[发明专利]一种基于概率整形的通信方法

权利要求书

1.一种基于概率整形的通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、初始化PAM星座点的幅值和概率；

S2、基于初始化的幅值和概率，利用分布匹配生成对应的PAM符号序列，并将所述PAM符号序列转换为最终的发射信号；其中，将所述PAM符号序列的一部分作为训练序列；

S3、利用所述训练序列来估计信道的传输函数和噪声功率；

S4、利用估计的传输函数和噪声功率来进行接收端的判决译码，得到译码信号；

S5、计算发射信号与译码信号之间的互信息，并利用迭代的方式求解出使所述互信息最大的PAM星座点位置和对应的概率；

步骤S5中发射信号与译码信号之间的互信息为：

其中，p_ij表示从发射符号X＝a_i到译码符号的转移概率，i,j＝1,2,…,M，M表示PAM的调制阶数，a_i和p_i表示第i个星座点的幅值和概率，于是p_ij可由下式计算：

其中，表示关于X的条件概率质量函数，Z_j表示将接收符号Y译码为a_j的符号集合；f_Y|X(Y|a_i)表示发射符号X＝a_i关于Y的条件概率密度函数；

步骤S5中，利用迭代的方式求解出使所述互信息最大的PAM星座点位置和对应的概率，包括：

使互信息最大的优化变量为星座点的位置及概率，即：和基于最优的星座点趋向于满足以下两个要求：1)星座点足够分散；2)线性区的星座点拥有更高的概率，可对互信息的优化问题作如下两项简化：

简化一、M个星座点之间的距离为定值，用Δ表示，即

a_i+1-a_i＝Δ,i＝1,2,…,M-1

简化二、的取值服从于麦克斯韦-玻尔兹曼分布，为保证星座点关于线性区中点呈对称分布，可写为

其中，λ表示麦克斯韦-玻尔兹曼分布的速率参量；

简化之后，优化变量的数目从2M降为2，即从和降为Δ和λ；于是，最大化互信息的优化问题可由下述迭代算法解决：

(1)初始化Δ和λ，计算

(2)固定λ，通过一维搜索的方式找到最优的Δ；

(3)固定Δ，通过一维搜索的方式找到最优的λ；

(4)重复(2)和(3)直到算法收敛；

由于每次迭代，都会使得提高，而具有一个上界，也就是最大信源熵所以该迭代算法一定是收敛的。

2.如权利要求1所述的基于概率整形的通信方法，其特征在于，步骤S1包括：

对于单个M阶PAM符号X而言，其可取的星座点位置的幅值记为A＝{a₁,a₂,…,a_M}，对应的概率为{p₁,p₂,...,p_M}，A表示幅值的取值空间；

令X关于光源器件的线性区中点呈对称分布，并初始化星座点使其在所述线性区内等概率且等间隔分布；其中，Φ(·)表示光源器件的非线性传输函数。

3.如权利要求2所述的基于概率整形的通信方法，其特征在于，步骤S2中，利用固定组合分布匹配，通过将比特序列映射到码本中的方式生成所述PAM符号序列。

4.如权利要求3所述的基于概率整形的通信方法，其特征在于，步骤S2包括：

S21、构造一个码本包含所述PAM符号序列的所有取值空间，表示为：

其中，v∈Aⁿ表示长度为n的序列v中每个元素都属于幅值空间A，表示序列v中幅值为a_i的符号个数；

S22、将长度为k的二元比特序列U^k∈{0,1}^k一一映射到码本中，生成长度为n的PAM符号序列Xⁿ；其中，表示码本大小，表示向下取整；

S23、对所述PAM符号序列Xⁿ进行数模转换，生成最终的发射信号。