一种光互连信号损伤抑制方法、接收装置及光互连系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光互连信号损伤抑制方法、接收装置及光互连系统。该方法包括：接收端从发送端接收训练信号，并借助滑动窗对训练信号采集数据，得到训练集；接收端以当前残差相关性作为表征，通过前向选择策略利用训练集进行步进训练，得到满足条件(当前残差相关性最大)的特征向量，并对权重系数进行同步更新调整，形成低复杂度的均衡结构；接收端从发送端接收数据信号，基于训练得到的均衡结构完成数据信号的损伤抑制。本发明专利技术有效降低了系统的误码率能表现，同时模型训练过程不依赖于环境敏感型参数，对不同的信道环境具有较强的鲁棒性；本发明专利技术计算复杂度低，乘法、加法器数量保持在较低水平，适用于代价敏感的数据中心光互连系统。统。统。

【技术实现步骤摘要】
一种光互连信号损伤抑制方法、接收装置及光互连系统


[0001]本专利技术属于通信
，涉及面向低成本光互连通信系统的先进数字信号处理技术，具体涉及一种适用于光互连信号损伤的抑制方法、接收装置及光互连系统。
技术背景
[0002]近年来，随着大数据、云计算、物联网等新产业的蓬勃发展，全球数据流量呈现爆发性地增长。根据思科发布的报告显示，超过70％的通信网络流量发生于数据中心内部，巨大的数据传输需求对网络的升级扩容提出了迫切需求。在这种情况下，传统的电互连架构面临传输容量不足、能耗过大等挑战，高速率、高密度的光互连系统逐渐成为数据中心等网络信息基础设施中的核心组成部分。
[0003]由于光互连通信的极大应用需求，系统建设和运行成本、功耗表现等因素将直接影响数据中心光互连系统的具体实施。低成本的光收发装置及强度调制/直接检测(IM/DD)已被采纳为主流技术。然而，低成本IM/DD光互连系统往往存在器件带宽低、调制啁啾大、平方率检波引起拍频干扰等非线性信号损伤问题，且随着传输速率的不断提高，信号质量更容易受到以上各种损伤的影响，引发大量的码间串扰(ISI)，严重限制了系统的通信性能。为了在控制系统成本的同时，不断满足对传输带宽的要求，数字信号处理技术(DSP)显得尤为重要。目前普遍使用的均衡算法包括前馈均衡(FFE)、判决反馈均衡(DFE)等，而基于上述方法的线性均衡器不能有效补偿光互连系统中的非线性信号损伤，无法满足未来高性能数据中心的发展需求。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提出了一种光互连信号损伤抑制方法、接收装置及光互连系统，能够有效抑制有限衰落记忆下的复杂非线性损伤作用。本专利技术由两部分组成，包括前向选择策略下均衡结构特征项的构建和相应权重系数的步进更新方法，两个部分涉及的算法并行处理，构成完整的技术方案。同时，本专利技术所提出的方法计算复杂度较低，对代价敏感的光互连系统而言符合其低成本的要求。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种光互连信号损伤抑制方法，包括如下步骤：
[0007]接收端从发送端接收训练信号，并借助滑动窗对训练信号采集数据，得到训练集；
[0008]接收端以当前残差相关性作为表征，通过前向选择策略利用训练集进行步进训练，得到满足条件(当前残差相关性最大)的特征向量，并对权重系数进行同步更新调整，形成符合复杂度要求的均衡结构；
[0009]接收端从发送端接收数据信号，基于训练得到的均衡结构完成数据信号的损伤抑制。
[0010]进一步地，上述方法采用的信号帧结构包括训练信号和数据信号两部分，发送端对所发送的信号帧进行编码，同时持续地向外发送；信号经过调制及信道传输后，波形发生
畸变；接收端用相应器件(如光电二极管)接收，将光信号转化为电信号，再经过数模转换，变为数字信号，从而方便在计算机内部进行数字信号处理的相关操作。
[0011]进一步地，接收端得到数字信号后，进行重采样、零均值标准化；对于信号帧中的训练信号，将每一信号及其前后M个符号(共2M+1个符号)进行变换得到训练向量；所有训练信号变换完成后得到的训练向量构成训练集。
[0012]进一步地，所述训练集由以下方式实现：
[0013]a)接收到的原始信号经过重采样、零均值标准化之后，得到接收端采样符号序列，其中训练信号对应部分称为训练采样符号。
[0014]b)构建一个长度为2M+1的滑动窗口，每次采集2M+1个训练采样符号。
[0015]c)对单次滑动窗采集的符号进行组合乘积计算得到长度为的训练向量，P为乘积的阶数。
[0016]d)滑动窗口滑动N
tr
次得到N
tr
个训练向量，合并后得到N
tr
×
N
P
大小的训练集矩阵B，矩阵每一列为候选特征向量v
j
(j＝1,2,
…
,N
P
)，特征向量中的元素为对应特征项在N
P
个不同时刻的取值。
[0017]进一步地，所述均衡结构采用以下步骤训练得到：
[0018]1)得到训练集之后，以当前残差相关性作为表征，通过前向选择策略利用训练集步进训练得到特征向量；每一步训练得到一个(不排除多个，即至少一个)满足条件(当前残差相关性最大)的特征向量。
[0019]2)每一步训练得到特征向量后，对当前对应权重值进行更新调整。更新的基本思想是在当前构建的特征向量下尽可能减小残差，直到得到新的满足条件(当前残差相关性最大)的特征向量。需要指出的是，权重更新过程按特征向量确定的等角方向进行，而非各特征向量单独更新。
[0020]3)重复步骤1)和2)的操作，直到选中的特征向量数量达到目标值设定值K，并同步完成对应权重更新，训练过程结束，根据特征向量对应的特征项得到抑制损伤的均衡结构。
[0021]进一步地，所述当前残差为特征向量的加权求和输出结果与期望输出符号向量之间的差。需要理解的是，用“当前残差”进行描述是因为随着步进过程推进，特征向量的增加以及权重值的更新会导致残差结果更新。通过前向选择策略，每次步进训练选择拥有当前残差值绝对值最大的候选特征向量作为新加入的特征向量。
[0022]进一步地，所述权重更新的等角方向是指与当前已有各特征向量内积相等的矢量方向。已有特征向量的均衡输出结果矢量方向沿着等角方向，权重调整值大小对应输出结果沿等角方向的前进距离。当前权重值调整的核心思想是沿着等角方向尽可能前进，此时已有特征向量的当前残差值同步减小；当某个候选特征向量的当前残差值与已有特征向量相等时，当前步进训练下权重更新完成，进入下一个步进训练周期。
[0023]一种接收装置，其包括信号损伤抑制模块，所述信号损伤抑制模块采用本专利技术的方法对从发送端接收的信号进行损伤抑制。
[0024]一种光互连系统，其包括发送端激光器、调制器组成的光发射机和如上所述的接收装置。接收装置从光发射机接收训练信号，并借助滑动窗对训练信号采集数据，得到训练集；接收端以当前残差相关性作为表征，通过前向选择策略利用训练集进行步进训练，得到
满足条件(当前残差相关性最大)的特征向量，并对权重系数进行同步更新调整，得到符合复杂度要求的均衡结构；接收装置从光发射机接收数据信号，基于训练得到的均衡结构完成数据信号的损伤抑制。
[0025]本专利技术的有益效果在于：
[0026]基于光互连系统信号损伤特性，通过特征训练得到有效的抑制模型，有效降低了系统的误码率能表现；同时模型训练过程不依赖于环境敏感型参数，对不同的信道环境具有较强的鲁棒性；此外，本专利技术所提方法计算复杂度低，乘法、加法器数量保持在较低水平，适用于代价敏感的数据中心光互连系统。
附图说明
[0027]图1为系统发送的信号帧结构示意图；
[0028]图2为系统工作流程(包括训练和均衡过程)示意图；
[0029]图3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光互连系统信号损伤抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：接收端从发送端接收训练信号，并借助滑动窗对训练信号采集数据，得到训练集；接收端以当前残差相关性作为表征，通过前向选择策略利用训练集进行步进训练，得到当前残差相关性最大的特征向量，并对权重系数进行同步更新调整，得到符合复杂度要求的均衡结构；接收端从发送端接收数据信号，基于训练得到的均衡结构完成数据信号的损伤抑制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述训练集由以下方式实现：接收到的原始信号经过重采样、零均值标准化之后，得到接收端采样符号序列，其中训练信号对应部分称为训练采样符号；构建一个长度为2M+1的滑动窗口，每次采集2M+1个训练采样符号；对单次滑动窗采集的符号进行组合乘积计算得到长度为的训练向量，P为乘积的阶数；滑动窗口滑动N
tr
次得到N
tr
个训练向量，合并后得到N
tr
×
N
P
大小的训练集矩阵B，矩阵每一列为候选特征向量v
j
，j＝1,2,
…
,N
P
，特征向量中的元素为对应特征项在N
P
个不同时刻的取值。。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述均衡结构采用以下步骤训练得到：1)得到训练集之后，以当前残差相关性作为表征，通过前向选择策略利用训练集步进训练得到特征向量；每一步训练得到至少一个满足条件的特征向量，所述条件是指当前残差相关性最大；2)每一步训练得到特征向量后，对当前对应权重值进行更新调整，在当前构建的特征向量下尽可能减小残差，直到得到新的满足条件的特征向量；权重更新过程按特征向量确定的等角方向进行，而非各特征向量单独更新；3)重复步骤1)和2)的操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：高云峰，杨川川，黄君彬，
申请(专利权)人：深圳市埃尔法光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：