[發明專利]一種對抗極化相關損耗（PDL）效應的自適應極化調制方法

有效

• 申請號: 201410232528.1
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN103973408B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 郭彩麗;楊光偉;劉芳芳;曾志民;馮春燕
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L27/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，是一種對抗去極化信道中極化相關損耗(PDL)效應的自適應極化調制方法，特別涉及一種不僅可以使存有極化相關損耗(PDL)效應的去極化信道得到充分利用而且能提升極化調制系統頻譜效率的自適應極化調制方法。

背景技術

在極化調制中，極化相關損耗(Polarization Dependent Loss:PDL)會導致時變的接收信噪比。極化相關損耗(PDL)是由無線信道的各向異性引起的，表現為極化信號在信道傳播中所遭受到的功率衰減與該信號的發射極化狀態相關。在存有時變PDL的去極化信道中，為了保證可接受的性能，采用固定階數極化調制的系統通常都是針對最差信道條件而設計的，因此這些系統一般采用較低階的極化調制方式，導致了信道的不充分利用與頻譜效率性能的不理想。

近年來，在光纖通信中，已有不少學者研究了在接收端通過使用補償技術來降低PDL對系統性能的影響。P.B.Phua等人提出了一個寬帶PDL補償因子方法，在各向同性的衰減中，通過對每個極化狀態引入不同的頻率相關的可變衰減來消除PDL幅值和頻率相關性。此外，Nelson.J等人提出了基于斯托克斯空間的數字PDL補償技術，該補償技術是在斯托克斯空間中基于對信號樣值的旋轉與轉變來實現的，可以提供2.5dB的PDL補償增益。Mahdi等人給出了一種在偏分復用相干光纖傳輸中基于白化矩陣的PDL補償方法，所提白化矩陣是關于極化狀態旋轉參數與PDL增益或損耗系數的函數。

另一方面，在無線通信的最新研究中，T.Pratt等人首先把極化模式擴散和極化相關損耗引入無線通信研究領域，并且針對發現的極化模式擴散現象和極化相關損耗(PDL)提出寬帶場景下的極化分集、復用及極化域功率注水信道容量最大化。Wu等人分析了無線信道寬帶去極化效應并提出了完全表征寬帶信道極化特性的寬帶理論極化信道模型。依據該模型，采用數值仿真和曲線擬合相結合的方法，首次理論研究了極化相關損耗(PDL)的概率統計特性。Wei等人使用了極化調制提升系統的功放能效，研究了信道存在極化相關損耗(PDL) 時的預補償方法和極化調制的性能，并進一步研究了將極化調制與傳統幅度-相位調制聯合起來實現極化狀態-幅度-相位聯合調制，同時利用發射信號的極化狀態、幅度及相位承載信息，使功放能效得到進一步優化。然而，在Wei等人的以上研究中，都是針對固定階數極化調制，且這些研究都沒有關注極化調制系統頻譜效率。

發明內容

本發明提供了一種適用于無線通信中的自適應極化調制(Adaptive Polarization Modulation:APM)機制，目的是為了不僅可以使存有極化相關損耗(PDL)效應的去極化信道得到充分利用而且能提升極化調制系統的頻譜效率。

無線信道中的PDL效應會影響系統的接收功率、信噪比、誤符號率、誤比特率，PDL的時變性會使極化信號經歷時變衰落，且信道中PDL越大，其對極化調制的誤比特性能影響越嚴重。因此，對于存在PDL效應的時變信道，如果能在信道質量好時(PDL值非常小)，系統采用頻譜效率高的高階極化調制，而在信道質量變差時(PDL值很大)，系統采用抗干擾能力強的低階極化調制，這樣信道就能得到充分利用且能獲得更好的頻譜效率。

從適應去極化信道中極化相關損耗(PDL)效應以使該類型的去極化信道得到充分利用且提升極化調制系統的頻譜效率出發，本發明提出了一種自適應選擇最優的極化調制階數來傳輸數據的方法——自適應極化調制。本發明中假設采用的極化調制階數為 M_j＝2^j+1∈{2,4,8,16}——→j＝0,1,2,3。基于自適應極化調制機制可以從M₀到M_J中選擇最優的極化調制階數，在滿足相同誤比特率性能前提下，與固定階數極化調制相比，使用了自適應極化調制機制的傳輸系統在頻譜效率方面獲得了提升。

本發明中所述的自適應極化調制方法：在推導出PDL影響下接收信噪比的概率分布函數的基礎上，發射端在系統滿足目標誤比特性能前提下，根據當前信道質量的反饋信息選定最優極化調制階數傳輸數據——在信道質量好時，發射端采用頻譜效率高的高階極化調制傳輸數據；而在信道質量差時，發射端則會采用頻譜效率低但抗干擾能力強的低階極化調制傳輸數據。具體而言，對于固定目標誤比特值，從誤比特率公式中可以得到不同調制階數所對應的不同信噪比門限值，進而自適應極化傳輸系統通過對比信噪比估計值與信噪比門限值來選定最優的極化調制階數以滿足固定的目標誤比特率。