基于高斯混合模型的光信号判决反馈均衡器

1.本发明涉及信号均衡器技术领域，特别涉及一种基于高斯混合模型的光信号判决反馈均衡器。


背景技术：

2.高速光通信系统是物联网、云计算、数据中心等大数据应用的基础。通常，高速光通信系统需要信号均衡器。这是由于高速光信号在光纤中的传输过程中，光纤色散会造成相邻符号的干扰，也被称作码间串扰isi。光信号均衡器是一种在光通信系统接收端布置的信号处理模块，用于减轻光纤传输引起的码间串扰isi。光信号均衡器主要包括前向均衡器ffe和判决反馈均衡器dfe。其中，判决反馈均衡器dfe相比前向均衡器ffe具有更优的性能，这是因为判决反馈均衡器额外采用了反馈回路实现信号均衡。
3.传统的判决反馈均衡器dfe的原理：在减轻光纤色散引起的码间串扰isi方面，判决反馈均衡器dfe相比前向均衡器ffe具有更优的性能，这是因为判决反馈均衡器额外采用了反馈回路实现信号均衡。图1是前向均衡ffe的原理图，其中c表示前向滤波器系数。可以看出前向均衡ffe不包含反馈回路。图2是判决反馈均衡dfe的原理图，其中fbf为反馈滤波器，组成了反馈回路。通过反馈回路的方式可以将判决后的符号传递给后续符号，从而达到减轻码间干扰isi的目的。
4.传统的判决反馈均衡器dfe的缺点：误差传播效应带来的误码率恶化。由于判决反馈均衡器dfe具有判决反馈回路(如图1所示)，当反馈回路中的判决部分出现符号误判时(也就是图2中出现错误时)，会对后续信号产生错误的影响。这就是误差传播效应。误差传播效应引起的连续错误会造成光通信系统的误码率升高。
5.传统的判决反馈均衡器dfe的作用：在减轻光纤色散引起的码间串扰isi方面，判决反馈均衡器dfe相比前向均衡器ffe具有更优的性能，这是因为判决反馈均衡器额外采用了反馈回路实现信号均衡。一般情况下，当反馈回路的判决准确性较高时，发生误差传播效应的概率较小。这种情况下，传统的判决反馈均衡器dfe是可以有效减轻码间串扰isi的。
6.综上所述，传统判决反馈均衡器dfe中反馈回路发生判决错误时，会引起误差传播。
7.为什么发生误差传播：传统判决反馈均衡器dfe采用反馈回路的方式，将判决后的符号反馈给后续符号，用来减轻码间串扰isi。然而，当判决符号发生错误时，会造成反馈信息的错误，进而传播给后续符号，造成误差传播。
8.误差传播的负面影响：当发生误差传播时，反馈信息的错误会传播给后续符号，从而造成误码率的恶化。


技术实现要素：

9.本发明要解决的技术问题是提供一种判决准确度高、有效抑制误差传播效应、降
低误码率的判决反馈均衡处理方法。
10.为了解决上述问题，本发明提供了一种判决反馈均衡处理方法，所述判决反馈均衡处理方法包括以下步骤：
11.s1、将输入光信号进行时间上的采样，并将输入光信号转化为数字信号；
12.s2、对数字信号进行高斯分布的估计，得到高斯分布的均值和标准差；
13.s3、接收估计的高斯分布的均值和标准差，进行判决处理得到判决输出；
14.s4、将判决输出反馈给滤波后的数字信号，并与滤波后的数字信号相加。
15.作为本发明的进一步改进，步骤s2中，数字信号为多个高斯分布的叠加，其中，数字信号x的概率为：
[0016][0017]
其中，αi是每个高斯分布的一个加权系数，n(x|mi,σi)是数字信号在第i个高斯分布上的概率，mi和σi分别为第i个高斯分布的均值和标准差，k为高斯分布的数量。
[0018]
作为本发明的进一步改进，步骤s3包括：接收估计的高斯分布的均值和标准差，并通过判断αi得到当前数字信号属于哪个高斯分布，从而得到判决输出。
[0019]
作为本发明的进一步改进，步骤s1和步骤s2之间还包括以下步骤：对所述数字信号进行滤波。
[0020]
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任意一项所述方法的步骤。
[0021]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任意一项所述方法的步骤。
[0022]
本发明还提供了一种基于高斯混合模型的光信号判决反馈均衡器，所述基于高斯混合模型的光信号判决反馈均衡器包括：
[0023]
采样单元，所述采样单元将输入光信号进行时间上的采样，并将输入光信号转化为数字信号；
[0024]
高斯混合模型单元，所述高斯混合模型单元对数字信号进行高斯分布的估计，得到高斯分布的均值和标准差；
[0025]
判决单元，所述判决单元接收估计的高斯分布的均值和标准差，并进行判决处理得到判决输出；
[0026]
反馈单元，所述反馈单元将判决输出反馈给滤波后的数字信号，并与滤波后的数字信号相加。
[0027]
作为本发明的进一步改进，所述基于高斯混合模型的光信号判决反馈均衡器还包括：
[0028]
滤波单元，所述滤波单元对所述数字信号进行滤波，滤波后的数字信号输入高斯混合模型。
[0029]
作为本发明的进一步改进，所述滤波单元为前向滤波器。
[0030]
本发明的有益效果：
[0031]
本发明基于高斯混合模型的光信号判决反馈均衡器将高斯混合模型运用于反馈回路中，用来提升判决准确度，可以有效抑制误差传播效应、降低误码率。
[0032]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
[0033]
图1是传统前向均衡ffe原理图；
[0034]
图2是传统判决反馈均衡dfe原理图；
[0035]
图3是本发明优选实施例中基于高斯混合模型的光信号判决反馈均衡器的原理图。
具体实施方式
[0036]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0037]
本发明优选实施例中公开了一种判决反馈均衡处理方法，所述判决反馈均衡处理方法包括以下步骤：
[0038]
步骤s1、将输入光信号进行时间上的采样，并将输入光信号转化为数字信号；
[0039]
步骤s2、对数字信号进行高斯分布的估计，得到高斯分布的均值和标准差；
[0040]
具体地，数字信号为多个高斯分布的叠加，其中，数字信号x的概率为：
[0041][0042]
其中，αi是每个高斯分布的一个加权系数，n(x|mi,σi)是数字信号在第i个高斯分布上的概率，mi和σi分别为第i个高斯分布的均值和标准差，k为高斯分布的数量。
[0043]
四电平信号是短距离光通信的常用信号，以四电平信号为例，当输入光信号为四电平信号时，k＝4，i＝1,2,3,4。
[0044]
步骤s3、接收估计的高斯分布的均值和标准差，进行判决处理得到判决输出；
[0045]
具体地，接收估计的高斯分布的均值和标准差，并通过判断αi得到当前数字信号属于哪个高斯分布，从而得到判决输出。
[0046]
步骤s4、将判决输出反馈给滤波后的数字信号，并与滤波后的数字信号相加。
[0047]
在一些实施例中，步骤s1和步骤s2之间还包括以下步骤：对所述数字信号进行滤波。滤波的目的是去除频域信号损伤。可选地，采用前向滤波器对所述数字信号进行滤波。
[0048]
本发明优选实施例还公开了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例中所述方法的步骤。
[0049]
本发明优选实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述实施例子所述方法的步骤。
[0050]
如图3所示，本发明优选实施例还公开了一种基于高斯混合模型的光信号判决反
馈均衡器，所述基于高斯混合模型的光信号判决反馈均衡器包括：
[0051]
采样单元，所述采样单元将输入光信号进行时间上的采样，并将输入光信号转化为数字信号；
[0052]
高斯混合模型单元，所述高斯混合模型单元对数字信号进行高斯分布的估计，得到高斯分布的均值和标准差；
[0053]
判决单元，所述判决单元接收估计的高斯分布的均值和标准差，并进行判决处理得到判决输出；
[0054]
反馈单元，所述反馈单元将判决输出反馈给滤波后的数字信号，并与滤波后的数字信号相加。
[0055]
在一些实施例中，基于高斯混合模型的光信号判决反馈均衡器还包括：
[0056]
滤波单元，所述滤波单元对所述数字信号进行滤波，滤波后的数字信号输入高斯混合模型。滤波的目的是去除频域信号损伤。可选地，所述滤波单元为前向滤波器。
[0057]
本发明基于高斯混合模型的光信号判决反馈均衡器将高斯混合模型运用于反馈回路中，用来提升判决准确度，可以有效抑制误差传播效应、降低误码率。
[0058]
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。