一种多载波接入网失真信号的补偿方法及非线性均衡器技术

本发明专利技术公开了一种多载波接入网失真信号的补偿方法及非线性均衡器。将失真信号输入到n阶Volterra滤波器中不断更新滤波处理后的信号与参考信号的差值，继而不断更新滤波器的抽头系数，利用更新后的抽头系数再对失真信号进行滤波处理，直至第e+1次差值与第e次差值相差小于第一设定阈值时，输出第e+1次串行信号作为最优串行信号；通过多次滤波确定最优串行信号，使得n阶Volterra滤波器可以更好地抑制线性或非线性失真，低阶的情况下也能很好地实现严重失真信号的抗干扰能力；将n阶Volterra滤波器处理后的串行信号转换成频域信号，并将频域信号输入信道估计器，进一步补偿失真信号；能有效解决现有随着数据子载波数目的增加，光纤传输过程中的信号失真迅速增大的问题。纤传输过程中的信号失真迅速增大的问题。纤传输过程中的信号失真迅速增大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多载波接入网失真信号的补偿方法及非线性均衡器


[0001]本专利技术涉及信号处理
，特别是涉及一种多载波接入网失真信号的补偿方法及非线性均衡器。

技术介绍

[0002]高数据速率接入网对于维持5G部署、物联网、边缘计算和未来高带宽低延迟服务的快速发展是必不可少的。无源光网络(passive optical network，PON)作为一种高能效的光纤接入网络，从第一代2.5Gb/s、下一代10Gb/s升级到未来更高速的50Gb/s以满足大型光纤网络的需求。为了避免使用色散补偿的器件，更高速的50
‑
Gb/s PON最好在接近零色散的O波段中实现。但是，O波段中较高的光纤损耗会导致光功率预算减少。因此，在O波段接入用户的数量和光纤范围都是有限的。
[0003]相比之下，C波段的多载波调制(multi
‑
carrier modulation，MCM)在低光纤损耗和抗色散性能方面具有优势，其中高速数据在多个并行的低速子信道中进行传输。强度调制直接检测(intensity modulation direct detection，IM/DD)正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)具有频谱效率高、抗色散性能强、实现简单等优点，是高速PON中很有前景的MCM技术之一。然而OFDM系统中的循环前缀(cyclic prefix，CP)会降低净比特率，而且CP序列越长，抗符号间干扰(inter
‑
>symbol interference，ISI)的性能就越好。但是，长序列的CP会带来不可避免的开销，降低频谱效率。此外，每个OFDM子载波之间都必须保持严格的正交同步，这在很大程度上限制了其灵活性。同时，由于子载波旁瓣衰减缓慢，OFDM信号容易出现严重的载波间干扰(inter
‑
carrier interference，ICI)。因此，一种新型的滤波器组多载波/偏移正交幅度调制(filter bank multicarrier with offset quadrature amplitude modulation，FBMC/OQAM)已经被视为替代OFDM的方案。
[0004]FBMC/OQAM信号引入了性能优良的原型滤波器来减轻ISI和额外的CP开销。而且，较低的带外功率泄露有利于抵抗ICI。同时，FBMC系统不需要厄米特对称的帮助便可实现，这样更多有效的数据子载波便可利用起来。因此，FBMC系统可以通过增加数据子载波的数量来提高数据速率。然而，随着数据子载波数目的增加，光纤传输过程中的信号失真会迅速增大，致使系统性能恶化。此时，选择合适的均衡器会有助于减轻非线性失真的干扰。经典的沃尔泰拉(Volterra)滤波器被广泛应用于处理非线性失真。Volterra滤波器的阶数越高，抗非线性失真的效果就越好，但是阶数越高，其实现的复杂度就会增加。低复杂度的二阶Volterra滤波器无法处理严重的失真信号。
[0005]综上所述，现今必须有效解决在高速多载波光接入网中，大量数据子载波导致的严重信号失真问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种多载波接入网失真信号的补偿方法及非线性均衡器，以
解决高速多载波光接入网中，大量数据子载波导致的严重信号失真问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种多载波接入网失真信号的补偿方法，包括：
[0008]将失真信号输入n阶Volterra滤波器进行第e次n阶Volterra滤波处理得到第e次串行信号，对所述第e次串行信号与设定参考信号求差得到第e次差值；
[0009]当所述第e次差值与第e
‑
1次差值相差不小于第一设定阈值时，更新所述第e次差值，利用更新后的差值对n阶Volterra滤波器的抽头系数进行更新，根据更新后的抽头系数对所述失真信号进行第e+1次n阶Volterra滤波处理，其中，e＝1,2,
…
,E，E为滤波总次数；
[0010]当所述第e次差值与第e
‑
1次差值相差小于第一设定阈值时，输出所述第e次串行信号作为最优串行信号；
[0011]对所述最优串行信号进行处理得到频域信号；
[0012]对所述频域信号进行信道估计输出补偿后信号，完成对失真信号的补偿。
[0013]优选地，所述最优串行信号为：
[0014][0015]式中，x(t)是n阶Volterra滤波器的输入信号即失真信号，y1(t)为经过n阶Volterra滤波器滤波处理得到的最优串行信号，w1为n阶Volterra滤波器的第1阶核函数，w2(l1,l2)为n阶Volterra滤波器的第2阶核函数，w
n
(l1,l2,
…
,l
n
)是所述n阶Volterra滤波器的第n阶核函数，所有核函数即为n阶Volterra滤波器的最佳抽头系数，L为记忆长度，为第t
‑
l
i
点坐标的x序列的n次方，l
i
表示离散域核函数的点坐标。
[0016]优选地，所述第e次差值通过NLMS算法进行更新。
[0017]优选地，所述对所述最优串行信号进行处理得到频域信号包括：
[0018]将所述最优串行信号转换成并行信号；
[0019]对所述并行信号进行匹配滤波处理；
[0020]对匹配滤波处理后的并行信号进行快速傅里叶变换，得到频域信号。
[0021]优选地，所述频域信号为：
[0022][0023]式中，为循环卷积算子，Y1(k)和F(k)分别是y1(t)和f(t)经快速傅里叶变换后得到的频域信号，y1(t)为经过n阶Volterra滤波器处理得到的串行信号，f(t)为滚降因子为0.5的平方根升余弦函数。
[0024]优选地，所述对所述频域信号进行信道估计处理输出补偿后信号包括：将所述频域信号采用三层复数值神经网络进行处理输出的补偿后信号为：
[0025][0026]式中，f1(
·
)是tanh激活函数，和分别代表输入层到隐含层和隐含层到输出层的最优权重值，i＝1,2,...,m，m为输入层神经元的个数，j＝1,2,
…
,p，p代表隐含层神经元的个数，k＝1,2,...,m，输出层的神经元个数与输入层的神经元个数相等。
[0027]优选地，所述输入层到隐含层和隐含层到输出层的最优权重值的确定过程为：
[0028]分别对输入层到隐含层的权重值w
jk
和隐含层到输出层的权重值w
ij
赋予一个在[
‑
0.1
‑
0.1]之间的初始值，对所述频域信号进行第一次计算得到第一次补偿后信号Y1(k)；
[0029]采用L
‑
BFGS算法对输入层到隐含层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多载波接入网失真信号的补偿方法，其特征在于，包括：将失真信号输入n阶Volterra滤波器进行第e次n阶Volterra滤波处理得到第e次串行信号，对所述第e次串行信号与设定参考信号求差得到第e次差值；当所述第e次差值与第e
‑
1次差值相差不小于第一设定阈值时，更新所述第e次差值，利用更新后的差值对n阶Volterra滤波器的抽头系数进行更新，根据更新后的抽头系数对所述失真信号进行第e+1次n阶Volterra滤波处理，其中，e＝1,2,
…
,E，E为滤波总次数；当所述第e次差值与第e
‑
1次差值相差小于第一设定阈值时，输出所述第e次串行信号作为最优串行信号；对所述最优串行信号进行处理得到频域信号；对所述频域信号进行信道估计输出补偿后信号，完成对失真信号的补偿。2.根据权利要求1所述的多载波接入网失真信号的补偿方法，其特征在于，所述最优串行信号为：式中，x(t)是n阶Volterra滤波器的输入信号即失真信号，y1(t)为经过n阶Volterra滤波器滤波处理得到的最优串行信号，w1为n阶Volterra滤波器的第1阶核函数，w2(l1,l2)为n阶Volterra滤波器的第2阶核函数，w
n
(l1,l2,
…
,l
n
)是所述n阶Volterra滤波器的第n阶核函数，所有核函数即为n阶Volterra滤波器的最佳抽头系数，L为记忆长度，为第t
‑
l
i
点坐标的x序列的n次方，l
i
表示离散域核函数的点坐标。3.根据权利要求1所述的多载波接入网失真信号的补偿方法，其特征在于，所述第e次差值通过NLMS算法进行更新。4.根据权利要求1所述的多载波接入网失真信号的补偿方法，其特征在于，所述对所述最优串行信号进行处理得到频域信号包括：将所述最优串行信号转换成并行信号；对所述并行信号进行匹配滤波处理；对匹配滤波处理后的并行信号进行快速傅里叶变换，得到频域信号。5.根据权利要求4所述的多载波接入网失真信号的补偿方法，其特征在于，所述频域信号为：式中，为循环卷积算子，Y1(k)和F(k)分别是y1(t)和f(t)经快速傅里叶变换后得到的频域信号，y1(t)为经过n阶Volterra滤波器处理得到的串行信号，f(t)为滚降因子为0.5的平方根升余弦函数。6.根据权利要求1所述的多载波接入网失真信号的补偿方法，其特征在于，所述对所述

【专利技术属性】
技术研发人员：高明义，褚佳敏，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：