一种简化的二阶Volterra非线性均衡算法与器件制造技术

本发明专利技术属于通信技术领域，具体为一种针对通信系统中接收端数字信号处理的简化的二阶Volterra非线性均衡算法与器件。本发明专利技术算法包括：训练，基于二阶Volterra算法，将接受到的数据按一阶和二阶两组权重系数进行均衡，并以发送数据作为参考计算误差；更新并优化每一个权重系数；简化，将最终优化的二阶非线性权重系数按照幅值的绝对值从大到小排列，删去较小的70％的部分，将余下部分的值作为简化的二阶非线性权重系数；均衡，利用得到的一阶权重系数和简化的二阶权重系数，对除训练序列之外的有效数据逐次进行均衡。本发明专利技术解决了传统非线性均衡器计算复杂度高的问题，具有良好的通用性，对于各种通信系统的接收端数字信号处理均适用。适用。适用。

【技术实现步骤摘要】
一种简化的二阶Volterra非线性均衡算法与器件


[0001]本专利技术属于通信
，具体涉及针对通信系统中接收端数字信号处理的简化的二阶Volterra非线性均衡算法与器件。

技术介绍

[0002]在通信系统中，信号在传输过程中会受到来自信道中的不同程度的损伤，从而产生畸变。在接收端收到信号后，可以使用数字信号处理均衡以恢复高质量的信号。通信系统中信号的损伤可以分为线性和非线性损伤。一般来说，一个较低计算复杂度的时域或者频域线性均衡器足以应对信道中的线性损伤。然而，对于某些通信系统，信道中存在非线性损伤是不可忽略的。例如，对于高速率、大容量的光纤通信系统，不完美的调制器、光电二极管、放大器等器件造成的非线性损伤都会造成很大的影响；此外，对于长距离传输，光纤中的各种非线性效应也会进一步加大。
[0003]基于多阶Volterra级数的Volterra均衡器可以用于同时均衡系统的线性和非线性损伤。然而，Volterra均衡器的计算复杂度很大，如果应用于实际的通信系统中，较高的功耗和较大的成本问题是难以被接受的。同时，更高的计算复杂度也意味着更大的时间延迟。针对这种情况，本专利技术提供一种简化的二阶Volterra非线性均衡算法，在补偿通信系统中线性和非线性损伤的同时，有效解决传统Volterra非线性均衡器计算复杂度高的问题。

技术实现思路

[0004]针对上述情况，本专利技术的目的在于提供一种简化的二阶Volterra非线性均衡算法与器件，在补偿通信系统中的线性、非线性损伤的同时，能够有效解决传统Volterra非线性均衡器计算复杂度过高的缺陷。
[0005]本专利技术提供的简化的二阶Volterra均衡器，其输入输出接口数量可以根据具体情况选择，下面以单输入单输出的Volterra均衡器为例给予说明，对于信道间存在串扰的多输入多输出系统，可以增加Volterra均衡器的输入输出接口数量，即可支持MIMO均衡。
[0006]本专利技术所述的单输入单输出的简化的二阶Volterra非线性均衡算法，具体包括：训练，简化，均衡三个步骤，具体如下：
[0007](一)训练，基于二阶Volterra算法，将接受到的数据按一阶和二阶两组权重系数进行均衡，并以对应的发送数据作为参考，计算误差；将误差回传，更新并优化每一个权重系数；
[0008](二)简化，将最终优化的二阶非线性权重系数按照幅值的绝对值从大到小排列，删去较小的70％的部分，将余下的30％部分的值作为简化的二阶非线性权重系数；
[0009](三)均衡，利用得到的一阶权重系数和简化的二阶权重系数，对除训练序列之外的有效数据逐次进行均衡，并输出。
[0010]对应于上述简化的二阶Volterra非线性均衡算法，本专利技术还涉及简化的二阶Volterra非线性均衡器，包括三个模块：训练模块，简化模块，均衡模块，三个模块分别执行
上述三个步骤的功能。
[0011]本专利技术具有良好的通用性，对于各种通信系统中的接收端数字信号处理均适用，尤其在成本敏感的场景下，具有较高的应用价值。
附图说明
[0012]图1为单输入单输出的简化的二阶Volterra均衡器的原理图。
[0013]图中标号：1为Volterra均衡器输入的信号数据X，2为均衡器线性部分存储的数据X
L
，3为均衡器非线性部分存储的数据X
N
，4为阶线性权重系数h
L
，5为二阶非线性权重系数h
NN
，6为线性均衡输出项，7为非线性均衡输出项，8为Volterra均衡器的输出的数据Y
k
，9为计算输出值和参考值之间的误差E，10为发送的训练序列中，对应于输出项的参考值Y
k
’
，11为按幅值的绝对值大小排列二阶非线性权重系数，12为删去绝对值较小的70％的非线性权重系数，13为输出的简化的非线性权重系数h
NN
’
。
具体实施方式
[0014]下面结合附图，对本专利技术作进一步具体说明：
[0015]训练和化简部分的原理和全部流程如附图所示。
[0016](一)训练；首先，从Volterra均衡器输入的信号数据X中，按顺序提取长度为L的线性部分存储数据X
L
和长度为N的非线性部分存储数据X
N
。L和N均为奇数，分别是Volterra均衡器的第一阶和第二阶存储长度，X
L
和X
N
的中间位置同为X
k
。之后，将X
L
和对应的一阶线性权重系数h
L
对应相乘，而X
N
和自身任意一项相乘，得到N2项后，再和二阶非线性权重系数h
NN
对应相乘，两个乘积的值全部累加，即可获得Volterra均衡器的输出的数据Y
k
。上述过程可以由矩阵计算公式(1)所示：
[0017]Y
k
＝h
L
X
LH
+X
NN
h
NN
X
NNH
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0018]其中，X
L
、X
NN
和h
L
均为行向量，h
NN
为N2的二维矩阵。
[0019]之后，在发送的训练序列中，找到对应于此输出项的参考值Y
k
’
，并使用公式(2)所示的损失函数计算输出值与参考值的差值E：
[0020]E＝Y
k
’‑
Y
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0021]之后，根据输出值与参考值的差值，利用公式(3)所示的反馈函数，以步长μ1和μ2分别更新2组权重系数：
[0022]h
L
＝h
L
+μ1EX
L
[0023]h
NN
＝h
NN
+μ2EX
NNH
X
NN
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0024]重复公式(1)、(2)、(3)所示过程，信号将逐渐收敛。最终获得训练好的2组线性和非线性权重系数。
[0025](二)简化；训练完成后，将二阶非线性权重系数h
NN
的每一个元素按照幅值的绝对值从大到小排列，并删去较小的70％，将余下的值作为简化的二阶非线性权重系数h
NN
’
。
[0026](三)均衡；最后将获得的简化的二阶非线性权重系数h
NN
’
和一阶线性权重系数h
L
一起，作为固定值用来补本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种简化的二阶Volterra非线性均衡算法，其特征在于,具体包括：训练，简化，均衡三个步骤，具体如下：(一)训练，基于二阶Volterra算法，将接受到的数据按一阶和二阶两组权重系数进行均衡，并以对应的发送数据作为参考，计算误差；将误差回传，更新并优化每一个权重系数；(二)简化，将最终优化的二阶非线性权重系数按照幅值的绝对值从大到小排列，删去较小的70％的部分，将余下的30％部分的值作为简化的二阶非线性权重系数；(三)均衡，利用得到的一阶权重系数和简化的二阶权重系数，对除训练序列之外的有效数据逐次进行均衡，并输出。2.根据权利要求1所述的简化的二阶Volterra非线性均衡算法，其特征在于,步骤(一)训练的具体流程为：首先，从输入的信号数据X中，按顺序提取长度为L的线性部分存储数据X
L
和长度为N的非线性部分存储数据X
N
；L和N均为奇数，分别是Volterra均衡器的第一阶和第二阶存储长度，X
L
和X
N
的中间位置同为X
k
；之后，将X
L
和对应的一阶线性权重系数h
L
对应相乘，而X
N
和自身任意一项相乘，得到N2项，再和二阶非线性权重系数h
NN
对应相乘，两个乘积的值全部累加，即获得输出数据Y
k
；上述过程由矩阵计算公式(1)所示：Y
k
＝h
L
X
LH
+X
NN
h
NN
X
NNH
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，X
L
、X
NN
和h
L
均为行向量，h
NN
为N2的二维矩阵；之后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：余建军，孔淼，朱博文，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：