[发明专利]一种基于概率整形的通信方法

说明书

本发明公开了一种基于概率整形的通信方法，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。本发明可以有效缓解光源器件的非线性造成的失真。

技术领域

本发明涉及无线光通信领域，具体涉及一种基于概率整形的通信方法。

背景技术

无线光通信(Optical Wireless Communication,OWC)是利用无线光波进行通信的一种技术，具有高速率和高保密性的优点。然而，OWC在实际应用中可能会受到非线性的影响，其中光源器件如发光二极管(Light Emitting Diode,LED)的非线性是主要来源之一。LED的非线性体现在对幅值过大或者过小的发射信号双边剪切，造成信号失真。因此，为了保证通信质量，缓解这种非线性失真显得必不可少。

常用的非线性缓解方法主要可以分为两种：补偿和减敏。其中，前者主要是利用预失真或者后失真的方式，对LED的非线性失真进行补偿；而后者主要是通过对发射信号进行处理，使其对非线性失真的灵敏度降低，从而降低非线性的影响。对于补偿来说，一般需要知道相对准确的LED非线性模型，通过构造非线性模型的反函数的方法进行抵消，所需的计算复杂度较高。而减敏则不需要知道非线性模型，通常限制发射信号的幅值使其避免进入非线性区，所需的计算复杂度较低。例如，在正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing,OFDM)系统中，通过降低峰均功率比(Peak to Average PowerRatio,PAPR)来间接减少非线性失真，是一种典型的减敏技术。

另一方面，在各种优化通信性能的信号处理技术中，概率整形技术以其高灵活性和低复杂度被广泛应用于光通信领域，其核心思想是通过调整星座点的概率从而获得整形增益。例如，Buchali F、Steiner F、Bocherer G等人在《Rate adaptation and reachincrease by probabilistically shaped 64-QAM:An experimental demonstration》中提出的在光纤通信中，基于概率整形的正交幅度调制(Quadrature AmplitudeModulation,QAM)技术，用于自适应速率的单载波相干光传输系统；Ma J,Chen M,Wu K等在《Performance enhancement of probabilistically shaped OFDM enabled byprecoding technique in an IM-DD system》中提出了一种基于概率整形的OFDM技术，用于光接入网系统，并给出了实验验证。在自由空间光通信中，Elzanaty A和Alouini M-S在《Adaptive coded modulation for IM/DD free-space optical backhauling:Aprobabilistic shaping approach》中提出了一种基于概率整形的脉冲幅度调制(PulseAmplitude Modulation,PAM)技术，通过自适应编码的方式去提高通信容量。在上述现有方案中，概率整形技术通常只用于逼近香农容量限，但概率整形技术所体现出来的整形增益使其拥有极大的潜力用来缓解非线性失真。

发明内容

基于此，本发明提出一种基于概率整形的通信方法，通过基于概率整形的PAM技术，缓解无线光通信的非线性失真，其核心思想是通过求解PAM最优星座点的位置以及对应的概率来最大化发射与接收信号之间的互信息。