04用于对均衡信号进行滤波处理，得到滤波信号；粗判决模块01用于根据均衡信号的分布情况，从均衡信号对应的初始电平中选取至少两个电平作为目标电平，该目标电平的电平数目小于初始电平的电平数目；分支选择模块02用于确定与目标电平对应的目标路径分支；MLSE模块05用于在目标路径分支中确定滤波信号的最优路径分支。
需要说明的是，在本发明实施例中，MLSE模块确定的最优路径分支为最短路径分支。实际应用中，MLSE模块可以包括n时刻分支度量计算单元、累积分支度量计算单元和最优路径选择单元，最优路径选择单元可以基于累积分支度量计算单元的计算结果，从多条目标路径分支中选取最短路径分支作为最优路径分支，MLSE模块中各个单元的功能可以参考相关技术，在此不做赘述。
综上所述，本申请实施例提供的信号均衡装置，先通过粗判决模块根据均衡信号的分布情况，减少均衡信号对应的电平的电平数目以得到目标电平，再通过分支选择模块确定与目标电平对应的目标路径分支，由于目标电平的电平数目小于初始电平的电平数目，因此目标路径分支的数量小于初始电平对应的路径分支的数量，与相关技术相比，减少了MLSE模块所需计算的路径分支数，从而减少了光接收机中的DSP在信号均衡过程中消耗的资源。
其中，粗判决模块还可以用于：计算均衡信号与初始电平中的每个电平在时域上的距离；并将在时域上与均衡信号的距离最小的至少两个电平确定为目标电平。
可选的，均衡模块03可以为FFE、DFE或MAP均衡器，对均衡模块所采用的均衡器的类型不做限定，在本申请实施例中，以均衡模块为FFE为例进行说明。滤波模块04可以为后置滤波器(postfilter)，后置滤波器可以用于控制信道记忆长度，以实现资源的可控。
可选的，当目标电平的电平数目为2时，MLSE模块可以被配置为二进制开关键控(On-Off Keying；OOK)解调格式。
进一步的，如图4A和图4B所示，信号均衡装置还可以包括：滤波系数计算模块06，滤波系数计算模块06的输入端与均衡模块03连接。
滤波系数计算模块06可以用于根据均衡信号的信号特征，计算滤波模块04的滤波系数，并向滤波模块04提供滤波系数pf_coef。
需要说明的是，FFE输出的均衡信号中的噪声为有色噪声，滤波系数计算模块可以计算有色噪声的相关性，并将计算得到的相关性确定为滤波模块的滤波系数。
在本申请实施例中，分支选择模块可以用于通过不同方式确定与目标电平对应的目标路径分支，本申请实施例以以下两种为例进行说明：
在第一种方式中，如图4A所示，滤波系数计算模块06还用于向分支选择模块02提供滤波系数pf_coef；分支选择模块02可以用于基于滤波系数和目标电平，计算目标路径分支。
在第二种方式中，如图4B所示，信号均衡装置还可以包括：路径分支计算模块07，路径分支计算模块07的输出端与分支选择模块02连接。
其中，滤波系数计算模块06还可以用于向路径分支计算模块07提供滤波系数pf_coef；路径分支计算模块07可以用于基于滤波系数和初始电平，计算初始路径分支；相应的，分支选择模块02可以用于基于目标电平，在初始路径分支中选取目标路径分支。
可选的，当滤波模块的调制阶数为L，目标电平的电平数目为M时，目标路径分支的个数为ML，其中，M和L均为大于1的整数。
进一步的，如图5所示，信号均衡装置还可以包括与MLSE模块05的输出端连接的映射模块08，映射模块08的输入端还与粗判决模块01的输出端连接。
映射模块08用于根据预设映射规则，基于预设时刻周期内各个时刻的目标电平，将预设时刻周期内的最优路径分支映射得到预设时刻周期内的最优电平，并输出最优电平，最优电平中的电平数目与预设时刻周期内的时刻数目相同，最优电平中的电平值均为初始电平中的电平值。
需要说明的是，映射模块中记录有预设时刻周期内每个时刻的目标电平，且各个时刻的目标电平按时刻先后顺序排列。由于各个时刻的目标电平可能不同，而MLSE模块输出的最优路径分支是基于与目标电平对应的目标路径分支确定的，因此映射模块需要根据各个时刻的目标电平将最优路径分支映射得到最优电平。
示例的，假设初始电平的电平数目为4，目标电平的电平数目为2，则MLSE模块输出的最优路径分支中的每个位置(一个位置对应一个时刻)有两种可能，该两种可能分别对应该时刻的目标电平中的2个电平值，因此映射模块在将预设时刻周期内的最优路径分支映射得到最优电平时，需要使用该预设时刻周期内各个时刻的目标电平。
可选的，每个预设时刻周期可以包括64个时刻或128个时刻。
进一步的，映射模块输出的最优电平可以由译码器进行译码，译码器可以为前向纠错码(英文：Forward Error Correction；简称：FEC)译码器，在本申请实施例中，为了保证信号均衡装置输出的信号的误码率低于6E-3，以满足FEC译码器的门限要求，均衡信号的误码率不大于E-1量级。
需要说明的是，当信号的初始电平的电平数目为N，目标电平的电平数目为M，滤波模块的调制阶数为L时，本申请实施例提供的信号均衡装置消耗的资源是相关技术中的信号均衡装置消耗的资源的NL/ML，调制阶数越高，节省的资源越多。
本申请实施例提供的信号均衡装置可以为强度调制系统或相位调制系统，当信号均衡装置为强度调制系统时，上述初始信号可以为PAM4信号或PAM16信号等；当信号均衡装置为相位调制系统时，上述初始信号可以为正交幅度调制(Quadrature AmplitudeModulation；QAM)信号等。
示例的，本申请实施例以信号均衡装置为强度调制系统为例，对上述各个模块的功能分别进行说明，假设初始信号为PAM4信号，信道记忆长度为1(即滤波模块的调制阶数为2)，PAM4信号的初始电平为-3，-1，1和3，目标电平的电平数目为2。则各个模块的功能说明分别如下：
第一，对粗判决模块的功能说明包括：
粗判决模块的判决依据可以为：当均衡信号小于-1时，判定目标电平为-3和-1；当均衡信号不小于-1且不大于1时，判定目标电平为-1和1；当均衡信号大于1时，判定目标电平为1和3。
粗判决模块对PAM4信号的判决原理如下：
首先，PAM4信号到达FFE后，通过FFE对信号进行均衡处理，输出的均衡信号无ISI且非线性，但是均衡信号中的噪声变成了有色噪声；然后，通过滤波模块对均衡信号进行滤波处理，输出的滤波信号中的噪声为白噪声。
图6是白噪声和有色噪声下的PAM4信号的误码率与判决阈值的关系示意图，如图6所示，横坐标表示判决阈值为Q时的误码率BER(Q)，纵坐标表示判决阈值为2Q时的误码率BER(2Q)，其中，Q为FFE输出的均衡信号的信噪比(SNR)，可以基于对均衡信号进行硬判后得到的误码率确定，即可以根据均衡信号的误码率确定硬判的判决阈值。当FFE输出的均衡信号的误码率低于E-1量级时，从图6所示的关系示意图中可以看出，当判决阈值为2Q时，对均衡信号进行粗判的误码率低于0.2％，即粗判的正确率可以高于99.8％。其中，硬判的误码率越低，粗判的正确率越高。
需要说明的是，PAM4信号的判决点为-3，-1，1，3，若采用的判决阈值为2Q(当均衡信号的误码率低于E-1量级，Q约为1)，基于上述原理可知，当均衡信号的值位于任意两个判决点之间时，将该均衡信号判定为位于相邻两个判决点之间的概率为99.8％。
示例的，当发送端发送的信号的电平为-1时，经过信号传输系统后落入区域[1，3]概率极小(小于0.2％)，若FFE输出的均衡信号小于-1时，粗判决模块判定目标电平为-3和-1；若FFE输出的均衡信号不小于-1且不大于1时，粗判决模块判定目标电平为-1和1，该两种情况下粗判决模块均能够对该信号粗判正确，因此可以采用上述判决依据。
需要说明的是，采用上述判决依据通过粗判决模块对PAM4信号进行粗判后，可以将PAM4信号的4电平降为2电平。
可选的，每个电平可以对应一个位置标识，例如，PAM4信号的电平-3，-1，1和3，可以分别对应位置标识1，2，3和4，则可以将每个时刻的目标电平映射为位置信息。位置信息可以定义为position(n，n1，n2)，表示n时刻的目标电平的位置标识为n1和n2，n1和n2为相邻的两个位置标识。
由于每个时刻的目标电平的电平数目均为2，因此各个时刻的目标电平的位置信息可以表示为position(n，1:2)＝[idx1，idx2]，其中，idx1和idx2均为位置标识。当n时刻的目标电平为-3，-1时，位置信息position(n，1:2)＝[1，2]；当n时刻的目标电平为-1，1时，位置信息position(n，1:2)＝[2，3]；当n时刻的目标电平为1，3时，位置信息position(n，1:2)＝[3，4]。
第二，对分支选择模块的功能说明包括：
分支选择模块可以根据粗判决模块在n-1时刻输出的2个电平和在n时刻输出的2个电平，以及滤波系数计算模块在n时刻计算得到的滤波系数，确定n时刻的路径分支。由于信号传输系统具有时变性，滤波系数计算模块可以实时计算均衡信号中的噪声相关性以得到滤波系数。
可选的，当滤波模块的调制阶数为2时，滤波系数计算模块在n时刻计算得到的滤波系数可以为[c，1]，其中，c为n-1时刻的均衡信号的权值系数，1为n时刻的均衡信号的权值系数，相应的，n时刻输入MLSE模块的滤波信号pf_dout(n)＝FFE(n-1)*c+FFE(n)；或者，c为n时刻的均衡信号的权值系数，1为n+1时刻的均衡信号的权值系数，相应的，n时刻输入MLSE模块的滤波信号pf_dout(n)＝FFE(n)*c+FFE(n+1)。
需要说明的是，路径分支的计算公式可以为：State(idx1，idx2)＝sym(idx1)*c+sym(idx2)，其中，sym(idx)表示位置标识为idx的电平。由于idx1和idx2均为位置标识，即idx1和idx2均可以取1，2，3和4中的一个，因此4电平下的路径分支为一4*4的矩阵。
示例的，假设滤波系数计算模块在n时刻计算得到的滤波系数为[0.1，1]，粗判决模块在n-1时刻输出的电平为-3和-1，在n时刻输出的电平为-1和1。
第一种方式，分支选择模块可以采用路径分支的计算公式直接计算得到n时刻的PAM信号在目标电平下的4个路径分支，该4个路径分支可以表示为：
第二种方式，路径分支计算模块可以采用路径分支的计算公式计算得到n时刻的PAM信号在初始电平下的16个路径分支，该16个路径分支可以表示为：
分支选择模块可以基于目标电平对应的位置信息，从上述16个路径分支中选取目标电平对应的4个路径分支，n时刻选取目标路径分支的公式为：
State_now(n，1:2，1:2)＝State(position(n-1，n1，n2)，position(n，n1，n2))。从目标电平与位置信息的对应关系可以得出，position(n-1，n1，n2)＝[1，2]，position(n，n1，n2)＝[2，3]，表示可以从上述4*4的矩阵中，选取位置为(1，2)，(1，3)，(2，2)和(2，3)的路径分支作为目标路径分支，其中，(1，2)表示矩阵的第一行第二列。
实际应用中，分支选择模块也可以根据粗判决模块在n时刻输出的2个电平和在n+1时刻输出的2个电平，确定n时刻的路径分支，本申请实施例对此不作限定。
需要说明的是，在本申请实施例中，对于PAM4信号，分支选择模块向MLSE模块输入的路径分支数为4，与相关技术相比，MLSE模块所需计算的路径分支数为原来的四分之一，即MLSE模块所需消耗的资源为原来的25％，在保证信号均衡质量的同时，可以达到节约资源的目的。
进一步的，MLSE模块可以被配置为OOK解调格式，MLSE模块可以解调输出OOK的判决信息，该判决信息用于指示最优路径，最优路径可以记为best_trills，OOK的判决信息为0或非0，当判决信息为0时，best_trills可以取1，当判决信息为非0时，best_trills可以取2。其中，MLSE模块可以包括n时刻分支度量计算单元、累积分支度量单元和选择最优路径单元，各个单元的工作原理和过程可以参考相关技术，在此不做赘述。
第三，对映射模块的功能说明包括：
映射模块可以将预设时刻周期内MLSE模块输出的判决信息映射得到最优电平。映射模块在n时刻输出的最优电平值可以表示为：out(n)＝sym(position(n，best_trills(n)))，其中，best_trills(n)为n时刻的最优位置，position(n，best_trills(n))为n时刻的最优位置所映射到的PAM4的最优位置，sym(position(n，best_trills(n)))为n时刻的PAM4的最优位置映射到的最优电平值，该最优电平值即为n时刻的输出。
例如n时刻，判决信息为0，则n时刻的最优位置best_trills(n)为1，假设n时刻的位置信息为2和3，则PAM4的最优位置position(n，best_trills(n))为2，相应的，sym(position(n，best_trills(n)))为-1，即-1为n时刻的最优电平值。
需要说明的是，预设时刻周期内的每个时刻对应一个最优电平值，则映射模块可以输出预设时刻周期内的最优电平。
可选的，每个预设时刻周期内，映射模块可以根据表1确定输出的最优电平。
表1
时刻 目标电平 判决信息 最优位置 PAM4的最优位置 最优电平值
1 -3，-1 0 1 1 -3
2 -1，1 1 2 3 1
… … … … … …
n 1，3 0 1 3 1
… … … … … …
实际应用中，PAM4信号中的电平也可以不设置位置标识，则映射模块可以根据n时刻的最优位置直接映射得到最优电平值，本申请实施例对此不做限定。
需要说明的是，在本申请实施例中，可以将对PAM4信号(对应16个路径分支)进行最优路径求解的MLSE算法简化为对OOK信号(4个路径分支)进行最优路径求解的MLSE算法。
示例的，图7A是直接调制激光器(Direct Modulation Laser；DML)发出的光信号在10公里信号传输系统中传输后，采用如图2所示的相关技术中的信号均衡装置和本申请实施例提供的信号均衡装置对信号均衡的对比图，图7B是电吸收外调制激光器(Electlro-absorption Modulated Laser；EML)发出的光信号采用光背靠背方式在信号传输系统中传输后，分别采用如图2所示的相关技术中的信号均衡装置和本申请实施例提供的信号均衡装置对信号均衡的对比图，如图7A和7B所示，横坐标是接收光功率(Receive Of Power；ROP)，纵坐标是误码率，其中，相关技术中FFE输出的均衡信号的ROP与Ber的关系曲线以及本申请中FFE输出的均衡信号的ROP与Ber的关系曲线均为曲线A，相关技术中映射模块输出的最优电平的ROP与Ber的关系曲线以及本申请中映射模块输出的最优电平的ROP与Ber的关系曲线均为曲线B，因此，从图7A和图7B中可以看出，本申请提供的信号均衡装置的性能与相关技术中的信号均衡装置的性能基本一致，而消耗的资源降低至相关技术中消耗的资源的25％。
需要说明的是，本申请实施例提供的信号均衡装置，不仅减小了资源的消耗，还可以实现PAM4信号和OOK信号的兼容实现，即同一信号均衡装置既可用于PAM4信号的均衡处理，又可用于OOK信号的均衡处理，提高了信号均衡装置的兼容性。
综上所述，本申请实施例提供的信号均衡装置，先通过粗判决模块根据均衡信号的分布情况，减少均衡信号的电平的电平数目以得到目标电平，再通过分支选择模块确定与目标电平对应的目标路径分支，由于目标电平的电平数目小于初始电平的电平数目，因此目标路径分支的数量小于初始电平对应的路径分支的数量，与相关技术相比，减少了MLSE模块所需计算的路径分支数，从而减少了光接收机中的DSP在信号均衡过程中消耗的资源。
本申请实施例提供了一种信号均衡方法，该信号均衡方法可以用于信号均衡装置，如图8所示，该方法包括：
步骤801、对输入的初始信号进行均衡处理，得到均衡信号。
可选的，可以通过前馈均衡器对初始信号进行均衡处理，得到均衡信号。
在本发明实施例中，均衡信号的误码率不大于E-1量级。
可选的，初始信号可以为强度调制信号，例如PAM4信号或PAM16信号等；初始信号也可以为相位调制信号，例如QAM信号等。
步骤802、对均衡信号进行滤波处理，得到滤波信号。
步骤803、根据均衡信号的分布情况，从均衡信号对应的初始电平中选取至少两个电平作为目标电平，目标电平的电平数目小于初始电平的电平数目。
可选的，从均衡信号对应的初始电平中选取至少两个电平作为目标电平的方法可以包括：
计算均衡信号与初始电平中的每个电平在时域上的距离；将在时域上与均衡信号的距离最小的至少两个电平确定为目标电平。
示例的，当初始信号为PAM4信号，从初始电平中选取目标电平的方法可以包括：当均衡信号小于-1时，判定目标电平为-3和-1；当均衡信号不小于-1且不大于1时，判定目标电平为-1和1；当均衡信号大于1时，判定目标电平为1和3。
步骤804、确定与目标电平对应的目标路径分支。
步骤805、在目标路径分支中确定滤波信号的最优路径分支。
需要说明的是，本发明实施例中的最优路径分支即为传输信号的最短路径分支。
可选的，在对均衡信号进行滤波处理，得到滤波信号之前，本申请实施例提供的方法还包括：
根据均衡信号的信号特征，计算滤波系数。
其中，滤波系数是基于计算得到均衡信号中的噪声相关性确定的。
相应的，对均衡信号进行滤波处理，得到滤波信号，包括：
基于滤波系数对均衡信号进行滤波处理，得到滤波信号。
可选的，确定与目标电平对应的目标路径分支，包括：
基于滤波系数和目标电平，计算目标路径分支。
可选的，在计算滤波系数之后，本申请实施例提供的方法还包括：
基于滤波系数和初始电平，计算初始路径分支；
相应的，确定与目标电平对应的目标路径分支，包括：
基于目标电平，在初始路径分支中选取目标路径分支。
可选的，初始信号为4级脉冲幅度调制信号，初始电平为-3，-1，1和3；
当均衡信号小于-1时，目标电平为-3和-1；
当均衡信号不小于-1且不大于1时，目标电平为-1和1；
当均衡信号大于1时，目标电平为1和3。
可选的，在目标路径分支中确定滤波信号的最优路径分支之后，本申请实施例提供的方法还包括：
根据预设映射规则，基于预设时刻周期内各个时刻的目标电平，将预设时刻周期内的最优路径分支映射得到预设时刻周期内的最优电平，并输出最优电平，最优电平中的电平数目与预设时刻周期内的时刻数目相同，最优电平中的电平值均为初始电平中的电平值。
需要说明的是，映射模块中记录有预设时刻周期内每个时刻的目标电平，且各个时刻的目标电平按时刻先后顺序排列。
可选的，预设时刻周期包括64个时刻或128个时刻。
需要说明的是，本申请实施例提供的信号均衡方法的具体实现过程在信号均衡装置实施例中已经进行了详细描述，该信号均衡方法的具体实现过程可以参考上述系统实施例，本实施例在此不再赘述。
综上所述，本申请实施例提供的信号均衡方法，先根据均衡信号的分布情况，减少均衡信号的初始电平的电平数目以得到目标电平，再确定与目标电平对应的目标路径分支，由于目标电平的电平数目小于初始电平的电平数目，因此目标路径分支的数量小于初始电平对应的路径分支的数量，与相关技术相比，减少了MLSE模块所需计算的路径分支数，从而减少了光接收机中的DSP在信号均衡过程中消耗的资源。
本发明实施例提供了一种光接收机，该光接收机包括：存储器，处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现如图8所示的信号均衡方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种信号均衡装置，其特征在于，用于光接收机，所述信号均衡装置包括：粗判决模块，分支选择模块，以及依次连接的均衡模块、滤波模块和最大似然序列估计MLSE模块，所述粗判决模块的输入端与所述均衡模块连接，所述粗判决模块的输出端与所述分支选择模块连接，所述分支选择模块的输出端与所述MLSE模块连接；
所述均衡模块用于对输入的初始信号进行均衡处理，得到均衡信号；
所述滤波模块用于对所述均衡信号进行滤波处理，得到滤波信号；
所述粗判决模块用于根据所述均衡信号的分布情况，从所述均衡信号对应的初始电平中选取至少两个电平作为目标电平，所述目标电平的电平数目小于所述初始电平的电平数目；
所述分支选择模块用于确定与所述目标电平对应的目标路径分支；
所述MLSE模块用于在所述目标路径分支中确定所述滤波信号的最优路径分支。
2.根据权利要求1所述的信号均衡装置，其特征在于，所述粗判决模块还用于：
计算所述均衡信号与所述初始电平中的每个电平在时域上的距离；
将在时域上与所述均衡信号的距离最小的至少两个电平确定为所述目标电平。
3.根据权利要求1或2所述的信号均衡装置，其特征在于，所述均衡模块为前馈均衡器FFE。
4.根据权利要求3所述的信号均衡装置，其特征在于，所述信号均衡装置还包括：滤波系数计算模块，所述滤波系数计算模块的输入端与所述均衡模块连接，
所述滤波系数计算模块用于根据所述均衡信号的信号特征，计算所述滤波模块的滤波系数，并向所述滤波模块提供所述滤波系数。
5.根据权利要求4所述的信号均衡装置，其特征在于，所述滤波系数计算模块还用于向所述分支选择模块提供所述滤波系数；
所述分支选择模块还用于基于所述滤波系数和所述目标电平，计算所述目标路径分支。
6.根据权利要求4所述的信号均衡装置，其特征在于，所述信号均衡装置还包括：路径分支计算模块，所述路径分支计算模块的输出端与所述分支选择模块连接，
所述滤波系数计算模块还用于向所述路径分支计算模块提供所述滤波系数；
所述路径分支计算模块用于基于所述滤波系数和所述初始电平，计算初始路径分支；
所述分支选择模块还用于基于所述目标电平，在所述初始路径分支中选取所述目标路径分支。
7.根据权利要求5或6所述的信号均衡装置，其特征在于，
所述滤波模块的调制阶数为L，所述目标电平的电平数目为M，所述目标路径分支的个数为ML，其中，M和L均为大于1的整数。
8.根据权利要求7所述的信号均衡装置，其特征在于，所述目标电平的电平数目为2，所述MLSE模块被配置为二进制开关键控OOK解调格式。
9.根据权利要求8所述的信号均衡装置，其特征在于，所述初始信号为4级脉冲幅度调制信号，所述初始电平为-3，-1，1和3；
当所述均衡信号小于-1时，所述目标电平为-3和-1；
当所述均衡信号不小于-1且不大于1时，所述目标电平为-1和1；
当所述均衡信号大于1时，所述目标电平为1和3。
10.根据权利要求1所述的信号均衡装置，其特征在于，所述信号均衡装置还包括与所述MLSE模块的输出端连接的映射模块，所述映射模块的输入端还与所述粗判决模块的输出端连接；
所述映射模块用于根据预设映射规则，基于预设时刻周期内各个时刻的所述目标电平，将所述预设时刻周期内的最优路径分支映射得到所述预设时刻周期内的最优电平，并输出所述最优电平，所述最优电平中的电平数目与所述预设时刻周期内的时刻数目相同，所述最优电平中的电平值均为所述初始电平中的电平值。
11.根据权利要求10所述的信号均衡装置，其特征在于，
所述预设时刻周期包括64个时刻或128个时刻。
12.根据权利要求1所述的信号均衡装置，其特征在于，所述信号均衡装置为强度调制系统或相位调制系统。
13.根据权利要求3所述的信号均衡装置，其特征在于，
所述均衡信号的误码率不大于E-1量级。
14.一种信号均衡方法，其特征在于，用于光接收机，所述方法包括：
对输入的初始信号进行均衡处理，得到均衡信号；
对所述均衡信号进行滤波处理，得到滤波信号；
根据所述均衡信号的分布情况，从所述均衡信号对应的初始电平中选取至少两个电平作为目标电平，所述目标电平的电平数目小于所述初始电平的电平数目；
确定与所述目标电平对应的目标路径分支；
在所述目标路径分支中确定所述滤波信号的最优路径分支。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据所述均衡信号的分布情况，从所述均衡信号对应的初始电平中选取至少两个电平作为目标电平，包括：
计算所述均衡信号与所述初始电平中的每个电平在时域上的距离；
将在时域上与所述均衡信号的距离最小的至少两个电平确定为所述目标电平。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述对输入的初始信号进行均衡处理，得到均衡信号，包括：
通过前馈均衡器FFE对所述初始信号进行均衡处理，得到所述均衡信号。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述对所述均衡信号进行滤波处理，得到滤波信号之前，所述方法还包括：
根据所述均衡信号的信号特征，计算滤波系数；
所述对所述均衡信号进行滤波处理，得到滤波信号，包括：
基于所述滤波系数对所述均衡信号进行滤波处理，得到所述滤波信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述确定与所述目标电平对应的目标路径分支，包括：
基于所述滤波系数和所述目标电平，计算所述目标路径分支。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述计算滤波系数之后，所述方法还包括：
基于所述滤波系数和所述初始电平，计算初始路径分支；
所述确定与所述目标电平对应的目标路径分支，包括：
基于所述目标电平，在所述初始路径分支中选取所述目标路径分支。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述初始信号为4级脉冲幅度调制信号，所述初始电平为-3，-1，1和3；
当所述均衡信号小于-1时，所述目标电平为-3和-1；
当所述均衡信号不小于-1且不大于1时，所述目标电平为-1和1；
当所述均衡信号大于1时，所述目标电平为1和3。
21.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述在所述目标路径分支中确定所述滤波信号的最优路径分支之后，所述方法还包括：
根据预设映射规则，基于预设时刻周期内各个时刻的所述目标电平，将所述预设时刻周期内的最优路径分支映射得到所述预设时刻周期内的最优电平，并输出所述最优电平，所述最优电平中的电平数目与所述预设时刻周期内的时刻数目相同，所述最优电平中的电平值均为所述初始电平中的电平值。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，
所述预设时刻周期包括64个时刻或128个时刻。
23.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，
所述均衡信号的误码率不大于E-1量级。
24.一种光接收机，其特征在于，所述光接收机包括：存储器，处理器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现权利要求14至23任一所述的信号均衡方法。
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