[发明专利]一种基于加权主成分分析的非线性均衡方法

说明书

本发明公开了一种基于加权主成分分析的非线性均衡方法，属于光纤通信领域，包括：在接收端通提取出完整的帧数据，对其进行降采样和幅度归一化之后，采用滑动窗口模式将其非线性映射为沃尔特拉级数矩阵；利用第一权值向量计算沃尔特拉级数矩阵的加权协方差矩阵，并对加权协方差矩阵进行特征值分解，将特征值最大的部分特征向量组成主成分投影矩阵，将沃尔特拉级数矩阵与主成分投影矩阵相乘，得到主成分矩阵；利用第二权值向量对主成分矩阵中的各主成分进行加权求和，得到经过非线性均衡的输出信号；第一权值向量用于表示同一滑动窗口对应的各沃尔特拉核的权值，第二权值向量用于表示各主成分的权值。本发明能够降低复杂度并避免均衡性能恶化。

技术领域

本发明属于光纤通信领域，更具体地，涉及一种基于加权主成分分析的非线性均衡方法。

背景技术

近年来，随着各种智能化终端的普及和新型业务的出现，网络流量呈爆发式增长，且在数据中心和接入网这样的短距传输链路中，大数据和在线视频等新型服务所带来的网络流量增长尤为明显，对短距通信系统的传输容量带来巨大压力。同时，由于城域网和接入网等链路用户数量庞大，对成本特别敏感，因此探索研究高性能、低成本的传输技术是短距光通信的当务之急。

为了降低成本，短距链路通常采用直调直检技术，在发射端通常采用简单的直接调制激光器，接收端采用单光电探测器获取信号的强度信息。随着数字信号处理技术的普及，在接收端采用电域均衡技术补偿信道损伤已经成为直调直检系统中提升传输容量的有效手段。在低速短距传输场景下，采用简单的线性均衡器可以有效补偿带宽受限带来的符号间串扰；而随着速率和距离的进一步增加，色散和光纤非线性引入的非线性效应成为主要限制因素，通常可以采用更高复杂度的沃尔特拉级数均衡器。一阶沃尔特拉级数等同线性均衡器可以补偿带宽受限损伤，二阶沃尔特拉级数可以补偿直接探测导致的信号与信号间拍频噪声，三阶沃尔特拉级数可以补偿调制器的非线性和光纤中的自相位调制损伤。

然而随着传输容量增加，要使用的沃尔特拉二阶与三阶展开项数激增，导致硬件实现的复杂度过高，无法部署在目前的短距接收机中。尽管人为地剔除沃尔特拉级数中的交叉相乘项，仅保留幂次项(即多项式均衡器)可以明显降低复杂度，但缺少信道损伤相关的输入项会导致均衡性能严重劣化严重，无法提升通信系统的传输容量。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于加权主成分分析的非线性均衡方法，其目的在于，在降低复杂度的同时，避免均衡性能恶化。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于加权主成分分析的非线性均衡方法，用于在光纤通信系统的接收端补偿信道损伤，包括：

非线性映射步骤：对待处理的序列进行降采样和幅度归一化之后，采用滑动窗口模式将其非线性映射为沃尔特拉级数矩阵；

主成分投影步骤：利用第一权值向量计算沃尔特拉级数矩阵的加权协方差矩阵，并对加权协方差矩阵进行特征值分解，将特征值最大的部分特征向量组成主成分投影矩阵，将沃尔特拉级数矩阵与主成分投影矩阵相乘，由此将沃尔特拉级数矩阵投影为主成分矩阵；第一权值向量用于表示沃尔特拉级数矩阵中同一滑动窗口对应的各元素的权值；

非线性均衡步骤：在接收端通过帧同步提取出完整的帧数据，对其依次执行非线性映射步骤和主成分投影步骤，将得到的主成分矩阵记为第一主成分矩阵，利用第二权值向量对第一主成分矩阵中的各主成分进行加权求和，得到经过非线性均衡的输出信号；第二权值向量用于表示主成分矩阵中各主成分的权值。