一种强滤波抵消方法和装置转让专利
申请号 : CN201510355422.5
文献号 : CN106330321B
文献日 : 2019-02-05
发明人 : 周晏 , 邵晨峰
申请人 : 深圳市中兴微电子技术有限公司
摘要 :
本发明公开了一种强滤波抵消方法和装置，所述装置并行设置有N并行均衡器，N＝2n，所述n为正整数，所述方法包括：对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号；根据所述接收信号和理论信号，计算并行输入权重；根据所述并行输入权重，确定硬判结果和对应的软值；根据所述软值和所述硬判结果，确定输出值并输出。
权利要求 :
1.一种强滤波抵消方法，应用于强滤波抵消装置，其特征在于，所述装置并行设置有N并行均衡器，N＝2n，所述n为正整数，所述方法包括：对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号；
根据所述接收信号和理论信号，计算并行输入权重；
根据所述并行输入权重，确定硬判结果和对应的软值；
根据所述软值和所述硬判结果，确定输出值并输出；
其中，所述根据所述并行输入权重，确定硬判结果，包括：将计算得到的所述并行输入权重按预设规则分成第一组和第二组；
确定所述第一组中到达第一指定节点最小的权重值为第一最小权重值，确定所述第二组中到达第二指定节点最小的权重值为第二最小权重值；
根据所述第一最小权重值和第二最小权重值，查询预设的硬判寄存器查询表，得到所述硬判结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述软值和所述硬判结果，确定输出值并输出，包括：当硬判结果为第一设定值时，确定预设的固定值为输出值并输出；
当硬判结果为第二设定值时，确定所述软值为输出值并输出。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号，包括：通过一阶延迟滤波对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述均衡器为四并行均衡器，所述均衡器为维特比viterbi均衡器。
5.一种强滤波抵消装置，其特征在于，所述装置并行设置有N并行均衡器，N＝2n，所述n为正整数，所述装置还包括：权重计算单元，用于对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号；根据所述接收信号和理论信号，计算并行输入权重；
加比选单元，用于根据所述并行输入权重，确定硬判结果和对应的软值；
回溯软值单元，用于根据所述软值和所述硬判结果，确定输出值并输出；
其中，所述加比选单元，用于将计算得到的所述并行输入权重按预设规则分成第一组和第二组；
确定所述第一组中到达第一指定节点最小的权重值为第一最小权重值，确定所述第二组中到达第二指定节点最小的权重值为第二最小权重值；
根据所述第一最小权重值和第二最小权重值，查询预设的硬判寄存器查询表，得到所述硬判结果。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述回溯软值单元，用于当硬判结果为第一设定值时，确定预设的固定值为输出值并输出；
当硬判结果为第二设定值时，确定所述软值为输出值并输出。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述权重计算单元，用于通过一阶延迟滤波对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述均衡器为四并行均衡器，所述均衡器为维特比viterbi均衡器。
说明书 :
一种强滤波抵消方法和装置
技术领域
[0001] 本发明涉及通信技术，特别是一种强滤波抵消方法和装置。
背景技术
[0002] 在传输技术的发展中，光纤被证明是一种不可或缺的媒介。如何用最少量的光纤传输最丰富的信息，出于这种探索，光传输的发展基本经历了以下几个阶段：空分复用(Space Division Multiplexing，SDM)阶段、时分复用(Time Division Multiplexing，TDM)阶段和波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)阶段。
[0003] 在空分复用阶段系统扩容时只能通过铺设新的光缆或者增加新的设备。这样在扩容过程中时间和成本要成倍增加。因此系统扩容找到了一种新的替代方法--时分复用。时分复用阶段一度占据系统扩容的主导地位，后来因为时分复用在升级过程中影响现有业务、在系统升级中缺乏灵活性、最主要的是在高速率阶段特别是40G以后，TDM因为电子器件的传输速率极限，使得TDM系统扩容遇到了天花板效应。这时系统扩容自然走到了波分复用阶段。波分复用以其经济、快速、成熟等特点很快成为系统扩容的主流解决方案。
[0004] 时至今日有线传输依然以密集波分系统为主。但密集波分系统在传输过程中会带来色度色散、偏振膜色散、强滤波效应等诸多问题需要解决。
[0005] 通常，业界采用滤波的方法解决色度色散，采用恒模算法解决偏振膜色散。强滤波效应在10G、40G等阶段对传输性能影响不大，但随着通信技术的发展，原来的40G传输逐渐演变到100G、400G传输，与此同时，在数据传输距离上也在不断的拓展。这样，强滤波效应对密集波分传输性能影响越来越大，但目前还没有抵消强滤波的技术方案。
发明内容
[0006] 为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种强滤波抵消方法和装置。
[0007] 本发明实施例提供一种强滤波抵消方法，应用于强滤波抵消装置，所述装置并行设置有N并行均衡器，N＝2n，所述n为正整数，所述方法包括：
[0008] 对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号；
[0009] 根据所述接收信号和理论信号，计算并行输入权重；
[0010] 根据所述并行输入权重，确定硬判结果和对应的软值；
[0011] 根据所述软值和所述硬判结果，确定输出值并输出。
[0012] 较佳地，所述根据所述并行输入权重，确定硬判结果，包括：
[0013] 将计算得到的所述并行输入权重按预设规则分成第一组和第二组；
[0014] 确定所述第一组中到达第一指定节点最小的权重值为第一最小权重值，确定所述第二组中到达第二指定节点最小的权重值为第二最小权重值；
[0015] 根据所述第一最小权重值和第二最小权重值，查询预设的硬判寄存器查询表，得到所述硬判结果。
[0016] 较佳地，所述根据所述软值和所述硬判结果，确定输出值并输出，包括：
[0017] 当硬判结果为第一设定值时，确定预设的固定值为输出值并输出；
[0018] 当硬判结果为第二设定值时，确定所述软值为输出值并输出。
[0019] 较佳地，所述对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号，包括：
[0020] 通过一阶延迟滤波对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号。
[0021] 较佳地，所述均衡器为四并行均衡器，所述均衡器为维特比viterbi均衡器。
[0022] 本发明实施例提供一种强滤波抵消装置，所述装置并行设置有N并行均衡器，N＝2n，所述n为正整数，所述装置还包括：
[0023] 权重计算单元，用于对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号；根据所述接收信号和理论信号，计算并行输入权重；
[0024] 加比选单元，用于根据所述并行输入权重，确定硬判结果和对应的软值；
[0025] 回溯软值单元，用于根据所述软值和所述硬判结果，确定输出值并输出。
[0026] 较佳地，所述加比选单元，用于将计算得到的所述并行输入权重按预设规则分成第一组和第二组；
[0027] 确定所述第一组中到达第一指定节点最小的权重值为第一最小权重值，确定所述第二组中到达第二指定节点最小的权重值为第二最小权重值；
[0028] 根据所述第一最小权重值和第二最小权重值，查询预设的硬判寄存器查询表，得到所述硬判结果。
[0029] 较佳地，所述回溯软值单元，用于当硬判结果为第一设定值时，确定预设的固定值为输出值并输出；
[0030] 当硬判结果为第二设定值时，确定所述软值为输出值并输出。
[0031] 较佳地，所述权重计算单元，用于通过一阶延迟滤波对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号。
[0032] 较佳地，所述均衡器为四并行均衡器，所述均衡器为维特比viterbi均衡器。
[0033] 由上可知，本发明实施例的技术方案包括：应用于强滤波抵消装置，所述装置并行设置有N并行均衡器，N＝2n，所述n为正整数，对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号；根据所述接收信号和理论信号，计算并行输入权重；根据所述并行输入权重，确定硬判结果和对应的软值；根据所述软值和所述硬判结果，确定输出值并输出。本发明实施例的技术方案能够有效抵消强滤波，保证传输性能。
附图说明
[0034] 图1为本发明提供的一种强滤波抵消方法的一实施例的流程示意图；
[0035] 图2为本发明提供的一种强滤波抵消装置的一实施例的结构示意图；
[0036] 图3为本发明提供的状态转移图；
[0037] 图4为本发明提供的一阶延迟滤波实现的示意图；
[0038] 图5为本发明提供的一种强滤波抵消装置的另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0039] 本发明实施例提供的一种强滤波抵消方法，应用于强滤波抵消装置，所述装置并行设置有N并行均衡器，N＝2n，所述n为正整数，如图1所示，所述方法包括：
[0040] 步骤101、对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号；
[0041] 具体的，所述对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号，包括：
[0042] 通过一阶延迟滤波对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号。
[0043] 在实际应用中，可以采用公式Yk＝(1-α)*Xk+α*Xk-1实现噪声平滑，其中，X为输入信号，Y为接收信号，α为第一参数，所述α可以是大于0小于1的系数，可以根据具体场景而设定；所述k表示当前采样点，所述K-1表示当前采样点之前的采样点。
[0044] 步骤102、根据所述接收信号和理论信号，计算并行输入权重；
[0045] 在实际应用中，可以采用公式W＝(Y-S)2，其中，S表示理论信号。
[0046] 步骤103、根据所述并行输入权重，确定硬判结果和对应的软值；
[0047] 具体的，所述根据所述并行输入权重，确定硬判结果，包括：
[0048] 将计算得到的所述并行输入权重按预设规则分成第一组和第二组；这里，所述第一组和所述第二组的并行输入权重的数量相同，在实际应用中，可以将当前输入为0对应的权重分为组，将当前输入为1对应的权重分为另一组。
[0049] 确定所述第一组中到达第一指定节点最小的权重值为第一最小权重值，确定所述第二组中到达第二指定节点最小的权重值为第二最小权重值；
[0050] 根据所述第一最小权重值和第二最小权重值，查询预设的硬判寄存器查询表，得到所述硬判结果。
[0051] 步骤104、根据所述软值和所述硬判结果，确定输出值并输出。
[0052] 具体的，所述根据所述软值和所述硬判结果，确定输出值并输出，包括：
[0053] 当硬判结果为第一设定值时，确定预设的固定值为输出值并输出；
[0054] 当硬判结果为第二设定值时，确定所述软值为输出值并输出。
[0055] 在实际应用中，可以设定当硬判结果为1时，确定预设的固定值为输出值并输出；当硬判结果为0时，确定所述软值为输出值并输出。
[0056] 这里需要说明的是，本实施例中所述均衡器为四并行均衡器，所述均衡器为维特比viterbi均衡器。
[0057] 可以理解的是，本发明实施例可以应用于光传输设备中。
[0058] 本发明实施例提供了一种强滤波抵消装置，所述装置并行设置有N并行均衡器，N＝2n，所述n为正整数，如图2所示，所述装置还包括：
[0059] 权重计算单元201，用于对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号；根据所述接收信号和理论信号，计算并行输入权重；
[0060] 加比选单元202，用于根据所述并行输入权重，确定硬判结果和对应的软值；
[0061] 回溯软值单元203，用于根据所述软值和所述硬判结果，确定输出值并输出。
[0062] 这里需要说明的是，本实施例中所述均衡器为四并行均衡器，所述均衡器可以为维特比viterbi均衡器。
[0063] 在一实施例中，所述加比选单元，用于将计算得到的所述并行输入权重按预设规则分成第一组和第二组；
[0064] 确定所述第一组中到达第一指定节点最小的权重值为第一最小权重值，确定所述第二组中到达第二指定节点最小的权重值为第二最小权重值；
[0065] 根据所述第一最小权重值和第二最小权重值，查询预设的硬判寄存器查询表，得到所述硬判结果。
[0066] 在一实施例中，所述回溯软值单元，用于当硬判结果为第一设定值时，确定预设的固定值为输出值并输出；
[0067] 当硬判结果为第二设定值时，确定所述软值为输出值并输出。
[0068] 在一实施例中，所述权重计算单元，用于通过一阶延迟滤波对输入信号信道中的噪声进行平滑处理，得到接收信号。
[0069] 本发明实施例所提出的强滤波抵消技术方案，采用N并行viterbi均衡器，所述N的n数量可以是2的幂次方，即2，其中n为正整数。
[0070] 本发明实施例采用一阶延迟滤波平滑信道中的噪声，N并行viterbi均衡器消除信号之间的串扰。本发明实施例在结构上做出了创新，使得采用本发明技术方案的系统面积小，功耗小，吞吐量大，并且硬件实现代价小。本发明实施例的技术方案可以在100G光通信DSP处理芯片中予以实现与验证，系统在真实信道中能够有效的抵消强滤波效应的影响，保证达到128Gbit/s吞吐量情况下，较传统实现面积降低70％，功耗降低70％。
[0071] 下面对本发明的一实施例进行详细介绍，本实施例中采用N＝4来阐述，其他取值实现方案类似。
[0072] 本实施例的具体方案实现分四个步骤：1、通过一阶延迟滤波平滑信道中的噪声；2、计算四并行输入权重值；3、完成加比选单元输出硬判结果和软值；4、根据硬判结果输出回溯软值输出；下面将分步介绍本方法中四个步骤。
[0073] 1、通过一阶延迟滤波平滑信道中的噪声。
[0074] 如图4中，输入信号X经过一阶延迟滤波电路平滑后得到接收信号Yk，具体的，Yk＝(1-α)*Xk+α*Xk-1，Yk-1＝(1-α)*Xk-1+α*Xk-2，Yk-2＝(1-α)*Xk-2+α*Xk-3，Yk-3＝(1-α)*Xk-3+α*Xk-4，其中，按时间先后顺序，k表示第五采样点(当前采样点)，k-1表示第四采样点，k-2表示第三采样点，k-3表示第二采样点，k-4表示第一采样点。图3为状态转移图，如图3所示，图中每条线都包含了8条路径。
[0075] 2、计算四并行输入权重值。
[0076] 下面首先对推导串行输入下的接收信号Yk和对应的权重W进行介绍。
[0077] 首先假设δ为输入信号功率，Xk＝0对应的输入信号功率为-δ，Xk＝1对应的输入信号功率为δ，将所述δ带入上述一阶延迟滤波公式即可得到Yk；接着计算接收信号Y与理论信号S直接差的平方，得到权重W；最后将所有权重中相同项去掉，得到串行输入信号所有情况下，对应的所有权重的相对值，表1为串行输入输出真值表。
[0078]Xk Xk-1 Yk W
-δ -δ -δ (S+δ)2＝S2+2δS+δ2→S
-δ δ -δ*(1-2α) (S+δ(1-2α))2＝S2+2δ(1-2α)S+δ2-4δ2α(1-α)→βS-γ
2 2 2 2
δ -δ δ*(1-2α) (S-δ(1-2α))＝S-2δ(1-2α)S+δ-4δα(1-α)→-βS-γ
δ δ δ (S-δ)2＝S2-2δS+δ2→-S
-δ -δ -δ (S+δ)2＝S2+2δS+δ2→S
-δ δ -δ*(1-2α) (S+δ(1-2α))2＝S2+2δ(1-2α)S+δ2-4δ2α(1-α)→βS-γ
2 2 2 2
δ -δ δ*(1-2α) (S-δ(1-2α))＝S-2δ(1-2α)S+δ-4δα(1-α)→-βS-γ
δ δ δ (S-δ)2＝S2-2δS+δ2→-S
[0079] 表1
[0080] 相应的，对计算并行输入下的接收信号Yk和对应的权重W的介绍如下。
[0081] 首先对于N＝4并行的方案，根据表1，输入00时Y＝-δ，输入01时Y＝-δ*(1-2α)，输入10时Y＝δ*(1-2α)，输入11时Y＝δ，因此可以计算出N＝4并行输入输出第一真值表，如表2所示。
[0082]
[0083]
[0084] 表2
[0085] 其次，设接收到的理论信号为Sk、Sk-1、Sk-2、Sk-3，根据表2中得到的接收信号Yk、Yk-1、Yk-2、Yk-3、参考串行输入下权重的计算方法，可以得到N＝4并行下的每项权重；将各项权重之和依次减去Sk2、Sk-12、Sk-22、Sk-32、4δ2，再除以2δ，减去相同项得到简化的权重W，参见表3所示，表3为N＝4并行输入输出第二真值表。其中第二参数β＝1-2α，第三参数γ＝2·α·(1-α)·δ，第四参数d＝W1-W0，δ＝0.89。
[0086]
[0087]
[0088]
[0089] 表3
[0090] 3、完成加比选单元输出硬判结果和软值。
[0091] 将32个权重值分成两组，选择当前到达节点1的最小权重值作为W0，和到达节点0的最小权重值作为W1；
[0092] 计算
[0093] 当W0，W1等于某一权重时，在加比选单元中通过查找如表4所示的硬判寄存器查询表，选择输出硬判结果 以及 至回溯软值单元的硬判寄存器组中。
[0094] 这里需要说明的是，由表3即可得到图5中权重计算单元实现方法，可以看出，32个权重中存在大量的相同的运算单元，在硬件实现上可单独将相同的运算单元作为独立模块例化，实现简单。其中α，β＝1-2α，γ＝2·α·(1-α)·δ，可直接寄存器配置，减少运算量。
[0095]
[0096]
[0097] 表4
[0098] 在加比选单元中得到
[0099]
[0100]
[0101]
[0102]
[0103] 经过 计算，选择输出软值 按照输入样点的顺序存入软比特(bit)寄存器中，这里需
要注意的是存入顺序务必与硬判寄存器位置对应，其中 分别代表k、k-
1、k-2、k-3时刻的软值；
要注意的是存入顺序务必与硬判寄存器位置对应，其中 分别代表k、k-
1、k-2、k-3时刻的软值；
[0104] 4、根据硬判结果输出回溯软值输出。
[0105] 这里，回溯的过程和传统回溯一样，硬判寄存器满足窗口长度时启动回溯，若W0小1 0 1
于W ，则从sel0开始回溯，若W大于W ，则从sel1开始回溯。通过 或者 的状态来回溯前一时刻，依次类推。这里回溯是一次回溯一个bit,每次都需要判断下W0、W1，从而得知是从sel0开始回溯，还是sel1开始回溯。
于W ，则从sel0开始回溯，若W大于W ，则从sel1开始回溯。通过 或者 的状态来回溯前一时刻，依次类推。这里回溯是一次回溯一个bit,每次都需要判断下W0、W1，从而得知是从sel0开始回溯，还是sel1开始回溯。
[0106] 根据硬判结果输出软bit，具体的，如果硬判结果为1，输出一个固定值，该值由寄存器可配置；如果硬判结果为0，输出当前软bit寄存器中对应的值。
[0107] 本发明实施例提供的强滤波抵消技术方案在抵消线路中高频噪声的同时，能保证传输信号的质量。本发明实施例中提出N并行viterbi均衡器，实现代价最优。在满足100G及400G等高吞吐量的场景下采用N并行viterbi均衡器面积小，功耗低，硬件实现简单。表5为N值与代价关系表，参见表5所示，当N＝1，相同吞吐量时，存储单元套数等于数据并行度，此时面积较大，功耗较大，时序代价比系统工作频率高30％，属于过约束程度；当N＝2时，在相同吞吐量下，存储单元面积较N＝1时减少一半，使得面积减小一半，功耗一半，时序代价比系统工作频率高10％，属于过约束程度；当N>4时，在相同吞吐量下，存储单元面积减少的速度远远小于计算单元逻辑复杂度增加的速度，使得面积反而增大，功耗增大，时序代价比系统工作频率低，时序违例；当N＝4时刚好达到一个平衡点，使得在相同吞吐量下，存储单元面积占用与计算单元逻辑复杂度适中，使得面积最优，功耗最优，时序代价最优；综上所述如下表5。
[0108]N(并行度) 面积(万门) 功耗(瓦) 时序(兆赫)
1 约500 约1.5W 约600M
2 约220 约0.7W 约550M
4 约130 约0.5W 约500M
>4 >550 >1.7W <300M
1 约500 约1.5W 约600M
2 约220 约0.7W 约550M
4 约130 约0.5W 约500M
>4 >550 >1.7W <300M
[0109] 表5
[0110] 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，本发明可采用硬件实施例、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和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0111] 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。
[0112] 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。
[0113] 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。
[0114] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。