[发明专利]一种用于IMDD短距离光通信系统改进的Lightgbm均衡系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于IMDD短距离光通信系统改进的Lightgbm均衡系统，包括：光发射模块、光接收模块、梯度下降树均衡模块、数据输出模块；所述光发射模块将包含数据集的高速光信号发送至光接收模块；所述光接收模块将接收到的光信号转换为与所述光信号相对应的电信号，所述光接收模块对所述电信号进行采样得到训练序列和有效数据的特征向量，并将所述得到的训练序列和有效数据的特征向量输入所述梯度下降树均衡模块；所述梯度下降树均衡模块将接收到的训练序列和有效数据的特征向量的数据样本通过学习器得到所述数据样本的预测值，得到均衡后的信息数据；将所述均衡后的信息数据通过数据输出模块输出，实现用户数据的接收。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种用于IMDD短距离光通信系统改进的Lightgbm均衡系统及方法。

背景技术

近年来，随着云计算、无人驾驶、虚拟现实、网络游戏这些未来应用的兴起，无论是工业界还是商业界对光接入网和短距离通信提出了更高的要求。不同于长途网络，其庞大的终端用户具有较高的成本敏感性。因此，在保证高容量的同时又能维持低成本成为了这些系统设计的重心。如何有效的实现低成本、高速率的近距离光传输成为光通信领域尤其是数据中心光互连领域的研究热点。一种简单有效的方式是利用低宽带的光学设备来传输高速率数据。此外，基于低带宽的强度调制和直接检测(IM/DD)的高速光通信系统由于其低复杂度和低成本的优点，也被认为是短距离光传输系统中的主流技术之一。然而，对于这些基于窄带收发器的高速系统来说，带宽限制和光纤的累积弥散所引起的码间干扰(ISI)将会严重降低系统性能。因此，很多信号均衡前/后的方案被提出来解决这个问题。

与此同时，经检索现有文献检索可得，用均衡技术补偿信号，可分为在电信号上的均衡和在光信号上的均衡。无论信号是在光域还是电域进行处理。与基于成熟的DSP电均衡技术相比光均衡技术存在许多缺点，比如昂贵的系统成本，有限的性能提升及对光学器件的高要求。因此，对均衡技术的研究主要以数字信号处理(DSP)在电信号的均衡为主，并成为主流的研究技术。其中，Kuo Zhang于2017年在Optics Expres中发表的《Intensitydirected equalizer for the mitigation of DML chirp induced distortion indispersion unmanaged C-band PAM transmission》，提出以PAM信号的不同的强度采用多组抽头系数改进DFE均衡器，完成了在波段C的43km标准单模光纤(SSMF)的传输。然而，该算法中多组抽头系数方案，以及同时采用的抽头系数，导致均衡的复杂度提升，均衡的运算复杂度提高，使得效率变低；此外，训练序列和自适应算法更新抽头系数将导致传统DFE和FFE等技术存在训练开支大，仅存在局部最优解等问题。这些传统算法计算复杂度高，自适应能力有限，性能一般，需要进一步改进。而同时，近年来人工智能，大数据领域的技术发展，机器学习已广泛应用于光通信领域，包括光学性能监测和数字相干检测等，特别是深度神经网络(DNN) 已经被应用于受损信号的均衡，它以高复杂度换取了高性能。2019年XinghuaZhen在OECC发表的《Adaptive Equalizer for PAM-4Signal in Data Center UsingScalable XGBoost》中，提出将Boosting算法基于PAM4的数据中心光互联系统中。然而，该算法具有较高的复杂度、运行时间久等缺点进而限制其在高速光通信系统中的应用。为此，本文针对基于强度调制直接检测(intensity modulation directly detection)IMDD的带限传输系统，提出采用用于IMDD短距离光通信系统的改进的Lightgbm均衡系统及方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种用于IMDD短距离光通信系统改进的Lightgbm均衡系统及方法，具有更好的可扩展性，低的训练开支，能够有效提升系统传输性能，降低误码率。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：