一种信号的处理方法及装置、存储介质、电子装置与流程

1.本发明实施例涉及通信领域，具体而言，涉及一种信号的处理方法及装置、存储介质、电子装置。


背景技术：

2.光纤通信系统是承载信息传递任务的重要基础设施。相比于无线通信，光纤通信具有带宽大、损耗低的优势，可以支撑起几十甚至上百上千公里的光传输网络。不论是从2km到20km之间的数据中心之间的光互连或者光接入网，亦或是上百上千公里的城域网或骨干网，光纤模拟信号在整个传输网络中均会受各种噪声的损伤导致信号信噪比降低。其中影响最大的因素有两个，其一是光纤中的各种色散和光电器件带宽受限引入的码间串扰(inter-symbol interference,isi)，另一个就是传输网络中的众多非线性效应影响。因此为了使得接收到的信号能够正确无误地发送到终端用户，需要在接收侧配合数字信号处理进行信号的补偿和恢复。
3.相关技术中，数字信号处理主要是对光纤链路中的色散及器件带宽受限引入的码间串扰进行补偿，而对链路中的非线性效应带来的信号损伤无法进行很好的处理。
4.针对相关技术中，光通信过程中的非线性损伤无法较好的处理的问题，本专利提出一种新型，尚不存在解决方案。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种信号的处理方法及装置、存储介质、电子装置，以至少解决相关技术中光通信过程中的非线性损伤无法较好的处理的问题。
6.根据本发明的一个实施例，提供了一种信号的处理方法，包括：在接收光模拟信号之后，将所述光模拟信号转换成数字信号；对所述数字信号进行非线性效应补偿处理。
7.根据本发明的另一个实施例，提供了一种信号的处理装置，包括：
8.转换模块，用于在接收光模拟信号之后，将所述光模拟信号转换成数字信号；
9.处理模块，用于对所述数字信号进行非线性效应补偿处理。
10.根据本发明的又一个实施例，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
11.根据本发明的又一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
12.通过本发明，由于在将光模拟信号转换成数字信号之后，对数字信号进行非线性效应补偿处理，因此，可以解决相关技术中光通信过程中的非线性损伤无法较好处理的问题，达到提升信号处理精确性的技术效果。
附图说明
13.图1是本发明实施例的一种信号的处理方法的光通信接收端的硬件结构框图；
14.图2是根据本发明实施例的信号的处理方法的流程图；
15.图3是根据本发明实施例的信号的处理装置的结构框图；
16.图4是根据本发明示例实施方式的接收端数字信号处理的过程示意图；
17.图5是根据本发明示例实施方式的均衡器的架构示意图；
18.图6是根据本发明示例实施方式的前向反馈均衡器的架构示意图；
19.图7是根据本发明示例实施方式的均衡架构与相关技术中的均衡器架构均衡效果比较示意图；
20.图8是根据本发明示例实施方式的后向反馈均衡器的架构示意图；
21.图9是根据本发明示例实施方式的前向加后向反馈均衡器的架构示意图。
具体实施方式
22.下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明的实施例。
23.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
24.本技术实施例中所提供的方法实施例可以在光通信接收端或者类似的接收装置中执行。以运行在光通信接收端上为例，图1是本发明实施例的一种信号的处理方法的光通信接收端的硬件结构框图。如图1所示，光通信接收端可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器mcu或可编程逻辑器件fpga等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，其中，上述光通信接收端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述光通信接收端的结构造成限定。例如，光通信接收端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
25.存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的信号的处理方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至光通信接收端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
26.传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括光通信接收端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(network interface controller，简称为nic)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(radio frequency，简称为rf)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
27.需要说明的是，光通信接收端还可以包括模数转换模块，用于将光模拟信号转换成数字信号，再利用处理器102执行存储器104中存储的计算机程序，对数字信号进行进一步处理。
28.在本实施例中提供了一种运行于上述光通信接收端的信号的处理方法，图2是根据本发明实施例的信号的处理方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：
29.步骤s202，在接收光模拟信号之后，将该光模拟信号转换成数字信号；
30.步骤s204，对该数字信号进行非线性效应补偿处理。
31.通过上述步骤，由于在将光模拟信号转换成数字信号之后，对数字信号进行非线性效应补偿处理，因此，可以解决相关技术中光通信过程中的非线性损伤无法较好的处理的问题，达到提升信号处理精确性的技术效果。
32.在一个示例性的实施方式中，在将该光模拟信号转换成该数字信号之后，对该数字信号进行线性滤波处理；
33.该对该数字信号进行非线性效应补偿处理，包括：对经过该线性滤波处理之后的该数字信号进行该非线性效应补偿处理。
34.需要说明的是，线性滤波处理可以对光纤链路中的色散及器件带宽受限引入的码间串扰进行补偿，以更好的修正信号。在线性滤波处理之后，对该数字信号进行非线性效应补偿处理，可以进一步补偿光通信过程中的非线性损伤，更好的修正信号。
35.在一个示例性的实施方式中，该方法还包括：在该对该数字信号进行该非线性效应补偿处理之后，根据经过该非线性效应补偿处理之后的数字信号确定处理误差，其中，该处理误差用于指示处理后的数字信号与预设的处理目标之间的误差；根据该处理误差调整抽头系数，其中，该抽头系数用于对该数字信号进行该线性滤波处理。
36.需要说明的是，利用处理后的数字信号与处理目标之间的误差调整抽头系数，可以更好的优化线性滤波处理的处理效果，以不断的接近处理目标。其中，处理目标可以是一些预设的处理参数的目标，例如阈值、预设范围等。
37.在一个示例性的实施方式中，对该数字信号进行非线性效应补偿处理，包括：利用激活函数对该数字信号进行该非线性效应补偿处理。
38.在一个示例性的实施方式中，该激活函数满足以下条件：该激活函数的响应曲线是一条非线性函数；以及，该激活函数为单调递增或单调递减函数；以及，该激活函数在该数字信号的数据范围内平滑可导。
39.在一个示例性的实施方式中，该激活函数还满足以下条件至少之一：该激活函数的输出值在0～1或者-1～1之间；该激活函数的导数可取。需要说明的是，激活函数的输出值在0～1或者-1～1之间可以使得激活函数与通信系统符号解映射后的逻辑值保持一致，有助于数字信号的处理。
40.在一个示例性的实施方式中，该激活函数包括以下之一：sigmoid函数、tanh函数或者leaky relu函数。
41.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
42.在本实施例中还提供了一种信号的处理装置，该装置用于实现上述实施例及优选
实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
43.图3是根据本发明实施例的信号的处理装置的结构框图，如图3所示，该装置包括：
44.转换模块31，用于在接收光模拟信号之后，将所述光模拟信号转换成数字信号；
45.处理模块33，用于对所述数字信号进行非线性效应补偿处理。
46.通过上述步骤，由于在将光模拟信号转换成数字信号之后，对数字信号进行非线性效应补偿处理，因此，可以解决相关技术中光通信过程中的非线性损伤无法较好的处理的问题，达到提升信号处理精确性的技术效果。
47.在一个示例性的实施方式中，该装置还包括：线性滤波模块，用于在将该光模拟信号转换成该数字信号之后，对该数字信号进行线性滤波处理；处理模块还用于对经过该线性滤波处理之后的该数字信号进行该非线性效应补偿处理。
48.在一个示例性的实施方式中，该装置还包括：确定模块，用于在该对该数字信号进行该非线性效应补偿处理之后，根据经过该非线性效应补偿处理之后的数字信号确定处理误差，其中，该处理误差用于指示处理后的数字信号与预设的处理目标之间的误差；所述线性滤波模块，还用于根据该处理误差调整抽头系数，其中，该抽头系数用于对该数字信号进行该线性滤波处理。
49.在一个示例性的实施方式中，处理模块还用于利用激活函数对该数字信号进行该非线性效应补偿处理。
50.在一个示例性的实施方式中，该激活函数满足以下条件：该激活函数的响应曲线是一条非线性函数；以及，该激活函数为单调递增或单调递减函数；以及，该激活函数在该数字信号的数据范围内平滑可导。
51.在一个示例性的实施方式中，该激活函数还满足以下条件至少之一：该激活函数的输出值在0～1或者-1～1之间；该激活函数的导数可取。在一个示例性的实施方式中，该激活函数包括以下之一：sigmoid函数、tanh函数或者leaky relu函数。
52.需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
53.示例实施方式
54.本实施例在线性均衡器架构上，增加一个非线性的激活函数，使线性均衡器架构中具有一定非线性的响应，从而补偿非线性效应。本实施例针对相关技术中无法很好的对非线性因素进行补偿的情况，提出了一种新型的均衡补偿架构，使得该均衡器既能够消除码间串扰的影响，也能进行一定的非线性补偿。
55.本实施例主要是针对光纤传输链路中，光纤和器件等引入的非线性效应，在数字域中对送入均衡器的接收信号的非线性效应作补偿，该补偿可以通过计算机软件算法所实现。
56.图4是根据本发明示例实施方式的接收端数字信号处理的过程示意图，如图4所示，包括以下步骤：
57.接收到的光纤中的模拟信号先经过数模转换模块转成数字信号，再送入数字信号
处理芯片中进行数据恢复和补偿。数字信号处理芯片中一般包含以下几个功能：重采样：使得采样率变成信号恢复所需的整数倍采样率；时钟/相位恢复：使得接收端系统恢复出数据的时钟信号，找到数据的最佳采样点及相位点；帧同步：同步找到帧头；均衡处理：补偿网络传输中的色散及其他因素引入的码间串扰；均衡处理还包括利用激活函数对信号进行非线性效应补偿处理。
58.本实施例在均衡补偿架构基础上，增加非线性激活函数模块，目的在于使该新型均衡器具备对非线性信号的补偿能力。本发明中所述非线性补偿模块可以是非线性激活函数。
59.在一个示例性的实施方式中，针对均衡技术模块，在均衡器架构上可以采用前向均衡(feed forward equalization,ffe)、后向均衡(decision feedback equalization,dfe)或者ffe dfe等结构。
60.在一个示例性的实施方式中，该非线性激活函数应至少同时满足以下三个条件：
61.激活函数模块响应曲线需是一条非线性函数；激活函数应满足单调递增/单调递减的特性，并且其输出值应在0～1或者-1～1之间，与通信系统符号解映射后的逻辑值保持一致；激活函数应满足数据范围内平滑可导的特性。
62.在一个示例性的实施方式中，函数导数会在系统算法中体现，故函数导数应具备容易求取的特性。
63.在一个示例性的实施方式中，本实施例提供的均衡器，在线性滤波器选择上，适用于包括前向均衡器(ffe)、后向均衡器(dfe)以及前向加后向均衡器(ffe dfe)等多种架构。
64.在一个示例性的实施方式中，本实施例提供的均衡器，在均衡器训练方式的选择上，可以包含基于训练序列和盲均衡方式以及其他的训练方式，如恒模算法等。
65.在一个示例性的实施方式中，本实施例提供的均衡器，在收敛算法选择上，可以包含最小均方算法(least mean square,lms)、递推最小二乘法(recursive least square,rls)等常见算法。
66.本实施例提供的补偿链路非线性算法上的数字处理方案，可以对链路中的非线性失真进行一定的补偿。在传统常见的均衡器架构基础上仅增加了一个非线性激活函数，易于在传统技术储备中进行技术迭代升级，硬件系统架构上变动不大，方便实现。
67.图5是根据本发明示例实施方式的均衡器的架构示意图，如图5所示，均衡器架构可以等价于一个线性的滤波器，用于补偿信号中的码间串扰情况，但对于信号中的非线性无法进行补偿。可以在均衡器架构上添加了一个非线性的激活函数，目的是为了补偿信号中的非线性部分。信号处理流程包括以下几步：
68.步骤一，送入新型均衡器处理的数字信号x(n)先经过一个线性的滤波器模块处理，其中线性滤波器架构包括ffe、dfe以及ffe dfe等；该步骤可以采用线性滤波器处理流程或方式，在本发明实施例并不作限定。
69.步骤二，经过线性滤波器预处理后的数字信号再送入非线性激活函数模块中产生非线性响应，该步骤的作用在于补偿系统链路中的非线性问题。该步骤的具体处理流程可参考其他示例实施方式。
70.需要强调的是，相关技术中的信号处理并没有非线性激活函数这一步，整个均衡器架构是一个线性系统，只能对结果做码间串扰的补偿，而对非线性因素无法消除。激活函
least square,递归最小二乘法)、cma(constant modulus algorithm)等等。
82.图9是根据本发明示例实施方式的前向加后向反馈均衡器的架构示意图，把前向均衡架构(ffe)和后向均衡架构(dfe)组合的均衡器架构基础上增加一个非线性激活函数后的实施例。如图9所示，接收到的数据比特流先经过一个前向均衡器架构求和后作为后一个后向均衡器架构的输入。同时后向均衡器经过非线性激活函数输出的非线性数据zk以一定的收敛算法自适应更新ffe和dfe的抽头系数。
83.本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
84.在一个示例性实施例中，上述计算机可读存储介质可以包括但不限于：u盘、只读存储器(read-only memory，简称为rom)、随机存取存储器(random access memory，简称为ram)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
85.本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
86.在一个示例性实施例中，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
87.本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及示例性实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
88.显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
89.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。