[发明专利]基于菱形调制与符号级部分标记方式的光概率成形方法

说明书

本发明公开了基于菱形调制与符号级部分标记方式的光概率成形方法，在满足最小欧式距离的条件下，密集了星座图的空间优势，提出了菱形QAM星座图；同时通过将之与提出的符号级概率成形方式相结合，通过适当增加一定冗余，提高了输入信号低能量点的分布概率，提高了系统的传输性能；符号级概率成形和菱形星座图映射相结合的成形方式弥补了单独成形或单独映射的不足之处，对于系统误码率的降低有了明显的贡献。虽然由于使用概率成形增加了一定的信息冗余，但是相比于误码率的降低，是有一定的优势和应用前景。

技术领域

本发明属于光传输技术领域，具体涉及基于菱形调制与符号级部分标记方式的光概率成形方法。

背景技术

现今社会，互联网，网络电视，实时视频通信，网上购物飞速发展，网络的数据量和通信带宽呈指数级增长，有“最后一公里”之称的光接入网对于通信传输能力的提高有决定性的作用。为了提高光接入网的处理能力和系统性能，光接入网应当满足调制信号易于识别，组网结构简单高效的特点。在此基础上，随着相移键控调制(PSK)，正交振幅调制(QAM)，离散多音调制(DMT)等调制方式的蓬勃发展(CAP)的蓬勃发展，扩充了星座空间的多级多维应用结构，系统的频谱效率和传输速率有了一定程度的提高。然而，这也极大地增加了数字信号处理的复杂程度与系统搭建的困难度。无载波幅相调制(CAP)由于功耗小，频谱效率高，系统机构简单，信号处理难度小等优点，对于短距离高速通信系统有极大的应用价值。在一定的区域与合适的应用场景中，CAP—PON在接入网应用中体现了很好的灵活性与极大的应用潜力，诸如10Gb/s的非正交CAP—PON，10*70Gb/s的CAP—PON，N维CAP—PON等。

同时为了尽可能地提高信息的处理速度，传输速率，如何最大程度的提高单信道载波的传输承载能力使之接近香农限成为了广泛研究的课题。而概率成形作为提高信道容量、降低信息误码率的有效方法，受到了广泛地关注。2013年，Yang F等人提出BICM系统的概率成形APSK星座标签设计方法。同年，He D等人提出APSK星座格雷映射的改进方案，使格雷映射的AP-SK星座可以根据不同的信噪比级别进行调整，以增加其平均互信息。2015年，Méric H等人给出了一个带有等概率信号的幅度和相移键控(APSK)星座的构造方式。随着研究的继续深入，概率成形逐渐在各种通信系统中运用，例如WDM系统中的16-QAM概率成形，256QAM/1024QAM的概率成形，ATSC 3.0广播信道的概率成形，非线性光纤信道QAM概率成形。然而，目前的概率成形主要是针对常规的星座图做映射，例如8PSK，16QAM，32QAM星座图等。常规星座图空间利用率低，相同欧式距离下空间间隙过大，会限制系统性能，增加传输功率冗余，降低传输速率和信道容量。

在本发明中，我们提出了一种符号级的菱形星座概率成形方式。以结合星座点的符号级方法得出的标签与菱形星座图进行有效结合的概率成形，对不同信息出现概率进行分配整合提高了信号的随机适应性，菱形星座图提高了星座空间利用率，概率与映射结合调制整体降低了信号的传输功率，从而提高了系统的传输速率，信道容量和系统的性能。与传统的简单QAM编码调制方案比较，采用这种成形结合星座图的新型编码方案对信号进行调制将可以得到更好的非线性容限、更低的误码率以及更低的发射功率。

发明内容

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

基于菱形调制与符号级部分标记方式的光概率成形方法，包括以下步骤：

步骤一：输入单路二进制比特流到串并转换单元，经过串并转换后输出四路并行二进制流信号；

步骤二：符号级概率分布匹配器对生成的四路二进制数据进行识别和添加标签，通过识别信号所归属的标签集确认最终的输出信号，输出信号中星座点的分布已经达到了提升低能量星座点的分布概率、降低高能量星座点的分布概率的目的；