[发明专利]一种基于自动编码器的几何-概率成形光信号产生方法

说明书

本发明公开一种基于自动编码器的几何‑概率成形光信号产生方法，属于光通信领域。本发明通过自动编码器生成光信号，并通过自动编码器的迭代训练过程不断更新生成的成信号，在自动编码器训练完成后，得到适合传输信道的光信号调制方法，通过解码器，将自动编码器的低维信息重构回高维表达式；自动编码器预测输入的回归任务，负责自动构建发射星座，并将发射比特与发生星座点对应，发射信号通过光纤信道添加损伤，接收信号通过解码器还原为比特序列。本发明能够降低难以定量考虑信道损伤而带来的影响；产生的光信号符合光纤信道的最佳分布；仅需要改变信道参数便实现对不同光纤信道环境的最佳光信号调试。

技术领域

本发明涉及一种基于自动编码器的几何-概率成形光信号产生方法，属于光通信领域。

背景技术

光纤传输的系统广泛采用传统的正交幅度调制(QAM)格式，正交幅度调制方法由均匀分布的星座点排列在二维空间上形成星座图。由于非线性损伤已成为影响长距离光纤通信系统性能的最大障碍，为逼近香农极限容量、提高系统性能，采用星座成形技术在发射端减小非线性效应带来的损伤。星座成形技术包括几何成形(GS)和概率成形(PS)技术：几何整形技术是将均匀分布的信号映射到非均匀分布的星座点上，概率成形技术是改变调制阶段星座点出现概率，使星座点的出现概率非均等。

大多数关于联合概率成形和几何成形的方法都是针对特定调制格式和加性高斯白噪声(AWGN)信道手动生成的，由于星座成形中需要考虑的变量较多，规律性不强，人工生成只能应用于特殊环境，具有一定的局限性，此外难以有效地解决超长距离光纤传输系统中的非线性问题。因此，亟需一种能够根据所需信道环境自动生成合适星座的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自动编码器的几何-概率成形光信号产生方法，基于自动编码器产生的几何概率成形信号，在光通信系统中产生符合信道条件的几何概率成形信号，解决由于信道损耗导致在接收端失真的情况，使光通信系统容量逼近香农极限。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种基于自动编码器的几何-概率成形光信号产生方法，通过自动编码器生成光信号，并通过自动编码器的迭代训练过程不断更新生成的成信号，在自动编码器训练完成后，得到适合传输信道的光信号调制方法，通过解码器将自动编码器的低维信息重构回高维表达式；自动编码器预测输入的回归任务，负责自动构建发射星座，并将发射比特与发生星座点对应，发射信号通过光纤信道添加损伤，接收信号通过解码器还原为比特序列，具体包含以下步骤：

步骤一：调制器的初始训练；

初始训练序列为随机产生的比特序列，并将训练序列输入到调制器中；

步骤二：构建调制器；

调制器为一个三层神经网络：第一层输入信号为一组四维正态分布的噪声向量，第二层为2m节点的隐藏层，m为调制阶数，第三层为2m节点的输出层；

第一层与第二层之间、第二层与第三层之间均采用Linear连接，并采用LeakyReLU作为激活函数，第三层的节点进行批标准化；

输出的2m个节点前m个为对应每个星座点的I路坐标，后m个对应每个星座点的Q路坐标；

步骤三：确定下一次训练时的训练序列；

根据分布匹配器确定下一次训练时的训练序列；

下一次训练时的训练序列的熵值H(S)，如式(1)所示：

其中，p(s_i)为第i个符号出现的概率；

对于任意星座，采用二维Maxwell-Boltzmann分布使星座符合最佳概率分布，通过对二维Maxwell-Boltzmann分布进行采样，确定每个符号对应的概率如式(2)所示：