一种基于近似计算的偏振模色散自适应均衡器制造技术

本发明专利技术属于相干光通信技术领域，具体为一种基于近似计算的偏振模色散自适应均衡器。本发明专利技术自适应均衡器为16路并行均衡器，每路采用9

【技术实现步骤摘要】
一种基于近似计算的偏振模色散自适应均衡器


[0001]本专利技术属于相干光通信
，具体涉及一种基于近似计算的偏振模色散自适应均衡器。

技术介绍

[0002]在长途光纤通信中，相干光通信已经占据了主导地位。它有取代脉冲调制直接译码(IMDD：Impulse modulation direct decode)成为下一代数字中心通信技术的趋势。自适应均衡器，如恒模算法(CMA：constant modulus algorithm)和多模块算法(MMA：multi
‑
modules algorithm)是相干接收机数字信号处理模块中的关键组成部分，用于补偿光纤链路传输造成的损伤。但该模块由于计算复杂度高、占地面积大、功耗大，很大程度上限制了其在短距离通信中的应用，因此也成为最近的研究热点。
[0003]近年来，从均衡器结构上降低计算复杂度是目前最流行的方法。在[1]、[2]中，Zhang等和Cheng等验证了N
‑
1和1
‑
N均衡器结构。在[3]中，Matsuda等人通过比较下采样的顺序，发现了下采样消耗的计算量少，精度损失小。在[4]中，Zhang等发现滤波器的实数部分和虚数部分参数之间存在不同的影响，提出了一种不对等参数滤波器进一步减少乘法。然而，这些研究主要集中在系统上，并没有给出具体的硬件实现。
[0004]自适应均衡器硬件的研究重点在于滤波器参数的更新。在[5]中，Zhou等人提出了一种分组法来计算均衡器的损失。在[6]中，提出了一种sign
‑
sign结构来降低计算复杂度。在[7]中，提出了一个对奇(或偶)信号进行累积的错误累积模块来处理并行滤波器结构。然而，这些工作在计算中使用了全精度乘法，这产生了巨大的硬件开销，也为优化留下了充足的空间。定点乘法是自适应均衡器设计的主流。实验表明，5bit的数据和11bit的参数就已经能够满足QPSK对误码率的要求。这意味着全精度定点乘数是对面积和功率的浪费。因此，通过截断部分乘积来降低乘法复杂度的近似计算方法在均衡器的应用中非常具有潜力。在[8]中，[9]中，Liu等和Jiang等将部分积累加分为误差累加和“或”运算，避免了半加法器和全加法器的使用。在[10]、[11]中，Zhang等和He等利用booth编码器实现乘数，将部分积分成三部分，每个部分对最终的结果做出不同的贡献。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种应用于相干光通信系统中的基于近似计算的偏振模色散自适应均衡器，以使在性能损失很小的情况下，大幅度减小均衡器的面积和功耗。应用于相干光通信系统中的
[0006]本专利技术设计的基于近似计算的自适应均衡器，为16路并行均衡器，每路采用9
‑
1均衡器结构；该并行均衡器中，采用参数共享方案，所有乘法器采用近似乘法器实现；
[0007]本专利技术提出的均衡器的9
‑
1均衡器，其结构如图1所示，该结构分为前后两级：均衡器前级由9
‑
Taps2
×
2MIMO的滤波器组成，用于补偿偏振态内的符号间干扰(ISI：Inter Symbol Interference)；均衡器后级由1
‑
Taps2
×
2MIMO的滤波器组成，用于补偿两个偏振
态间的数据。对于一般的N
‑
1均衡器前级，处理过程如下：
[0008]X
mid,r
＝X
in,r
×
H
X,rr
+X
in,i
×
H
X,ri
，#(1)
[0009]X
mid,i
＝X
in,r
×
H
X,ir
+X
in,i
×
H
X,ii
，#(2)
[0010]仅对X的处理就需要4组参数：H
X,rr
、H
X,ri
、H
X,ir
、H
X,ii
；
[0011]根据本专利技术设计的参数共享方案，是在原有的均衡器的基础上，让输入数据及其正交数据的参数使用相同的参数，并一起参与参数的更新，用于保证均衡器性能的同时，大幅度减少参数的数量。参数共享方案的处理过程如下：
[0012]X
mid,r
＝X
in,r
×
H
X,r
+X
in,i
×
H
X,i
，#(3)
[0013]X
mid,i
＝X
in,r
×
H
X,i
+X
in,i
×
H
X,i
，#(4)
[0014]仅仅需要两组参数：H
X,r
、H
X,i
，因为整个均衡器中前级所使用的参数数量远远多于后级，同样的，对输入Y的处理也会减少参数的数量。因此该方案可以大幅度减少了参数的规模。
[0015]自适应均衡器的乘法器数量多，且都需要使用全精度的定点数乘法器来实现，这将会导致该电路会有很大的硬件开销，因此本专利技术提出了近似乘法器来解决这一问题。在对自适应均衡器中各个模块的乘法分布情况进行研究时发现，均衡器的乘法主要用于下列的三个过程中:(1)前向均衡，(2)模计算，(3)参数更新。对于本专利技术设计的自适应均衡器，所使用的乘法器在各个过程中使用的个数以及其输入输出的位宽统计如表1所示，前向均衡过程中使用的乘法器远远多于其他两个过程，因此本专利技术设计13
×
7(即被乘数13bit，乘数7bit)的近似乘法器用于前向均衡模块的面积优化。
[0016]对于有符号数乘法，假设乘数A为n
‑
bit数据，被乘数B为m
‑
bit数据，则：
[0017][0018][0019]则A、B相乘的结果为：
[0020][0021]本专利技术设计的近似乘法器，根据乘法器输入数据的量化位将部分积(根据式(7)求得)分为四个部分:(1)精确列，(2)保留列(RC)，(3)近似列(AC)，(4)截断列(TC)(如图2所示)。精确列用于保证计算结果具有一定的准确性，保留列用于计算结果准确性和硬件消耗的平衡，近似列将所有的数据进行“或”操作后将结果保留，近似列在硬件消耗几乎不变的情况下增加计算结果的准确性，截断列全部舍弃，截断列可在准确性降低很少的情况下大幅度减小硬件开销；将保留下来的数据利用31全加器和4半加器压缩，成两列部分积，最后用或门及超前进位加法器求出最后的乘积结果。
[0022]假设0和1在整数中出现的概率是0.5，那么1在部分乘积中出现的概率是0.25。如表1所示，被乘数和乘数分别为13位和7位。由式(8)可知，部分乘积中某一列的期望值为2.25，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于近似计算的自适应均衡器，其特征在于，为16路并行均衡器，每路采用9
‑
1均衡器结构；该并行均衡器中，采用参数共享方案，所有乘法器采用近似乘法器实现；所述均衡器的9
‑
1均衡器，其结构分为前后两级：均衡器前级由9
‑
Taps2
×
2MIMO的滤波器组成，用于补偿偏振态内的符号间干扰；均衡器后级由1
‑
Taps2
×
2MIMO的滤波器组成，用于补偿两个偏振态间的数据；对于N
‑
1均衡器前级，处理过程如下：X
mid，r
＝X
in，r
×
H
X，rr
+X
in，i
×
H
X，ri
，
ꢀꢀꢀꢀ
#(1)X
mid，i
＝X
in，r
×
H
X，ir
+X
in，i
×
H
X，ii
，
ꢀꢀꢀꢀ
#(2)所述的参数共享方案，是在原有的均衡器的基础上，让...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈赟，王军辉，林立宇，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：