CN113055321B - 能够抑制突发错误传播的光通信数据接收方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够抑制突发错误传播的光通信数据接收方法和系统，先通过前馈均衡处理，以消除由光纤传输带宽限制引入的符号间干扰，再通过用加权判决反馈均衡器进行均衡处理，以在补偿由光纤色散效应带来的频谱零点损伤的同时，抑制突发错误传播，达到降低误码率的效果，然后通过噪声白化滤波，白化步骤S2‑1和步骤S2‑2所增强的有色放大带内噪声，继而通过最大似然序列估计，消除步骤S2‑3引入的已知的符号间干扰，并进一步抑制加权判决反馈均衡器的短突发连续错误，达到进一步降低误码率的效果，因此，本发明能够同时消除C波段强度调制/直接检测光通信系统中符号间干扰、信号频谱零点损伤和增强有色噪声的信道损伤，具有优越的误码率性能。

Description

能够抑制突发错误传播的光通信数据接收方法和系统

技术领域

本发明涉及光互连通信技术，具体的说是一种能够抑制突发错误传播的光通信数据接收方法和系统。

背景技术

在过去的十年里，由于物联网、高清视频服务和云计算等各种应用的出现，网络流量呈指数级爆炸式增长。为了应对日益增长的网络数据，大型数据中心正在迅速发展。数据中心采用光互连方式传输海量数据，具有容量大、功耗低的特点。由于具有低成本、低功耗、体积小等优点，强度调制/直接检测光通信系统作为100公里范围内光互连的主流技术解决方案，受到了广泛的关注。

在C波段强度调制/直接检测光互连中，由色散引起的信号频谱零点损伤问题是限制容量-距离积提升的主要原因。为了缓解色散引起的信号频谱零点问题，几乎为零色散的O波段强度调制/直接检测光通信系统已得到广泛研究和应用了。然而，实际O波段强度调制/直接检测光通信系统，有远高于0.32dB/km的传输损耗，这严重降低了光信噪比。因此，对由色散效应引起的信号频谱零点损伤进行补偿，对于C波段强度调制/直接检测光通信系统的应用是至关重要的。

对于强度调制/直接检测光通信系统，常用包括判决反馈均衡器在内的数字信号处理技术来消除色散带来的影响。然而，由错误的判决反馈导致的突发错误传播是判决反馈均衡器的主要缺点。突发错误的传播严重地降低了包括最大似然序列估计和前向纠错编码等序列检测的性能，导致较差的误比特率性能，严重限制了其在实际光纤通信中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是：提供一种能够抑制突发错误传播的光通信数据接收方法，以解决C波段强度调制/直接检测光通信系统存在因光纤色散效应引起的信号频谱零点损伤问题，同时，解决采用传统判决反馈均衡器克服前述信号频谱零点损伤问题时存在突发错误传播的问题。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种能够抑制突发错误传播的光通信数据接收方法，用于接收基于C波段强度调制/直接检测技术(即采用C波段激光的IM-DD光纤通信)进行光纤传输的光调制信号；

所述的光通信数据接收方法包括：

步骤S1、通过直接检测和模数转换，将所述光调制信号转换为数字信号；

步骤S2、对所述数字信号进行消除信道损伤的补偿处理，包括：

步骤S2-1、用前馈均衡器对所述数字信号进行前馈均衡处理，以消除由光纤传输带宽限制引入的符号间干扰，得到前馈均衡信号；

步骤S3、对所述步骤S2输出的数据以对应光调制信号调制方式的解调方式进行解码，得到比特序列形式的接收数据；

其特征在于：

所述步骤S2还包括：

步骤S2-2、用所述的加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，得到加权判决反馈均衡信号；

步骤S2-3、对所述加权判决反馈均衡信号进行噪声白化滤波，得到均衡滤波信号；

步骤S2-4、对所述均衡滤波信号进行最大似然序列估计，输出恢复的符号数据，所述步骤S3也即对该恢复的符号数据进行解码，其中，所述最大似然序列估计可以用Viterbi算法或BCJR算法实现。

优选的：所述加权判决反馈均衡器包括：延时器模块、滤波器抽头优化算法模块、乘法器模块、加法器、判决器、置信度计算模块和反馈计算模块；

所述延时器模块对输入的数字输入信号进行延时处理，以并行输出所述数字输入信号在第j-N+1个采样时刻至第j个采样时刻的数值x_j-N+1、x_j-N+2…x_j-1、x_j，其中，N为预设的整数；

所述延时器模块对所述反馈计算模块输出的反馈信号进行延时处理，以并行输出所述反馈信号在第j-L个采样时刻至第j-1个采样时刻的数值

其中，L为预设的整数；

所述滤波器抽头优化算法模块按照滤波器抽头优化算法分别对所述延时器模块的输出进行处理，以并行输出第j-N+1个采样时刻至第j个采样时刻的前馈抽头系数f(x_j-N+1)、f(x_j-N+2)·f(x_j-1)、f(x_j)，以及，第j-L个采样时刻至第j-1个采样时刻的反馈抽头系数

所述滤波器抽头优化算法可以为CMA、LMS和RLS等算法；

所述乘法器模块和加法器配合，对所述延时器模块的输出和所述滤波器抽头优化算法模块的输出进行处理，以输出所述加权判决反馈均衡器的输出信号，该加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值

其中，所述第j个采样时刻也即当前时刻；

所述判决器对所述加法器的输出进行处理，以输出硬判决符号，该硬判决符号在第j个采样时刻的数值

取值为与所述数值s_j最接近的所述数字输入信号所对应调制方式的星座点；例如：如果所述数字输入信号由四阶脉冲幅度调制信号即4-PAM信号转换而来，由于4-PAM信号有-3,-1,1,3该四个星座点，当数值s_j为1.14时，则数值

取值为最接近的星座点1。

所述置信度计算模块对所述加法器和判决器的输出进行处理，以输出置信度，该置信度在第j个采样时刻的数值为：

其中，M为所述数字输入信号所对应调制信号的阶数；例如：如果所述数字输入信号由四阶脉冲幅度调制信号即4-PAM信号转换而来，则M＝4。

所述反馈计算模块对所述加法器、判决器和置信度计算模块的输出进行处理，以输出所述反馈信号，该反馈信号在第j个采样时刻的数值为：

其中，g(γ_j)是以数值γ_j为输入量的单调递增函数g(·)的输出量，且所述单调递增函数g(·)的输出量满足0≤g(γ_j)≤1；其中，所述单调递增函数g(·)可以优选为以下三个函数中的任意一者：

g(γ_j)＝γ_j，其中d_min，a，b都是预设的参数。

其中，所述的加权判决反馈均衡器可以基于ASIC或FPGA实现。

从而，所述的加权判决反馈均衡器在传统判决反馈均衡器的基础上，通过增设置信度计算模块和反馈计算模块，能够在对输入的数字输入信号进行频谱零点损伤补偿的同时，以相对于传统判决反馈均衡器牺牲部分零点损伤补偿能力为代价，达到抑制突发错误传播的效果，解决了传统判决反馈均衡器存在突发错误传播的问题。

优选的：所述步骤S2-2中，当所述光调制信号为PAM信号(脉冲幅度调制信号)时，用一个所述加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，即：因为由所述PAM信号转换得到的前馈均衡信号在每一个采样时刻的数值均为实数，因此，直接以所述前馈均衡信号作为所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，所述加权判决反馈均衡器的输出信号即为所述加权判决反馈均衡信号，其中，所述加权判决反馈均衡器中的采样时刻即步骤S1所述模数转换的采样时刻。

优选的：所述步骤S2-2中，当所述光调制信号为QAM信号(正交幅度调制信号)时，用两个所述加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，即：因为由所述QAM信号转换得到的前馈均衡信号在每一个采样时刻的数值均为复数，因此，以所述前馈均衡信号的复数实部作为第一个所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，以所述前馈均衡信号的复数虚部作为第二个所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，该两个加权判决反馈均衡器的输出信号合成为所述加权判决反馈均衡信号，其中，第一个所述加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值s_j作为所述加权判决反馈均衡信号在第j个采样时刻的复数数值实部，第二个所述加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值s_j作为所述加权判决反馈均衡信号在第j个采样时刻的复数数值虚部，所述加权判决反馈均衡器中的采样时刻即步骤S1所述模数转换的采样时刻。

本发明所要解决的技术问题之二是：提供一种能够抑制突发错误传播的光通信数据接收系统，以解决C波段强度调制/直接检测光通信系统存在因光纤色散效应引起的信号频谱零点损伤问题，同时，解决采用传统判决反馈均衡器克服前述信号频谱零点损伤问题时存在突发错误传播的问题。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种能够抑制突发错误传播的光通信数据接收系统，用于接收基于C波段强度调制/直接检测技术(即采用C波段激光的IM-DD光纤通信)进行光纤传输的光调制信号；

所述的光通信数据接收系统包括：

光电探测器，用于直接检测所述光调制信号，以得到模拟电信号；

模数转换器，用于将所述模拟电信号转换为数字信号；

信道损伤消除单元，用于对所述数字信号进行消除信道损伤的补偿处理；

其中，所述信道损伤消除单元设有前馈均衡器，该前馈均衡器用于对所述数字信号进行前馈均衡处理，以消除由光纤传输带宽限制引入的符号间干扰，得到前馈均衡信号；

解码器，用于对所述信道损伤消除单元输出的数据以对应光调制信号调制方式的解调方式进行解码，得到比特序列形式的接收数据；

其特征在于：

所述信道损伤消除单元还设有：

加权判决反馈均衡子单元，用于通过所述的加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，得到加权判决反馈均衡信号；

噪声白化滤波器，用于对所述加权判决反馈均衡信号进行噪声白化滤波，得到均衡滤波信号；

最大似然序列估计子单元，用于对所述均衡滤波信号进行最大似然序列估计，输出恢复的符号数据，所述步骤S3也即对该恢复的符号数据进行解码，其中，所述最大似然序列估计可以用Viterbi算法或BCJR算法实现。

优选的：所述加权判决反馈均衡器包括：延时器模块、滤波器抽头优化算法模块、乘法器模块、加法器、判决器、置信度计算模块和反馈计算模块；

所述延时器模块对输入的数字输入信号进行延时处理，以并行输出所述数字输入信号在第j-N+1个采样时刻至第j个采样时刻的数值x_j-N+1、x_j-N+2…x_j-1、x_j，其中，N为预设的整数；

所述延时器模块对所述反馈计算模块输出的反馈信号进行延时处理，以并行输出所述反馈信号在第j-L个采样时刻至第j-1个采样时刻的数值

其中，L为预设的整数；

所述滤波器抽头优化算法模块按照滤波器抽头优化算法分别对所述延时器模块的输出进行处理，以并行输出第j-N+1个采样时刻至第j个采样时刻的前馈抽头系数f(x_j-N+1)、f(x_j-N+2)…f(x_j-1)、f(x_j)，以及，第j-L个采样时刻至第j-1个采样时刻的反馈抽头系数

所述滤波器抽头优化算法可以为CMA、LMS和RLS等算法；

所述乘法器模块和加法器配合，对所述延时器模块的输出和所述滤波器抽头优化算法模块的输出进行处理，以输出所述加权判决反馈均衡器的输出信号，该加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值

其中，所述第j个采样时刻也即当前时刻；

所述判决器对所述加法器的输出进行处理，以输出硬判决符号，该硬判决符号在第j个采样时刻的数值

取值为与所述数值s_j最接近的所述数字输入信号所对应调制方式的星座点；例如：如果所述数字输入信号由四阶脉冲幅度调制信号即4-PAM信号转换而来，由于4-PAM信号有-3,-1,1,3该四个星座点，当数值s_j为1.14时，则数值

取值为最接近的星座点1。

所述置信度计算模块对所述加法器和判决器的输出进行处理，以输出置信度，该置信度在第j个采样时刻的数值为：

其中，M为所述数字输入信号所对应调制信号的阶数；例如：如果所述数字输入信号由四阶脉冲幅度调制信号即4-PAM信号转换而来，则M＝4。

所述反馈计算模块对所述加法器、判决器和置信度计算模块的输出进行处理，以输出所述反馈信号，该反馈信号在第j个采样时刻的数值为：

其中，g(γ_j)是以数值γ_j为输入量的单调递增函数g(·)的输出量，且所述单调递增函数g(·)的输出量满足0≤g(γ_j)≤1；其中，所述单调递增函数g(·)可以优选为以下三个函数中的任意一者：

g(γ_j)＝γ_j，其中d_min，a，b都是预设的参数。

其中，所述的加权判决反馈均衡器可以基于ASIC或FPGA实现。

从而，所述的加权判决反馈均衡器在传统判决反馈均衡器的基础上，通过增设置信度计算模块和反馈计算模块，能够在对输入的数字输入信号进行频谱零点损伤补偿的同时，以相对于传统判决反馈均衡器牺牲部分零点损伤补偿能力为代价，达到抑制突发错误传播的效果，解决了传统判决反馈均衡器存在突发错误传播的问题。

优选的：当所述光调制信号为PAM信号(脉冲幅度调制信号)时，所述加权判决反馈均衡单元通过一个所述加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，即：因为由所述PAM信号转换得到的前馈均衡信号在每一个采样时刻的数值均为实数，因此，直接以所述前馈均衡信号作为所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，所述加权判决反馈均衡器的输出信号即为所述加权判决反馈均衡信号，其中，所述加权判决反馈均衡器中的采样时刻即所述模数转换器的采样时刻。

优选的：当所述光调制信号为QAM信号(正交幅度调制信号)时，所述加权判决反馈均衡单元通过两个所述加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，即：因为由所述QAM信号转换得到的前馈均衡信号在每一个采样时刻的数值均为复数，因此，以所述前馈均衡信号的复数实部作为第一个所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，以所述前馈均衡信号的复数虚部作为第二个所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，该两个加权判决反馈均衡器的输出信号合成为所述加权判决反馈均衡信号，其中，第一个所述加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值s_j作为所述加权判决反馈均衡信号在第j个采样时刻的复数数值实部，第二个所述加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值s_j作为所述加权判决反馈均衡信号在第j个采样时刻的复数数值虚部，所述加权判决反馈均衡器中的采样时刻即所述模数转换器的采样时刻。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明的光通信数据接收方法，先通过步骤S2-1的前馈均衡处理，以消除由光纤传输带宽限制引入的符号间干扰，再通过步骤S2-2用加权判决反馈均衡器进行均衡处理，以在补偿由光纤色散效应带来的频谱零点损伤的同时，抑制突发错误传播，达到降低误码率的效果，然后通过步骤S2-3的噪声白化滤波，白化步骤S2-1和步骤S2-2所增强的有色放大带内噪声，继而通过步骤S2-4的最大似然序列估计，消除步骤S2-3引入的已知的符号间干扰，并进一步抑制加权判决反馈均衡器的短突发连续错误，达到进一步降低误码率的效果，因此，本发明能够同时消除C波段强度调制/直接检测光通信系统中符号间干扰、信号频谱零点损伤和增强有色噪声的信道损伤，具有优越的误码率性能。

第二，本发明的光通信数据接收系统，先通过前馈均衡器处理，以消除由光纤传输带宽限制引入的符号间干扰，再通过加权判决反馈均衡子单元进行均衡处理，以在补偿由光纤色散效应带来的频谱零点损伤的同时，抑制突发错误传播，达到降低误码率的效果，然后通过噪声白化滤波器，白化前馈均衡器和加权判决反馈均衡子单元所增强的有色放大带内噪声，继而通过最大似然序列估计子单元，消除噪声白化滤波器引入的已知的符号间干扰，并进一步抑制加权判决反馈均衡器的短突发连续错误，达到进一步降低误码率的效果，因此，本发明能够同时消除C波段强度调制/直接检测光通信系统中符号间干扰、信号频谱零点损伤和增强有色噪声的信道损伤，具有优越的误码率性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明中加权判决反馈均衡器的结构示意图；

图2为本发明的光通信数据接收方法的流程图；

图3为本发明的光通信数据接收系统的结构示意图；

图4为本发明步骤S1得到的数字信号的信号频谱图；

图5为本发明步骤S2-1得到的前馈均衡信号的信号频谱图；

图6为由传统的判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理后得到信号的信号频谱图；

图7为本发明步骤S2-2得到的加权判决反馈均衡信号的信号频谱图；

图8为所述前馈均衡信号经过本发明步骤S2-2处理后和经过传统判决反馈均衡器处理后的错误分布情况对比图；

图9为所述前馈均衡信号经过本发明步骤S2-2至步骤S2-4处理后，以及，所述前馈均衡信号经过传统判决反馈均衡器和步骤S2-3至步骤S2-4处理后的错误分布情况对比图；

图10为步骤S1所述数字信号在无均衡处理时、经过传统判决反馈均衡器处理时、经过本发明的加权判决反馈均衡器处理时、经过传统判决反馈均衡器和最大似然序列估计处理时、经过本发明的加权判决反馈均衡器处理和最大似然序列估计处理时的接收光功率-误码率性能对比图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明进行详细说明，以帮助本领域的技术人员更好的理解本发明的发明构思，但本发明权利要求的保护范围不限于下述实施例，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明之发明构思的前提下，没有做出创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例一

如图2所示，本发明公开了一种能够抑制突发错误传播光通信数据接收方法，用于接收基于C波段强度调制/直接检测技术(即采用C波段激光的IM-DD光纤通信)进行光纤传输的光调制信号；

所述的光通信数据接收方法包括：

步骤S1、通过直接检测和模数转换，将所述光调制信号转换为数字信号；

步骤S2、对所述数字信号进行消除信道损伤的补偿处理，包括：

步骤S2-1、用前馈均衡器对所述数字信号进行前馈均衡处理，以消除由光纤传输带宽限制引入的符号间干扰，得到前馈均衡信号；

步骤S3、对所述步骤S2输出的数据以对应光调制信号调制方式的解调方式进行解码，得到比特序列形式的接收数据；

其特征在于：

所述步骤S2还包括：

步骤S2-2、用实施例一所述的加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，得到加权判决反馈均衡信号；

步骤S2-3、对所述加权判决反馈均衡信号进行噪声白化滤波，得到均衡滤波信号；

步骤S2-4、对所述均衡滤波信号进行最大似然序列估计，输出恢复的符号数据，所述步骤S3也即对该恢复的符号数据进行解码，其中，所述最大似然序列估计可以用Viterbi算法或BCJR算法实现。

以上为本实施例一的基本实施方式，可以在该基本实施方式的基础上做进一步的优化、改进和限定：

优选的：所述步骤S2-2中，当所述光调制信号为PAM信号(脉冲幅度调制信号)时，用一个所述加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，即：因为由所述PAM信号转换得到的前馈均衡信号在每一个采样时刻的数值均为实数，因此，直接以所述前馈均衡信号作为所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，所述加权判决反馈均衡器的输出信号即为所述加权判决反馈均衡信号，其中，所述加权判决反馈均衡器中的采样时刻即步骤S1所述模数转换的采样时刻。

优选的：如图1所示，所述加权判决反馈均衡器，包括：延时器模块1、滤波器抽头优化算法模块、乘法器模块2、加法器3、判决器4、置信度计算模块5和反馈计算模块6；

所述延时器模块1对输入的数字输入信号进行延时处理，以并行输出所述数字输入信号在第j-N+1个采样时刻至第j个采样时刻的数值x_j-N+1、x_j-N+2…x_j-1、x_j，其中，N为预设的整数；

所述延时器模块1对所述反馈计算模块6输出的反馈信号进行延时处理，以并行输出所述反馈信号在第j-L个采样时刻至第j-1个采样时刻的数值

其中，L为预设的整数；

所述滤波器抽头优化算法模块按照滤波器抽头优化算法分别对所述延时器模块1的输出进行处理，以并行输出第j-N+1个采样时刻至第j个采样时刻的前馈抽头系数f(x_j-N+1)、f(x_j-N+2)…f(x_j-1)、f(x_j)，以及，第j-L个采样时刻至第j-1个采样时刻的反馈抽头系数

所述滤波器抽头优化算法可以为CMA、LMS和RLS等算法；

所述乘法器模块2和加法器3配合，对所述延时器模块1的输出和所述滤波器抽头优化算法模块的输出进行处理，以输出所述加权判决反馈均衡器的输出信号，该加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值

其中，所述第j个采样时刻也即当前时刻；

所述判决器4对所述加法器3的输出进行处理，以输出硬判决符号，该硬判决符号在第j个采样时刻的数值

取值为与所述数值s_j最接近的所述数字输入信号所对应调制方式的星座点；例如：如果所述数字输入信号由四阶脉冲幅度调制信号即4-PAM信号转换而来，由于4-PAM信号有-3,-1,1,3该四个星座点，当数值s_j为1.14时，则数值

取值为最接近的星座点1。

所述置信度计算模块5对所述加法器3和判决器4的输出进行处理，以输出置信度，该置信度在第j个采样时刻的数值为：

其中，M为所述数字输入信号所对应调制信号的阶数；例如：如果所述数字输入信号由四阶脉冲幅度调制信号即4-PAM信号转换而来，则M＝4。

所述反馈计算模块6对所述加法器3、判决器4和置信度计算模块5的输出进行处理，以输出所述反馈信号，该反馈信号在第j个采样时刻的数值为：

其中，g(γ_j)是以数值γ_j为输入量的单调递增函数g(·)的输出量，且所述单调递增函数g(·)的输出量满足0≤g(γ_j)≤1；其中，所述单调递增函数g(·)可以优选为以下三个函数中的任意一者：

g(γ_j)＝γ_j，其中d_min，a，b都是预设的参数。

其中，所述的加权判决反馈均衡器可以基于ASIC或FPGA实现。

从而，所述的加权判决反馈均衡器在传统判决反馈均衡器的基础上，通过增设置信度计算模块5和反馈计算模块6，能够在对输入的数字输入信号进行频谱零点损伤补偿的同时，以相对于传统判决反馈均衡器牺牲部分零点损伤补偿能力为代价，达到抑制突发错误传播的效果，解决了传统判决反馈均衡器存在突发错误传播的问题。

优选的：所述步骤S2-2中，当所述光调制信号为QAM信号(正交幅度调制信号)时，用两个所述加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，即：因为由所述QAM信号转换得到的前馈均衡信号在每一个采样时刻的数值均为复数，因此，以所述前馈均衡信号的复数实部作为第一个所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，以所述前馈均衡信号的复数虚部作为第二个所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，该两个加权判决反馈均衡器的输出信号合成为所述加权判决反馈均衡信号，其中，第一个所述加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值s_j作为所述加权判决反馈均衡信号在第j个采样时刻的复数数值实部，第二个所述加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值s_j作为所述加权判决反馈均衡信号在第j个采样时刻的复数数值虚部，所述加权判决反馈均衡器中的采样时刻即步骤S1所述模数转换的采样时刻。

下面以某一PAM信号作为所述光调制信号进行试验，说明本发明、传统光通信数据接收方案的技术效果差别：

所述传统光通信数据接收方案为：在完成步骤S1和步骤S2-1后，用传统的判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，再执行步骤S3，其中，将图1所示加权判决反馈均衡器的置信度计算模块5和反馈计算模块6取消，改为以数值

作为反馈，即传统的判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值

图4所示为本发明步骤S1得到的数字信号的信号频谱图，如图可见，光调制信号在经过光纤传输后遭受非常严重的高频损伤和频谱零点损伤。

图5所示为本发明步骤S2-1得到的前馈均衡信号的信号频谱图，如图可见，经过前馈均衡器处理后，信号的高频损伤得到了很好的补偿。

图6所示为所述传统光通信数据接收方案中由传统的判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理后得到信号的信号频谱图，如图可见，经过传统判决反馈均衡器处理后，信号的频谱零点损伤能够得到很好的补偿；但是，传统判决反馈均衡器本身存在突发错误传播的问题。

图7所示为本发明步骤S2-2得到的加权判决反馈均衡信号的信号频谱图，对比图6和图7可见，本发明的步骤S2-2虽然对信号的频谱零点损伤也有所补偿，但其效果却不如传统的判决反馈均衡器好，也即本发明的加权判决反馈均衡器牺牲了部分零点损伤补偿的能力。

图8所示为所述前馈均衡信号经过本发明步骤S2-2处理后和经过传统判决反馈均衡器处理后的错误分布情况对比图，如图可见，采用传统判决反馈均衡器时，突发连续错误的最大长度为10；而本发明步骤S2-2采用加权判决反馈均衡器则可以将突发连续错误的最大长度降低到5，因而，本发明的加权判决反馈均衡器能够以牺牲部分零点损伤补偿的能力为代价，达到抑制突发错误传播的效果。

图9所示为所述前馈均衡信号经过本发明步骤S2-2至步骤S2-4处理后，以及，所述前馈均衡信号经过传统判决反馈均衡器和步骤S2-3至步骤S2-4处理后的错误分布情况对比图，如图可见，步骤S2-3至步骤S2-4也即记忆深度为14的最大似然序列估计并不能明显消除传统判决反馈据衡器的突发连续错误；但是，采用本发明的加权判决反馈均衡器结合记忆深度为14的最大似然序列估计，也即通过本发明步骤S2-2至步骤S2-4处理，可以将突发连续错误的最大长度降低到2，因而，最大似然序列估计可以大大减少加权判决反馈均衡器的短突发连续错误。

图10所示为步骤S1所述数字信号在无均衡处理时、经过传统判决反馈均衡器处理时、经过本发明的加权判决反馈均衡器处理时、经过传统判决反馈均衡器和最大似然序列估计处理时、经过本发明的加权判决反馈均衡器处理和最大似然序列估计处理时的接收光功率-误码率性能对比图，如图可见：

在无均衡处理时，即使随着接收光功率增加，误码率也没有下降的趋势。

在经过步骤S2-1所述前馈均衡器处理，再经过传统判决反馈均衡器处理时，或者，再经过本发明步骤S2-2的加权判决反馈均衡器处理时，随着接收光功率增加，误码率有下降趋势。另外，由于加权判决反馈均衡器通过牺牲部分零点损伤补偿的能力来抑制突发错误传播，其性能是劣于传统判决反馈据衡器的。

在结合最大似然序列估计进行处理时，无论是传统判决反馈均衡器，还是本发明步骤S2-2的加权判决反馈均衡器，均能使误码率进一步下降。但是，由于加权判决反馈均衡器抑制了突发错误传播，使得突发错误长度变短，这样有利于最大似然序列估计工作，因而最大似然序列估计能够进一步减少加权判决反馈均衡器的突发短连续错误，进一步降低误码率，使得本发明步骤S2-2的加权判决反馈均衡器结合最大似然序列估计的性能优于采用判决反馈均衡器的情况。

可以看到，当接收光功率达到-7dBm及以上时，本发明采用前馈均衡器、加权判决反馈均衡器、噪声白化滤波器和最大似然序列估计联合的光通信数据接收方法，其误码率达到7％硬判决前向纠错门限。说明本发明在处理C波段强度调制/直接检测光通信系统中严重的损伤方面具有较大优势。系统误码率折线图说明上述系统确实可行。

因此，由图8、图9和图10所示的结果可以证明，本发明的光通信数据接收方法和系统，可有效抑制判决反馈均衡器突发错误传播，消除C波段强度调制/直接检测光通信系统中符号间干扰、信号频谱零点损伤和增强的有色噪声等信道损伤。相比基于传统的判决反馈均衡器算法，本发明具有近似的信号频谱零点损伤补偿功能，但由于本发明可有效抑制判决反馈均衡器突发错误传播，因此本发明方法在能够更加有效地解决C波段强度调制/直接检测光通信系统中的信道损伤问题。

经上述试验证明，本发明的光通信数据接收方法和系统能实现C波段强度调制/直接检测光通信系统中的信道损伤消除的功能。因此，本发明基于前馈均衡器、加权判决反馈均衡器、噪声白化滤波器和最大似然序列估计联合的算法能达到与前馈均衡器、传统判决反馈均衡器、噪声白化滤波器和最大似然检测联合算法类似的良好信号频谱零点损伤补偿性能，但是，由于本发明采用加权判决反馈均衡器替换了传统的判决反馈据衡器，通过牺牲部分零点损伤补偿的能力来抑制突发错误传播，使得突发错误长度变短，有利于最大似然序列估计进一步减少错误传播。因此，本发明一种判决反馈均衡器突发错误传播的抑制方法能够抑制突发错误传播，进一步降低通信系统误码率。

实施例二

如图3所示，本发明还公开了一种实现上述光通信数据接收方法的系统，即：一种能够抑制突发错误传播光通信数据接收系统，用于接收基于C波段强度调制/直接检测技术(即采用C波段激光的IM-DD光纤通信)进行光纤传输的光调制信号；

所述的光通信数据接收系统包括：

光电探测器，用于直接检测所述光调制信号，以得到模拟电信号；

模数转换器，用于将所述模拟电信号转换为数字信号；

信道损伤消除单元，用于对所述数字信号进行消除信道损伤的补偿处理；

其中，所述信道损伤消除单元设有前馈均衡器，该前馈均衡器用于对所述数字信号进行前馈均衡处理，以消除由光纤传输带宽限制引入的符号间干扰，得到前馈均衡信号；

解码器，用于对所述信道损伤消除单元输出的数据以对应光调制信号调制方式的解调方式进行解码，得到比特序列形式的接收数据；

其特征在于：

所述信道损伤消除单元还设有：

加权判决反馈均衡子单元，用于通过实施例一所述的加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，得到加权判决反馈均衡信号；

噪声白化滤波器，用于对所述加权判决反馈均衡信号进行噪声白化滤波，得到均衡滤波信号；

最大似然序列估计子单元，用于对所述均衡滤波信号进行最大似然序列估计，输出恢复的符号数据，所述步骤S3也即对该恢复的符号数据进行解码，其中，所述最大似然序列估计可以用Viterbi算法或BCJR算法实现。

以上为本实施例二的基本实施方式，可以在该基本实施方式的基础上做进一步的优化、改进和限定：

优选的：当所述光调制信号为PAM信号(脉冲幅度调制信号)时，所述加权判决反馈均衡单元通过一个所述加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，即：因为由所述PAM信号转换得到的前馈均衡信号在每一个采样时刻的数值均为实数，因此，直接以所述前馈均衡信号作为所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，所述加权判决反馈均衡器的输出信号即为所述加权判决反馈均衡信号，其中，所述加权判决反馈均衡器中的采样时刻即所述模数转换器的采样时刻。

优选的：如图1所示，所述加权判决反馈均衡器，包括：延时器模块1、滤波器抽头优化算法模块、乘法器模块2、加法器3、判决器4、置信度计算模块5和反馈计算模块6；

所述延时器模块1对输入的数字输入信号进行延时处理，以并行输出所述数字输入信号在第j-N+1个采样时刻至第j个采样时刻的数值x_j-N+1、x_j-N+2…x_j-1、x_j，其中，N为预设的整数；

所述延时器模块1对所述反馈计算模块6输出的反馈信号进行延时处理，以并行输出所述反馈信号在第j-L个采样时刻至第j-1个采样时刻的数值

其中，L为预设的整数；

所述滤波器抽头优化算法模块按照滤波器抽头优化算法分别对所述延时器模块1的输出进行处理，以并行输出第j-N+1个采样时刻至第j个采样时刻的前馈抽头系数f(x_j-N+1)、f(x_j-N+2)…f(x_j-1)、f(x_j)，以及，第j-L个采样时刻至第j-1个采样时刻的反馈抽头系数

所述滤波器抽头优化算法可以为CMA、LMS和RLS等算法；

所述乘法器模块2和加法器3配合，对所述延时器模块1的输出和所述滤波器抽头优化算法模块的输出进行处理，以输出所述加权判决反馈均衡器的输出信号，该加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值

其中，所述第j个采样时刻也即当前时刻；

所述判决器4对所述加法器3的输出进行处理，以输出硬判决符号，该硬判决符号在第j个采样时刻的数值

取值为与所述数值s_j最接近的所述数字输入信号所对应调制方式的星座点；例如：如果所述数字输入信号由四阶脉冲幅度调制信号即4-PAM信号转换而来，由于4-PAM信号有-3,-1,1,3该四个星座点，当数值s_j为1.14时，则数值

取值为最接近的星座点1。

所述置信度计算模块5对所述加法器3和判决器4的输出进行处理，以输出置信度，该置信度在第j个采样时刻的数值为：

其中，M为所述数字输入信号所对应调制信号的阶数；例如：如果所述数字输入信号由四阶脉冲幅度调制信号即4-PAM信号转换而来，则M＝4。

所述反馈计算模块6对所述加法器3、判决器4和置信度计算模块5的输出进行处理，以输出所述反馈信号，该反馈信号在第j个采样时刻的数值为：

其中，g(γ_j)是以数值γ_j为输入量的单调递增函数g(·)的输出量，且所述单调递增函数g(·)的输出量满足0≤g(γ_j)≤1；其中，所述单调递增函数g(·)可以优选为以下三个函数中的任意一者：

g(γ_j)＝γ_j，其中d_min，a，b都是预设的参数。

其中，所述的加权判决反馈均衡器可以基于ASIC或FPGA实现。

从而，所述的加权判决反馈均衡器在传统判决反馈均衡器的基础上，通过增设置信度计算模块5和反馈计算模块6，能够在对输入的数字输入信号进行频谱零点损伤补偿的同时，以相对于传统判决反馈均衡器牺牲部分零点损伤补偿能力为代价，达到抑制突发错误传播的效果，解决了传统判决反馈均衡器存在突发错误传播的问题。

优选的：当所述光调制信号为QAM信号(正交幅度调制信号)时，所述加权判决反馈均衡单元通过两个所述加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，即：因为由所述QAM信号转换得到的前馈均衡信号在每一个采样时刻的数值均为复数，因此，以所述前馈均衡信号的复数实部作为第一个所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，以所述前馈均衡信号的复数虚部作为第二个所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，该两个加权判决反馈均衡器的输出信号合成为所述加权判决反馈均衡信号，其中，第一个所述加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值s_j作为所述加权判决反馈均衡信号在第j个采样时刻的复数数值实部，第二个所述加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值s_j作为所述加权判决反馈均衡信号在第j个采样时刻的复数数值虚部，所述加权判决反馈均衡器中的采样时刻即所述模数转换器的采样时刻。

上述实施例一所述以某一PAM信号作为所述光调制信号进行的试验，其试验过程和试验结果同样适用于本发明的光通信数据接收系统，在此不再赘述。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种能够抑制突发错误传播的光通信数据接收方法，用于接收基于C波段强度调制/直接检测技术进行光纤传输的光调制信号；

所述的光通信数据接收方法包括：

步骤S1、通过直接检测和模数转换，将所述光调制信号转换为数字信号；

步骤S2、对所述数字信号进行消除信道损伤的补偿处理，包括：

步骤S2-1、用前馈均衡器对所述数字信号进行前馈均衡处理，得到前馈均衡信号；

步骤S3、对所述步骤S2输出的数据进行解码，得到接收数据；

其特征在于：

所述步骤S2还包括：

步骤S2-2、用加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，得到加权判决反馈均衡信号；

步骤S2-3、对所述加权判决反馈均衡信号进行噪声白化滤波，得到均衡滤波信号；

步骤S2-4、对所述均衡滤波信号进行最大似然序列估计，输出恢复的符号数据；

所述加权判决反馈均衡器包括：延时器模块(1)、滤波器抽头优化算法模块、乘法器模块(2)、加法器(3)、判决器(4)、置信度计算模块(5)和反馈计算模块(6)；

所述延时器模块(1)对输入的数字输入信号进行延时处理，以并行输出所述数字输入信号在第j-N+1个采样时刻至第j个采样时刻的数值x_j-N+1、x_j-N+2…x_j-1、x_j，其中，N为预设的整数；

所述延时器模块(1)对所述反馈计算模块(6)输出的反馈信号进行延时处理，以并行输出所述反馈信号在第j-L个采样时刻至第j-1个采样时刻的数值

其中，L为预设的整数；

所述滤波器抽头优化算法模块按照滤波器抽头优化算法分别对所述延时器模块(1)的输出进行处理，以并行输出第j-N+1个采样时刻至第j个采样时刻的前馈抽头系数f(x_j-N+1)、f(x_j-N+2)…f(x_j-1)、f(x_j)，以及，第j-L个采样时刻至第j-1个采样时刻的反馈抽头系数

所述乘法器模块(2)和加法器(3)配合，对所述延时器模块(1)的输出和所述滤波器抽头优化算法模块的输出进行处理，以输出所述加权判决反馈均衡器的输出信号，该加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值

其中，所述第j个采样时刻也即当前时刻；

所述判决器(4)对所述加法器(3)的输出进行处理，以输出硬判决符号，该硬判决符号在第j个采样时刻的数值

取值为与所述数值s_j最接近的所述数字输入信号所对应调制方式的星座点；

所述置信度计算模块(5)对所述加法器(3)和判决器(4)的输出进行处理，以输出置信度，该置信度在第j个采样时刻的数值为：

其中，M为所述数字输入信号所对应调制信号的阶数；

所述反馈计算模块(6)对所述加法器(3)、判决器(4)和置信度计算模块(5)的输出进行处理，以输出所述反馈信号，该反馈信号在第j个采样时刻的数值为：

其中，g(γ_j)是以数值γ_j为输入量的单调递增函数g(.)的输出量，且所述单调递增函数g(.)的输出量满足0≤g(γ_j)≤1。

2.根据权利要求1所述能够抑制突发错误传播的光通信数据接收方法，其特征在于：所述步骤S2-2中，当所述光调制信号为PAM信号时，用一个所述加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，即：直接以所述前馈均衡信号作为所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，所述加权判决反馈均衡器的输出信号即为所述加权判决反馈均衡信号。

3.根据权利要求1所述能够抑制突发错误传播的光通信数据接收方法，其特征在于：所述步骤S2-2中，当所述光调制信号为QAM信号时，用两个所述加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，即：以所述前馈均衡信号的复数实部作为第一个所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，以所述前馈均衡信号的复数虚部作为第二个所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，该两个加权判决反馈均衡器的输出信号合成为所述加权判决反馈均衡信号，其中，第一个所述加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值s_j作为所述加权判决反馈均衡信号在第j个采样时刻的复数数值实部，第二个所述加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值s_j作为所述加权判决反馈均衡信号在第j个采样时刻的复数数值虚部。

4.一种能够抑制突发错误传播的光通信数据接收系统，用于接收基于C波段强度调制/直接检测技术进行光纤传输的光调制信号；

所述的光通信数据接收系统包括：

光电探测器，用于直接检测所述光调制信号，以得到模拟电信号；

模数转换器，用于将所述模拟电信号转换为数字信号；

信道损伤消除单元，用于对所述数字信号进行消除信道损伤的补偿处理；

其中，所述信道损伤消除单元设有前馈均衡器，该前馈均衡器用于对所述数字信号进行前馈均衡处理，得到前馈均衡信号；

解码器，用于对所述信道损伤消除单元输出的数据进行解码，得到接收数据；

其特征在于：

所述信道损伤消除单元还设有：

加权判决反馈均衡子单元，用于通过加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，得到加权判决反馈均衡信号；

噪声白化滤波器，用于对所述加权判决反馈均衡信号进行噪声白化滤波，得到均衡滤波信号；

最大似然序列估计子单元，用于对所述均衡滤波信号进行最大似然序列估计，输出恢复的符号数据；

所述加权判决反馈均衡器包括：延时器模块(1)、滤波器抽头优化算法模块、乘法器模块(2)、加法器(3)、判决器(4)、置信度计算模块(5)和反馈计算模块(6)；

所述延时器模块(1)对输入的数字输入信号进行延时处理，以并行输出所述数字输入信号在第j-N+1个采样时刻至第j个采样时刻的数值x_j-N+1、x_j-N+2…x_j-1、x_j，其中，N为预设的整数；

所述延时器模块(1)对所述反馈计算模块(6)输出的反馈信号进行延时处理，以并行输出所述反馈信号在第j-L个采样时刻至第j-1个采样时刻的数值

其中，L为预设的整数；

所述滤波器抽头优化算法模块按照滤波器抽头优化算法分别对所述延时器模块(1)的输出进行处理，以并行输出第j-N+1个采样时刻至第j个采样时刻的前馈抽头系数f(x_j-N+1)、f(x_j-N+2)…f(x_j-1)、f(x_j)，以及，第j-L个采样时刻至第j-1个采样时刻的反馈抽头系数

所述乘法器模块(2)和加法器(3)配合，对所述延时器模块(1)的输出和所述滤波器抽头优化算法模块的输出进行处理，以输出所述加权判决反馈均衡器的输出信号，该加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值

其中，所述第j个采样时刻也即当前时刻；

所述判决器(4)对所述加法器(3)的输出进行处理，以输出硬判决符号，该硬判决符号在第j个采样时刻的数值

取值为与所述数值s_j最接近的所述数字输入信号所对应调制方式的星座点；

所述置信度计算模块(5)对所述加法器(3)和判决器(4)的输出进行处理，以输出置信度，该置信度在第j个采样时刻的数值为：

其中，M为所述数字输入信号所对应调制信号的阶数；

所述反馈计算模块(6)对所述加法器(3)、判决器(4)和置信度计算模块(5)的输出进行处理，以输出所述反馈信号，该反馈信号在第j个采样时刻的数值为：

其中，g(γ_j)是以数值γ_j为输入量的单调递增函数g(.)的输出量，且所述单调递增函数g(.)的输出量满足0≤g(γ_j)≤1。

5.根据权利要求4所述能够抑制突发错误传播的光通信数据接收系统，其特征在于：当所述光调制信号为PAM信号时，所述加权判决反馈均衡单元通过一个所述加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，即：直接以所述前馈均衡信号作为所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，所述加权判决反馈均衡器的输出信号即为所述加权判决反馈均衡信号。

6.根据权利要求4所述能够抑制突发错误传播的光通信数据接收系统，其特征在于：当所述光调制信号为QAM信号时，所述加权判决反馈均衡单元通过两个所述加权判决反馈均衡器对所述前馈均衡信号进行均衡处理，即：以所述前馈均衡信号的复数实部作为第一个所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，以所述前馈均衡信号的复数虚部作为第二个所述加权判决反馈均衡器的数字输入信号，该两个加权判决反馈均衡器的输出信号合成为所述加权判决反馈均衡信号，其中，第一个所述加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值s_j作为所述加权判决反馈均衡信号在第j个采样时刻的复数数值实部，第二个所述加权判决反馈均衡器的输出信号在第j个采样时刻的数值s_j作为所述加权判决反馈均衡信号在第j个采样时刻的复数数值虚部。

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