一种概率整形的正交幅度信号生成与检测方法及系统与流程

1.本发明涉及光传输系统领域，具体涉及一种概率整形的正交幅度信号生成与检测方法，和一种概率整形的正交幅度信号生成与检测系统。


背景技术：

2.随着物联网、云计算、人工智能、拟现实等技术的发展，人们对网络传输容量的需要呈指数增长。通常情况下，传输系统中多采用qam(quadrature amplitude modulation，正交幅度调制)技术以提升传输过程中的频谱效率。概率整形是一种能够灵活调制qam调制信号各星座点概率分布以获得增益的调制编码方式，其可以有效提升光传输系统的性能。
3.通常情况下，采用概率整形的编码技术在信道符合高斯分布的情况下，其将各点按照最佳概率分布为麦克斯韦-玻耳兹曼分布(mb)，以达到最佳性能。然而当进行高阶调制时，其信噪比要求会显著增加，外圈星座点误码过大，通常会采用降低其概率的方式以减小其影响，但当信噪比过低时，外圈概率极低这样就会导致采用mb分布的星座点概率都集中到中心点上去，极大的压缩的频谱效率。因此，采用何种概率分布模型，使得概率整编码能够在高阶调制，低信噪比条件下实现高效传输，是当前概率整形中亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种概率整形的正交幅度信号生成与检测方法及系统，适用不同的调制阶数的信号，并且不会改变原有信号的接收算法以及流程，极大的增强了实用性。
5.为达到以上目的，本发明提供的一种概率整形的正交幅度信号生成与检测方法，具体包括以下步骤：
6.确定发送端需发送的高阶调制qam信号，并进行误码率较大星座点的确定以及截断；
7.将截断后剩余的星座点重新进行mb概率分配，得到所有发送正交幅度调制信号的发送概率；
8.基于原正交幅度信号接收方式，接收端进行概率整形后正交幅度调制信号的接收。
9.在上述技术方案的基础上，所述进行误码率较大星座点的确定以及截断，具体步骤包括：
10.根据概率编码信号发送反馈得到的结果，确定误码率较大的星座点；
11.对确定的误码率较大的星座点进行截断处理。
12.在上述技术方案的基础上，所述将截断后剩余的星座点重新进行mb概率分配，得到所有发送正交幅度调制信号的发送概率，具体步骤包括：
13.将截断后剩余的星座点按照所需要的频谱利用率，重新进行mb概率分配，得到所有发送正交幅度调制信号的发送概率。
14.在上述技术方案的基础上，所述将截断后剩余的星座点按照所需要的频谱利用率，重新进行mb概率分配，其中，分配后每个星座点的发送概率为：
[0015][0016]
其中，p(x)表示第x个星座点的发送概率，x表示需要发送的星座点合集，v表示概率整形的程度，exp表示以自然常数e为底的指数函数，re(x)表示取x实部函数，im(x)表示取x虚部函数。
[0017]
在上述技术方案的基础上，所述基于原正交幅度信号接收方式，接收端进行概率整形后正交幅度调制信号的接收，具体步骤包括：
[0018]
在接收端，对概率整形后的正交幅度调制信号进行色散补偿、信号同步、信道补偿、频偏相位补偿、比特映射和误码计算，实现对概率整形后正交幅度调制信号的接收。
[0019]
在上述技术方案的基础上，
[0020]
所述信号同步用于找到对应的传输数据帧；
[0021]
所述信道补偿用于减小由于信道损伤而引入的失真；
[0022]
所述信道补偿包括线性补偿和非线性补偿。
[0023]
在上述技术方案的基础上，
[0024]
所述频偏相位补偿用于补偿本振激光器与发送载波之间的频差和相差；
[0025]
所述比特映射用于将正交幅度信号恢复为比特信号。
[0026]
本发明提供的一种概率整形的正交幅度信号生成与检测系统，包括：
[0027]
确定模块，其用于确定发送端需发送的高阶调制qam信号，并进行误码率较大星座点的确定以及截断；
[0028]
分配模块，其用于将截断后剩余的星座点重新进行mb概率分配，得到所有发送正交幅度调制信号的发送概率；
[0029]
接收模块，其用于基于原正交幅度信号接收方式，接收端进行概率整形后正交幅度调制信号的接收。
[0030]
在上述技术方案的基础上，所述进行误码率较大星座点的确定以及截断，具体过程包括：
[0031]
根据概率编码信号发送反馈得到的结果，确定误码率较大的星座点；
[0032]
对确定的误码率较大的星座点进行截断处理。
[0033]
在上述技术方案的基础上，所述将截断后剩余的星座点重新进行mb概率分配，得到所有发送正交幅度调制信号的发送概率，具体过程包括：
[0034]
将截断后剩余的星座点按照所需要的频谱利用率，重新进行mb概率分配，得到所有发送正交幅度调制信号的发送概率。
[0035]
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用截断正交幅度调制概率整形编码方式，可根据不同信道的特性进行调制，在采用高阶调制的基础上，以及低信噪比条件下，保持了原有概率整形系统的结构，利用编码特性实现性能提升；本发明适用不同的调制阶数的信号，并且不会改变原有信号的接收算法以及流程，极大的增强了实用性，在整体上优化光传
输系统的性能，同时提高了兼容性和稳定性。
附图说明
[0036]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]
图1为本发明实施例中一种概率整形的正交幅度信号生成与检测方法的流程图。
具体实施方式
[0038]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0039]
本发明实施例提供一种概率整形的正交幅度信号生成与检测方法，使得在低信噪比情况下，外围星座点概率为零，其它星座点仍然按照mb分布(麦克斯韦-玻尔兹曼分布)进行概率分配，这样既能满足信噪比传输的需要又能合理的实现概率整形编码高效传输的功能，从而在整体上实现了低信噪比条件下最大传输效率的概率整形编码传输。
[0040]
同时，发送端及接收端的系统结构同原有系统相同，不会额外增加系统复杂度，不同在于仅需要对外围星座点进行概率截断，后再对所要发送的星座点进行一次概率编码即可。能够与原有概率整形系统相兼容，结构简单，且调制方案的信号透明适用于不同格式的正交幅度信号的传输，有利于系统协议升级应用。本发明能够有效提升正交幅度调制信号在实际应用中的实用性，扩展概率整形脉冲幅度调制技术的适用范围，有利于提升概率整形系统的稳定性、可靠性以及可扩展性。
[0041]
参见图1所示，本发明实施例提供的一种概率整形的正交幅度信号生成与检测方法，具体包括以下步骤：
[0042]
s1：确定发送端需发送的高阶调制qam信号，并进行误码率较大星座点的确定以及截断；
[0043]
本发明中，进行误码率较大星座点的确定以及截断，具体步骤包括：
[0044]
s101：根据概率编码信号发送反馈得到的结果，确定误码率较大的星座点；
[0045]
s102：对确定的误码率较大的星座点进行截断处理。
[0046]
即首先在发送端进行需发送的高阶调制qam信号的确定，然后根据常规的概率编码信号发送反馈得到的结果，确认外面误码率过大的星座点(即确认误码率大于预设值的星座点)，对确定的误码率较大的星座点进行截断处理，让其生成的概率为零。
[0047]
s2：将截断后剩余的星座点重新进行mb概率分配，得到所有发送正交幅度调制信号的发送概率；
[0048]
本发明中，将截断后剩余的星座点重新进行mb概率分配，得到所有发送正交幅度调制信号的发送概率，具体步骤包括：
[0049]
将截断后剩余的星座点按照所需要的频谱利用率，重新进行mb概率分配，得到所有发送正交幅度调制信号的发送概率。
[0050]
通过步骤s1和s2，能够使得在信噪比条件一定的环境下，在去除部分高误码率星座点的同时保持较高的调制效率，使得整个系统发送信号的性能得到了提升。当得到实际发送的概率整形的正交幅度信号后，将此信号进行调制后送入光纤进行传输。
[0051]
将截断后剩余的星座点按照所需要的频谱利用率，重新进行mb概率分配，其中，分配后每个星座点的发送概率为：
[0052][0053]
其中，p(x)表示第x个星座点的发送概率，x表示需要发送的星座点合集，v表示概率整形的程度，exp表示以自然常数e为底的指数函数，re(x)表示取x实部函数，im(x)表示取x虚部函数。
[0054]
s3：基于原正交幅度信号接收方式，接收端进行概率整形后正交幅度调制信号的接收。由于概率整形后的正交幅度信号同原正交幅度信号在结构上并没有本质差别，因此，在接收端可以采用原有的接收方式进行接收。
[0055]
本发明中，基于原正交幅度信号接收方式，接收端进行概率整形后正交幅度调制信号的接收，具体步骤包括：
[0056]
在接收端，对概率整形后的正交幅度调制信号进行色散补偿、信号同步、信道补偿、频偏相位补偿、比特映射和误码计算，实现对概率整形后正交幅度调制信号的接收。
[0057]
本发明中，信号同步用于找到对应的传输数据帧；信道补偿用于减小由于信道损伤而引入的失真；信道补偿包括线性补偿和非线性补偿。频偏相位补偿用于补偿本振激光器与发送载波之间的频差和相差；比特映射用于将正交幅度信号恢复为比特信号。
[0058]
以下对本发明的概率整形的正交幅度信号生成与检测方法，进行具体说明。
[0059]
首先确定得到发送的正交幅度调制信号类型，设定发送信号为qam-n，既常规条件下可能发送的星座点为n个，通过常规发送以及常规接收后，确定影响传输性能的星座图外围点数为m，设定其发送概率为零。剩余星座点按mb分布进行重新概率分配。根据传输容量的要求，设定其所需正交调制编码所需的每符号传输比特数为h。
[0060]
根据mb分布，每个星座点的发送概率为：
[0061][0062]
其中，p(x)表示第x个星座点的发送概率，x表示需要发送的星座点合集，合集中星座点数量为n-m，v表示概率整形的程度。
[0063]
因此，根据概率计算得到的信息熵h(x)为：
[0064]
h(x)＝∑
x∈x
p(x)
·
log
2 p(x)
[0065]
根据所需的h(x)即可得到所需的v，从而确定所需发送的各星座点的概率，然后根据计算得到的概率，以此概率进行发送qam-n各点数据(其中m点概率为零)。概率分布使得所有的发送符号在满足低信噪比传输的条件下利用概率整形编码发送实现最大的信息速率的传输，因此使得整个概率整形系统的误码率降低，从而提升了概率整形系统的性能。
[0066]
本发明实施例的概率整形的正交幅度信号生成与检测方法，采用截断正交幅度调制概率整形编码方式，可根据不同信道的特性进行调制，在采用高阶调制的基础上，以及低信噪比条件下，保持了原有概率整形系统的结构，利用编码特性实现性能提升；本发明适用不同的调制阶数的信号，并且不会改变原有信号的接收算法以及流程，极大的增强了实用性，在整体上优化光传输系统的性能，同时提高了兼容性和稳定性。
[0067]
本发明实施例提供的一种概率整形的正交幅度信号生成与检测系统，包括确定模块、分配模块和接收模块。
[0068]
确定模块用于确定发送端需发送的高阶调制qam信号，并进行误码率较大星座点的确定以及截断；分配模块用于将截断后剩余的星座点重新进行mb概率分配，得到所有发送正交幅度调制信号的发送概率；接收模块用于基于原正交幅度信号接收方式，接收端进行概率整形后正交幅度调制信号的接收。
[0069]
本发明中，进行误码率较大星座点的确定以及截断，具体过程包括：
[0070]
根据概率编码信号发送反馈得到的结果，确定误码率较大的星座点；
[0071]
对确定的误码率较大的星座点进行截断处理。
[0072]
本发明中，将截断后剩余的星座点重新进行mb概率分配，得到所有发送正交幅度调制信号的发送概率，具体过程包括：
[0073]
将截断后剩余的星座点按照所需要的频谱利用率，重新进行mb概率分配，得到所有发送正交幅度调制信号的发送概率。
[0074]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
[0075]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。