一种光纤通信系统部分响应编码的自适应接收方法

本发明涉及光通信领域，特别是一种适用于光纤通信系统部分响应编码信号的自适应接收方法。

背景技术：

1、随着大数据、云计算等新兴业务的迅猛发展，网络流量剧增，光通信迫切需要提高传输速率以应对日益增长的带宽需求。受信道质量的影响，高阶调制格式在实际系统中难以应用，因此最简单普遍的方式是提高符号速率。然而根据奈奎斯特定理，设备需要满足高于2倍符号速率的采样速率以实现无码间干扰的传输，这提高了对设备复杂度和性能的要求。因此，如何利用已有设备，在有限的采样速率下实现高符号速率的传输是领域内的研究热点之一，这有利于降低系统对收发设备模数、数模转换速率的要求，有利于控制组网成本。

2、为解决上述问题，部分响应编码技术被广泛应用，通过信源编码引入可控的码间干扰，将信号的能量向低频区域集中，压缩信号频谱，从而实现了有限采样速率下的高速率信号传输。在接收端，通过与发端对应的逆过程进行部分响应信号的接收。然而目前的部分响应编码传输系统中多采用固定部分响应编码系数的方法进行收发，缺乏灵活性，无法在传输中根据信号特征对部分响应编码系数进行调整，以达到更好的信号传输效果，因此需要对部分响应编码信号的自适应接收进行研究。

3、本发明主要是设计一种光纤通信系统部分响应编码信号的自适应接收方法，所提出方法采用自适应部分响应混馈结构和一种自适应部分响应去除算法实现，在自适应接收部分响应编码信号的基础上提高信号的接收效果，减小光传输系统中设备对信号传输速率的限制。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种光纤通信系统部分响应编码信号的自适应接收方法，以解决信号在部分响应编码之后，接收端进行信号的检测接收和译码问题以及在光纤中传输时引入的噪声和符号间干扰问题。

2、为解决上述问题，本发明实施例提供了一种光纤通信系统部分响应编码信号的自适应接收方法，包括两个阶段:

3、粗估计阶段，对一定长度的信号进行滤波，同时对部分响应编码系数对应的滤波器抽头进行粗估计，误差函数的计算及抽头的更新均是对一定长度信号进行计算、平均进行的；

4、细估计阶段，对信号的部分响应编码进行去除并恢复原始信号。

5、在粗估计阶段中，包括：

6、滤波处理：利用自适应部分响应混馈结构中对一定长度信号进行滤波处理；

7、部分响应系数计算：根据最大似然估计原则，更新滤波器抽头系数，计算与部分响应编码系数对应的滤波器抽头系数；

8、在所述的滤波处理中，包括以下步骤：

9、设定自适应部分响应混馈结构中前馈滤波器和反馈滤波器的抽头系数，根据混馈结构和滤波器抽头系数对接收到信号进行滤波处理。其中，混馈结构由前馈滤波器、反馈滤波器、加法器和自适应模块组成，前馈滤波器对接收到的信号进行处理，反馈滤波器对前馈滤波器输出的信号进行处理，再通过加法器将两个滤波器输出信号相加作为输出。另外，仅考虑对滤波器抽头系数对应时刻的符号进行滤波处理，超出相应长度的符号不对输出产生影响。

10、在所述的部分响应系数计算中，包括以下步骤：

11、在自适应模块中，将滤波后的信号依据最大似然估计原则计算信号平均误差，利用较大步长更新滤波器抽头系数，计算与部分响应编码系数对应的滤波器抽头系数。其中根据以下表达式更新前馈和反馈滤波器的抽头系数:

12、

13、

14、

15、

16、

17、

18、其中，w为遗忘因子，为输入信号与判决反馈信号的向量，kn(n)为卡尔曼增益向量，pn(n)为更新矩阵，为滤波器抽头系数。抽头系数更新完成后，最后获得的抽头系数作为信号的部分响应编码系数。

19、粗估计阶段是对一定长度信号进行滤波，计算该段信号的平均误差的，并利用较大步长更新滤波器抽头系数，最终得到大致与部分响应编码系数对应的滤波器抽头系数，由于是对一定长度信号的平均，因此其误差函数反映的是该段信号的整体特征，目的是使信号整体向去除部分响应编码后的特征收敛。在此基础上，进行细估计阶段对滤波器进行微调，细估计阶段中是对单个符号进行滤波，并计算该符号的瞬时误差的，并利用较小步长更新滤波器抽头系数，目的是使尽可能多的信号去除部分响应编码引入的码间干扰，由于步长较小，因此不会因为单个符号的突发错误造成无法收敛。

20、在细估计阶段中，包括：

21、自适应部分响应去除算法：以较小步长更新滤波器抽头系数，得到去除部分响应编码后的信号；

22、维特比译码算法：对去除部分响应编码后的信号进行维特比译码，恢复原信号。

23、在上述的自适应部分响应去除算法中，包括以下步骤：

24、根据粗估计阶段计算的滤波器抽头系数对算法进行初始化，以较小步长更新滤波器抽头系数，利用滤波器对单个信号进行滤波输出，根据接收信号与调制格式的特征区别，得到去除部分响应编码后的信号。根据以下表达式更新前馈和反馈滤波器的抽头系数:

25、

26、werr(n)＝d(i)，

27、

28、

29、其中，为原信号标准调制格式的不同幅度值，e(n)为滤波输出的单个信号，μ为步长，werr(n)为误差。

30、在上述的维特比算法中，包括以下步骤：

31、为避免部分响应编码对信号的影响，将去除部分响应编码的信号直接进行维特比译码，根据原信号建立状态转移表和状态转移图，根据状态转移表计算幸存者路径，最后对幸存者路径进行回溯恢复出原信号。

32、本发明实施例有益效果：

33、本发明实施例提供的方法实现了对部分响应编码信号的接收，能够降低对于收发端设备采样速率的要求，有利于降低设备复杂度和性能；通过对部分响应编码信号进行自适应接收，使系统能更灵活地选用不同的部分编码技术，改善传输性能；同时，通过粗估计和细估计两个阶段抽头系数的更新，实现部分响应编码的去除，降低了部分响应编码接收的复杂度。

技术特征：

1.一种光纤通信系统部分响应编码的自适应接收方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的粗估计阶段，其特征在于，包括：

3.根据权利要求1所述的细估计阶段，其特征在于，包括：

4.根据权利要求1或2所述的自适应部分响应混馈结构，其特征在于，包括：

5.根据权利要求1或3所述的自适应部分响应去除算法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供了一种光纤通信系统部分响应编码的自适应接收方法,涉及光纤通信系统领域。该方法包括：利用自适应部分响应混馈结构，对信号进行混馈滤波处理；根据自适应算法以较大步长更新滤波器抽头系数，计算与部分响应编码系数对应的滤波器抽头系数；以较小步长更新计算的抽头系数，对接收到的信号进行自适应部分响应去除算法；对去除部分响应编码后的信号直接译码得到原始信息。应用本发明实施例提供的方法进行部分响应编码信号的接收，可以有效地降低光纤信道中噪声和码间干扰的影响，降低部分响应编码接收的复杂度，提高最大似然检测算法的性能。

技术研发人员：张琦,忻向军,姚海鹏,郝雨凡,蒋锦坤,高然,田清华,田凤,王拥军,杨雷静,李志沛,王富,王曦朔,常欢,郭栋
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13