CN113746594A - 概率整形编码装置、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种概率整形编码装置、系统及方法。包括：多个数据缓存器、数据调度模块及概率整形编码模块；多个缓存器用于缓存输入的数据块；数据调度模块用于按照设定优先级规则确定目标缓存器，并调度目标缓存器中的数据；概率整形模块用于根据目标缓存获取比特流概率区间和符号概率区间，并根据比特流概率区间和符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码。将输入数据缓存至多个缓存器中，利用数据调度模块对各缓存器中的数据按照设定优先级调度后，由概率整形编码模块进行编码，可以同时对输入的数据并行进行编码，不仅实现对数据传输过程中的概率整形编码，而且可以提高编码的速率。

Description

概率整形编码装置、系统及方法
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种概率整形编码装置、系统及方法。
背景技术
在光纤线路中，影响传输系统的最主要因素是非线性干扰，而非线性干扰主要取决于输入信号光功率的大小和符号分布，从而也就限定了可传输的最大信噪比。传统实现不同等效频谱效率的方法是将两种正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)进行组合，得到一个等效正交振幅调制信号，这种技术也称之为时域混合调制(Timedomain hybrid modulation，TDHM)。但是TDHM仍然基于普通QAM的组合，性能介于组合的两种QAM之间，相当于用速率换取了传输距离，并不能缩小与香农极限的差距。
采用概率整形技术改变星座图不同位置符号出现的概率，让外圈星座点出现频率降低，有利于减小平均功率，相当于增加了最小欧氏距离，从而有更好的传输性能。现有的概率整形编码技术采用固有的速率对数据进行编码，难以满足大吞吐量数据的要求。
发明内容
本申请实施例提供一种概率整形编码装置、系统及方法，实现对数据传输过程中的概率整形编码，可以提高编码的速率。
为实现上述目的，本申请实施例提供了一种概率整形编码装置，其特征在于，包括：多个数据缓存器、数据调度模块及概率整形编码模块；
所述多个缓存器用于缓存输入的数据块；所述数据调度模块用于按照设定优先级规则确定目标缓存器，并调度所述目标缓存器中的数据；所述概率整形模块用于根据所述目标缓存获取比特流概率区间和符号概率区间，并根据所述比特流概率区间和所述符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码；其中，所述缓存器的数量由所述概率整形编码模块编码时所需的脉冲周期确定。
为实现上述目的，本申请实施例提供了一种概率整形编码系统，其特征在于，包括至少一个本申请实施例所述的概率整形编码装置；所述至少一个概率整形编码装置并行工作。
为实现上述目的，本申请实施例提供了一种概率整形编码方法，包括：
根据传输需求及概率分布参数对输入的数据进行分块，获得多个数据块；
将所述多个数据块输入多个缓存器中进行缓存；
按照设定优先级规则确定目标缓存；其中，目标缓存为当前被调度的缓存；
根据所述目标缓存获取比特流概率区间和符号概率区间；
根据所述比特流概率区间和所述符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码。
本申请实施例提供的概率整形编码装置、系统及方法，包括：多个数据缓存器、数据调度模块及概率整形编码模块；多个缓存器用于缓存输入的数据块；数据调度模块用于按照设定优先级规则确定目标缓存器，并调度目标缓存器中的数据；概率整形模块用于根据目标缓存获取比特流概率区间和符号概率区间，并根据比特流概率区间和符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码；其中，缓存器的数量由概率整形编码模块编码时所需的脉冲周期确定。将输入数据缓存至多个缓存器中，利用数据调度模块对各缓存器中的数据按照设定优先级调度后，由概率整形编码模块进行编码，可以同时对输入的数据并行进行编码，不仅实现对数据传输过程中的概率整形编码，而且可以提高编码的速率。
附图说明
图1是本申请实施例中提供的一种概率整形编码装置的结构示意图；
图2是本申请实施例中提供的一种概率整形编码装置的结构示意图；
图3是本申请实施例中提供的一种符号概率区间的数量的更新过程示意图；
图4是本申请实施例中提供的一种概率整形编码装置的结构示意图；
图5是本申请实施例中提供的一种概率整形编码的示例图；
图6是本申请实施例中提供的一种概率整形编码系统的结构示意图；
图7是本申请实施例中提供的一种概率整形编码方法的流程图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特有的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在一个实施例中，图1为本申请实施例提供的一种概率整形编码装置的结构示意图。如图1所示，该装置包括：多个数据缓存器110、数据调度模块120及概率整形编码模块130。
多个缓存器110用于缓存输入的数据块；数据调度模块120用于按照设定优先级规则确定目标缓存器，并调度目标缓存器中的数据；概率整形模块130用于根据目标缓存获取比特流概率区间和符号概率区间，并根据比特流概率区间和符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码；其中，数据缓存器的数量由概率整形编码模块编码时所需的脉冲周期确定。
在一个实施例中，首先将输入数据分块，获得多个数据块，然后将多个数据块分别缓存至缓存器中。缓存器110采用buffer，避免后续的概率整形编码模块130被占用时，保持前级数据仍然能够输入，而不被阻塞。概率整形编码模块130采用除法器进行编码通常需要消耗多个时钟周期才能完成编码，假设需要P个时钟周期，则配置P个缓存器110。每一个缓存器110的存储深度可以设置为数据块的大小。或者设置为连续概率整形次数K与除法器完成一次除法编码消耗的时长，即P个时钟周期，则缓存器110的存储深度为K*P。
其中，设定优先级规则可以是缓存器中已被调度的数据量越小，优先级越高。或者，对缓存器110进行排序，排序越靠前的缓存器，优先级越高。
在一个实施例中，数据调度模块120包括第一调度单元和第二调度单元。其中，第一调度单元用于将各个缓存器中已被调度的数据量最小的缓存器确定为目标缓存；第二调度单元用于当目标缓存为多个时，将目标缓存中排序最低的缓存器确定为最终被调度的缓存。
在一个实施例中，图2为本申请实施例提供的一种概率整形编码装置的结构示意图。如图2所示，概率整形编码模块130包括：第一比特流概率区间生成单元131、符号概率区间生成单元132、比较单元133、第二比特流概率区间生成单元134、比特流概率区间更新单元135和符号概率区间更新单元136；
第一比特流概率区间生成单元121分别与数据调度模块120及比较单元133相连，用于根据被调度的数据初始化比特流概率区间，并将初始化的比特流概率区间发送至比较单元133。
符号概率区间生成单元132与比较单元133相连，用于初始化符号概率区间，并将初始化的符号概率区间发送至比较单元133。
比较单元133分别与第二比特流概率区间生成单元134、比特流概率区间更新单元135及符号概率区间更新单元136相连；比较单元133用于比较比特流概率区间和符号概率区间，若比特流概率区间不是符号概率区间的子集，则生成第一信号，并将第一信号发送至第二比特流概率区间生成单元134；若比特流概率区间是符号概率区间的子集，则生成第二信号及输出数据，并将第二信号发送至比特流概率区间更新单元135和符号概率区间更新单元136，将输出数据输出。
第二比特流概率区间生成单元134还与数据调度模块120相连，用于当接收到第一信号时，根据调度的数据对比特流概率区间进行更新，并将更新后的比特流概率区间发送至比较单元133。比特流概率区间更新单元135用于接收到第二信号时，对比特流概率区间更新单元进行更新。符号概率区间更新单元136用于接收到第二信号时，对符号概率区间进行更新。
其中，第一信号可以理解为“非信号”，第二信号可以理解为“是信号”。
在一个实施例中，输入的比特数据为“0”或“1”，第一比特流概率区间生成单元121根据比特数据的值初始化比特流概率区间，即从比特数据的值对应的概率区间中选择一个区间。第二比特流概率区间生成单元134根据比特数据的值更新比特流概率区间，即从比特数据的值对应的概率区间中重新选择一个区间。
在一个实施例中，比特流概率区间更新单元135包括第一除法器和第二除法器.其中，所述第一除法器用于更新比特流概率区间的上限；第二除法器用于更新比特流概率区间的下限。具体的，根据更新前的比特流概率区间的上下限和符号概率区间的上下限更新比特流概率区间的上下限。
在一个实施例中，符号概率区间更新单元136可以采用除法器对符号概率区间进行更新。本实施例中，为了减少系统中使用除法器的数量，符号概率区间更新单元136为查表更新单元；查表更新单元用于根据更新前的符号概率区间生成查表地址，根据所述查表地址查找更新后的符号概率区间。即符号概率区间更新单元136采用LUT的硬件设计，对于并行的多个概率整形模块，可以复用该LUT表，从而可以降低资源消耗。在光通信系统中，概率整形模块可输出固定数量的符号，假设总数为n，符号1的个数为n1，符号3的个数为n3，且n1+n3＝n。那么符号概率区间包含的概率区间的数量为
Figure BDA0002516806620000031
示例性的，图3为符号1对应的符号概率区间的数量的更新过程。
在一个实施例中，图4是本申请实施例中的一种概率整形编码装置的结构示意图，如图4所示，概率整形编码模块130还包括多个比特流概率区间缓存器137、多个符号概率区间缓存器138及概率区间调度单元139；比特流概率区间缓存器137的数量和符号概率区间缓存器138均与数据缓存器的数量相同，且一一对应。
多个比特流概率区间缓存器137、多个符号概率区间缓存器138均与概率区间调度单元139相连；比特流概率区间缓存器137用于缓存更新后的比特流概率区间；符号概率区间缓存器138用于缓存更新后的符号概率区间；概率区间调度单元139用于当比较单元生成多个第二信号时，根据设定优先级规则将比特流概率区间调度至比特流概率区间更新单元135进行更新，将符号概率区间调度至符号概率区间更新单元136进行更新。
其中，第二信号中携带有数据缓存器的信息，设定优先级规则可以是缓存器中已被调度的数据量越小，优先级越高。或者，对缓存器110进行排序，排序越靠前的缓存器，优先级越高。
示例性的，图5是本申请实施例中的一种概率整形编码的示例图，如图5所示，本实施例中的除法器实现了最大限速的利用，避免除法器任意一级流水出现空闲状态。本申请实施例中数据块间流水编码，数据块内串行编码。该装置对数据块进行并行编码，从而提高编码速率。
在一个实施例中，还包括：双缓存。双缓存用于存储输出数据。其中，双缓存可以采用ping pong buffer。对于每个通道配置一个输出ping pong buffer，当ping buffer进行编码数据输出时，pong buffer可进行数据编码缓存。按照这种方法进行数据ping pong输出。
本申请实施例提供的概率整形编码装置，包括：多个数据缓存器、数据调度模块及概率整形编码模块；多个缓存器用于缓存输入的数据块；数据调度模块用于按照设定优先级规则确定目标缓存器，并调度目标缓存器中的数据；概率整形模块用于根据目标缓存获取比特流概率区间和符号概率区间，并根据比特流概率区间和符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码；其中，缓存器的数量由概率整形编码模块编码时所需的脉冲周期确定。将输入数据缓存至多个缓存器中，利用数据调度模块对各缓存器中的数据按照设定优先级调度后，由概率整形编码模块进行编码，可以同时对输入的数据并行进行编码，不仅实现对数据传输过程中的概率整形编码，而且可以提高编码的速率。
在一个实施例中，图6是本申请实施例中的一种概率整形编码系统的结构示意图。如图6所示，该系统包括至少一个上述实施例所述的概率整形编码装置；且至少一个概率整形编码装置并行工作。
对于每一个概率整形编码装置均配置一个位宽为n的两个寄存器组作为pingpong buffer输出。采用n组ping pong buffer输出可以保证概率整形编码装置输出并行度满足L的需求。采用这种结构输出实现了大吞吐量下的任意并行度结构编码要求。
在一个实施例中，图7是本申请实施例中的一种概率整形编码方法的流程图。以上述实施例为基础，该方法包括如下步骤：
S210，根据传输需求及概率分布参数对输入的数据进行分块，获得多个数据块。
其中，传输需求可以包括比特率及频率效率。具体的，根据传输需求及概率分布参数对输入的数据进行分块的方式可以是：根据传输需求及概率分布参数确定每个数据块包含的数据量；根据每个数据块包含的数据量对输入的数据进行分块。示例性的，数据块包含的数据量为128比特。
S220，将多个数据块输入多个缓存器中进行缓存。
其中，缓存器的数量由概率整形编码所需的脉冲周期来确定。例如，假设需要P个脉冲周期完成一次概率整形编码，则缓存器的数量为P。缓存器的存储深度可以设置为数据块的大小。
具体的，对输入数量分块之后，将数据块分别输入多个缓存器进行缓存。
S230，按照设定优先级规则确定目标缓存。
其中，目标缓存为当前被调度的缓存。设定优先级规则可以是缓存器中已被调度的数据量最小，优先级最高。或者，对缓存器进行排序，排序越靠前的缓存器，优先级越高。
在一个实施例中，按照设定优先级原则确定当前被调度的缓存的方式可以是：获取各路缓存已被调度的数据量；将已被调度的数据量最小的缓存确定为目标缓存。
在一个实施例中，若目标缓存有多个，则将目标缓存中排序最低的缓存确定为最终被调度的缓存。
S240,根据目标缓存获取比特流概率区间和符号概率区间。
根据目标缓存获取比特流概率区间和符号概率区间的方式可以是目标缓存中的上一个数据被概率整形编码后更新后的比特流概率区间和符号概率区间。本实施例中，更新的比特流概率区间和符号概率区间存储于寄存器中，可以根据目标缓存的信息对应的获取到比特流概率区间和符号概率区间。
S250,根据比特流概率区间和符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码。
根据比特流概率区间和符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码的方式可以是：判断比特流概率区间是否为符号概率区间的子集；若是，则根据比特流概率区间和符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码；若否，则根据当前调度的数据对比特流概率区间进行更新，并返回执行判断比特流概率区间是否为符号概率区间的子集的操作，直到比特流概率区间为符号概率区间的子集。
在一个实施例中，在根据所述比特流概率区间和所述符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码之后，还包括如下步骤：对整形编码后的数据按照缓存器通道进行重新组合。将重新组合后的数据输出至下级模块。
本申请实施例的技术方案，根据传输需求及概率分布参数对输入的数据进行分块，获得多个数据块；将多个数据块输入多个缓存器中进行缓存；按照设定优先级规则确定目标缓存；其中，目标缓存为当前被调度的缓存；根据目标缓存获取比特流概率区间和符号概率区间；根据比特流概率区间和符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码。实现对数据传输过程中的概率整形编码，可以提高编码的速率。

Claims (14)

1.一种概率整形编码装置，其特征在于，包括：多个数据缓存器、数据调度模块及概率整形编码模块；
所述多个缓存器用于缓存输入的数据块；所述数据调度模块用于按照设定优先级规则确定目标缓存器，并调度所述目标缓存器中的数据；所述概率整形模块用于根据所述目标缓存获取比特流概率区间和符号概率区间，并根据所述比特流概率区间和所述符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码；其中，所述数据缓存器的数量由所述概率整形编码模块编码时所需的脉冲周期确定。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据调度模块包括第一调度单元和第二调度单元；
所述第一调度单元用于将各个缓存器中已被调度的数据量最小的缓存器确定为目标缓存；所述第二调度单元用于当目标缓存为多个时，将目标缓存中排序最低的缓存器确定为最终被调度的缓存。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述概率整形编码模块包括：第一比特流概率区间生成单元、符号概率区间生成单元、比较单元、第二比特流概率区间生成单元、比特流概率区间更新单元和符号概率区间更新单元；
所述第一比特流概率区间生成单元分别与所述数据调度模块及比较单元相连，用于根据被调度的数据初始化比特流概率区间，并将初始化的比特流概率区间发送至所述比较单元；
所述符号概率区间生成单元与所述比较单元相连，用于初始化符号概率区间，并将初始化的符号概率区间发送至所述比较单元；
所述比较单元分别与所述第二比特流概率区间生成单元、所述比特流概率区间更新单元及符号概率区间更新单元相连；所述比较单元用于比较所述比特流概率区间和所述符号概率区间，若所述比特流概率区间不是所述符号概率区间的子集，则生成第一信号，并将所述第一信号发送至所述第二比特流概率区间生成单元；若所述比特流概率区间是所述符号概率区间的子集，则生成第二信号及输出数据，并将所述第二信号发送至所述比特流概率区间更新单元和所述符号概率区间更新单元，将所述输出数据输出；
所述第二比特流概率区间生成单元还与所述数据调度模块相连，用于当接收到第一信号时，根据调度的数据对所述比特流概率区间进行更新，并将更新后的比特流概率区间发送至所述比较单元；
所述比特流概率区间更新单元用于接收到第二信号时，对所述比特流概率区间更新单元进行更新；
所述符号概率区间更新单元用于接收到第二信号时，对所述符号概率区间进行更新。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述比特流概率区间更新单元包括第一除法器和第二除法器；
所述第一除法器用于更新所述比特流概率区间的上限；所述第二除法器用于更新比特流概率区间的下限。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述符号概率区间更新单元为查表更新单元；所述查表更新单元用于根据更新前的符号概率区间生成查表地址，根据所述查表地址查找更新后的符号概率区间。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述概率整形编码模块还包括多个比特流概率区间缓存器、多个符号概率区间缓存器及概率区间调度单元；所述比特流概率区间缓存器的数量和符号概率区间缓存器均与所述数据缓存器的数量相同，且一一对应；
所述多个比特流概率区间缓存器、多个符号概率区间缓存器均与所述概率区间调度单元相连；比特流概率区间缓存器用于缓存更新后的比特流概率区间；所述符号概率区间缓存器用于缓存更新后的符号概率区间；所述概率区间调度单元用于当所述比较单元生成多个第二信号时，根据所述设定优先级规则将比特流概率区间调度至比特流概率区间更新单元进行更新，将符号概率区间调度至所述符号概率区间更新单元进行更新。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：双缓存；所述双缓存用于存储输出数据。
8.一种概率整形编码系统，其特征在于，包括至少一个权利要求1-7任一所述的概率整形编码装置；所述至少一个概率整形编码装置并行工作。
9.一种概率整形编码方法，其特征在于，包括：
根据传输需求及概率分布参数对输入的数据进行分块，获得多个数据块；
将所述多个数据块输入多个缓存器中进行缓存；
按照设定优先级规则确定目标缓存；其中，目标缓存为当前被调度的缓存；
根据所述目标缓存获取比特流概率区间和符号概率区间；
根据所述比特流概率区间和所述符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据传输需求及概率分布参数对输入的数据进行分块，包括：
根据传输需求及概率分布参数确定每个数据块包含的数据量；其中，传输需求包括比特率及频率效率；
根据每个数据块包含的数据量对输入的数据进行分块。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，按照设定优先级原则确定当前被调度的缓存，包括：
获取各路缓存已被调度的数据量；
将已被调度的数据量最小的缓存确定为目标缓存。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将已被调度的数据量最小的缓存确定为目标缓存，包括：
若目标缓存有多个，则将目标缓存中排序最低的缓存确定为最终被调度的缓存。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述比特流概率区间和所述符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码，包括：
判断所述比特流概率区间是否为所述符号概率区间的子集；
若是，则根据所述比特流概率区间和所述符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码；
若否，则根据当前调度的数据对所述比特流概率区间进行更新，并返回执行判断所述比特流概率区间是否为所述符号概率区间的子集的操作。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在根据所述比特流概率区间和所述符号概率区间对当前调度的数据进行概率整形编码之后，还包括：
对整形编码后的数据按照缓存器通道进行重新组合。
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