基于扰动的硬判决非线性补偿的制作方法

本发明涉及用于在相干光通信中使用的设备和方法。

背景技术：

1、本节介绍了可以帮助促进更好地理解本发明的各方面。因此，本节的陈述应该从这个角度来解读，并且它们不应该被理解为承认什么是现有技术或什么不是现有技术。

2、在光纤通信系统中，线性和非线性光学效应可能会使光学信号的质量劣化，并且从而限制系统性能。一些光纤通信系统使用数字信号处理器(dsp)来至少部分地补偿由于光学通道的线性损伤而导致的信号劣化。

3、对由非线性光学效应、特别是由光纤非线性所引起的信号劣化的数字补偿也可以用于改善光纤通信系统的性能。光纤非线性补偿(nlc)的一个潜在好处是，在光纤通信系统中，这种补偿可以减少对在源光学数据发射机和目标光学数据接收机之间的光学信号再生的需要。

4、已经提出了若干个数字补偿技术来最小化或减轻通道非线性。对于该领域的开发人员来说，克服这个问题的计算复杂性一直是一个挑战。在过去的几年中，提出了许多算法，其目标是最大限度地减少对接收信号的非线性进行均衡所需的信号处理操作的数量。这些算法中的一些算法大大地降低了计算复杂性。

5、一种有望在相干光学数据接收机中实际实现的方法是基于扰动的非线性补偿器(pnc)。这种方法的实现涉及计算与通道内光纤非线性相关联的扰动项，然后从接收到的信号中将它们减去。

6、例如，在2017年4月19日公布为ep3,157,180a1的欧洲专利申请号15306613.9中提出了pnc的有效实现。ep3,157,180a1的全部内容通过引用并入本文。如其中所提出的，使用在数个相互作用的符号进行操作的线性滤波器的组合来计算非线性通道响应。

7、在2020年8月25日发布的美国专利序列号10,756,822中提出了pnc的另一种实现。美国专利10,756,822的全部内容通过引用并入本文。其中所提出的方法是基于这样的认识，即对非线性光学效应的一些贡献具有比数字数据符号率低得多的频率内容。对于那些贡献，使用低频近似来降低计算的整体复杂性。

8、然而，尽管取得了重大进展，但是pnc对于在至少一些相干光纤通信系统的dsp中的实现来说仍然过于复杂。因此，为了实际的高速dsp而仍然存在对能够在asic中实现的更简单的电路的需要。

技术实现思路

1、我们开发了一种用于在相干光纤通信系统中实现pnc的新方案。我们的新方案我们称之为“硬判决pnc”，它基于对判决后的硬符号的处理，而不是对接收到的软符号的处理。由于这项创新，可以显著降低pnc中计算非线性扰动的计算成本。取决于特定的应用场景，可能会因判决错误而导致小的性能损失。然而，可以通过在多个阶段中执行硬判决pnc来克服这种损失，其中在每个阶段开始时对符号进行判决。判决的可靠性可以逐个阶段逐步地改善。

2、更具体地，通过将接收到的数据符号与扰动项相加地组合，在pnc中校正在输入流上接收到的数据符号中的可能损坏。从接收到的输入流和系统参数来计算扰动项。在已知的实现中，使用也是从已经接收的软符号而计算出的扰动项对软符号执行校正。

3、在这方面，“软符号”是复平面中的点，其对应于在线性均衡之后从传入光学通道接收到的星座符号。如此，它可能会受到噪声的影响，并且可能因此偏离原始星座符号所在的复平面中的精确点。

4、软符号可能会被损坏，因为它承受了光纤非线性和噪声等因素的影响。因此，软符号通常在值方面不会与来自用于传输的星座的符号精确一致。

5、软符号到星座符号的映射(导致“硬符号”的输出)由硬判决处理器执行。软符号的可能的值的范围比硬符号的范围大得多，硬符号仅限于离散星座点。因此，一般来说，以足够的精度表示软符号比表示硬符号需要明显更多的比特。

6、在我们的新方案中，扰动项不是从软符号而是从硬符号来计算出来的。因为表示硬符号需要更少的比特，所以我们能够降低计算的复杂性。

7、如上面所指出，在计算扰动项之前所实现的硬判决可能会引入判决错误，判决错误会使接收机的性能劣化。还如上面所述指出，我们相信多阶段方法可以克服这个缺点。在多阶段方法的第一阶段中，传入的软符号受到硬判决，从所得到的硬符号并且从非线性贡献的第一子集来计算扰动项，并且使用计算出的扰动项来计算新的软符号。

8、在每个后续阶段中，如上所述地、但是使用独立于在前一个阶段或多个阶段中使用的子集的非线性贡献子集计算出新的扰动项集合。“独立的”子集意指没有共同元素的子集。当扰动计算经过多个阶段时，它会变得越来越精细。

9、因此，本公开在一个方面涉及一种可以在用于相干光学接收机的数字信号处理器中的一个或多个阶段中的每一阶段中执行的方法。该方法包括：获得软数据符号的输入流，生成表示光传输通道的光学非线性的扰动项的流，以及使用扰动项以针对光学非线性来补偿软数据符号的输入流中的相应的软数据符号。

10、为了生成扰动项的流，将软数据符号的输入流转换成硬数据符号的输入流，并且该方法对硬数据符号的输入流进行操作以产生扰动项。对硬数据符号的输入流进行操作包括形成权重系数。针对扰动项中的每一个扰动项，对硬数据符号的输入流进行操作还包括使用权重系数来形成硬数据符号的加权和。

11、从由光学接收机接收的光学信号的测量流，来产生该一个或多个阶段中的第一阶段的软数据符号的输入流。

12、在实施例中，使用扰动项来补偿可以包括从软数据符号中的相应的软数据符号减去扰动项以生成软数据符号的补偿的软数据符号。

13、在实施例中，该方法可以在一系列阶段中被执行。在该系列阶段的第一阶段之后的每个阶段中，获得软数据符号的输入流包括获得由该系列阶段中的先前的阶段所生成的补偿后的软数据符号。

14、在上述任一实施例的进一步的实施例中，每个权重系数可以至少部分地通过在通道系数集合与硬数据符号的乘法的乘积集合之间执行卷积来形成，其中通道系数是表征光传输通道中的非线性效应的复数。可以在时域中数值地执行每个相应的卷积。可替换地，每个卷积可以对应于相应的线性滤波器，并且可以通过在频域中评估对应的线性滤波器来数值地执行每个相应的卷积。

15、在上述任一实施例的进一步的实施例中，该方法可以在该系列阶段的两个或更多个阶段中被执行。在每个阶段中，在生成每个扰动项时，从相应于那个阶段的硬数据符号的输入流来形成n个项的集合的加权和，n是预定的正整数。在不同阶段中使用的相应的n个项的集合是彼此独立的。

16、在上述任一实施例的进一步实施例中，该一个或多个阶段中的最后阶段可以将补偿后的软数据符号流引导到译码器，以及所引导的流在译码器中被译码。

17、在实施例中，使用扰动项来补偿软数据符号可以包括将扰动项中的至少一些扰动项前推到软判决fec译码器；以及在fec译码器中，使用扰动项中的前推的至少一些扰动项来执行软数据符号中的至少一些软数据符号的软判决补偿。

18、本公开在第二方面涉及一种装置，该装置包括数字信号处理器，该数字信号处理器包括一个或多个pnc阶段以对光学接收机中的光学数据信号的测量执行基于扰动的光学非线性补偿。每个pnc阶段包括被配置为将软数据符号流转换成硬数据符号流的电路。每个pnc阶段还包括被配置为从硬数据符号来生成扰动项的流的pnc电路。每个pnc电路被配置为生成扰动项的每个单独的扰动项以作为硬数据符号的加权和。该数字信号处理器还包括至少一个电路，其被配置为使用扰动项中的对应的扰动项来补偿软数据符号中的单独的软数据符号。

19、在实施例中，数字信号处理器可以包括一系列pnc阶段，每个pnc阶段被配置为从软数据符号中的相应的软数据符号中减去扰动项中的单独的扰动项以生成校正后的软数据符号。除了该系列阶段的最后一个pnc阶段之外的每个pnc阶段中的pnc电路被配置为将校正后的软数据符号从该pnc电路中输出到该系列阶段的下一个pnc阶段。该系列阶段的最后一个pnc阶段的pnc电路被配置为将校正后的软数据符号从该pnc电路中输出到译码器。

20、在上述任何一个的装置的进一步实施例中，每个pnc阶段中的pnc电路可以符合在通道系数与硬数据符号的乘法的乘积集合之间执行卷积以生成权重系数，其中通道系数表示光传输通道中的非线性效应。在一些实施例中，每个pnc阶段中的pnc电路可以符合通过在频域中评估对应的线性滤波器来数值地执行卷积。

21、在上述任何一个的装置的进一步实施例中，数字信号处理器可以包括一系列两个或更多个pnc阶段。每个pnc阶段中的pnc电路被配置为从n个项的集合来形成该pnc电路中的每个pnc电路相应的加权和，所述n个项的集合是从硬数据符号的流中选择的，n是预定的正整数，其中由相应的pnc阶段使用的n个项的集合是相互独立的。

22、在实施例中，数字信号处理器还可以包括软判决fec译码器。该一个或多个pnc阶段的最后一个pnc阶段的pnc电路被配置为向软判决fec译码器输出软数据符号的流和扰动项的流。软判决fec译码器被配置为使用所输出的扰动项来对所输出的软数据符号执行软判决补偿。