[發明專利]基于星座結構優化及類蜂巢區域判決的信號調制解調方法

有效

• 申請號: 201911312584.5
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111030961B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 劉博;張麗佳;毛雅亞;任建新;忻向軍;孫婷婷;趙立龍;吳泳鋒;劉少鵬;宋真真;王俊鋒;哈特;沈磊;王光全
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H04L27/34
• 分類號: H04L27/34
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 王磊

本發明公開了一種基于星座結構優化及類蜂巢區域判決的信號調制解調方法，包括以下步驟：比特數據經過串并變換轉換由一路數據變為并行的多路數據；然后進行分布匹配得到非均勻分布的QAM符號；利用概率成形并結合類格雷映射規則按照所設計出的結構優化的星座映射規則進行星座映射；將星座映射后的QAM符號信息調制到光載波上，然后傳輸到接收端，接收端再還原得到星座映射后的QAM符號信息；根據星座點的位置確定類蜂巢形狀的星座判決區域，去除QAM符號信息在傳輸過程中產生的彌散現象；然后依次進行星座解映射、逆分布匹配和并串變換得到比特數據。本方法實現了調制格式抗噪聲性能與系統誤碼率性能的提升。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，具體涉及一種基于星座結構優化及類蜂巢區域判決的信號調制解調方法。

背景技術

隨著高清視頻、增強現實/虛擬現實(AR/VR)、物聯網、大數據、云計算等眾多高速率新型業務的興起，人們對網絡流量的需求正呈指數增長。為滿足這一需求，光接入網作為連接用戶駐地網和城域網/骨干網的橋梁，必須提供更好的帶寬性能。與相干檢測系統相比，由于強度調制/直接檢測(IM/DD)在成本、能耗以及封裝等方面所具有的優勢，其被廣泛應用在短距通信系統中。同時，先進的調制格式具有更高的頻譜效率，可以有效提高系統的傳輸容量，近些年來，包括方形QAM、星型QAM、多維QAM等多種先進調制格式受到了科研人員的廣泛關注。

此外，概率成形技術通過提高內圈星座點的發射概率，降低外圈星座點的發射概率，在保持星座點間歐式距離不變的情況下，實現了星座圖平均功率的降低，可以有效提升信號的抗噪聲能力與抗非線性能力，提升系統的誤碼率性能。由于其自身的高譜效率、大信道容量以及無附加計算復雜度等優勢，在近些年來吸引了越來越多的關注。基于概率成形技術，2016年，PS-16QAM調制格式被應用到WDM系統中，在LDPC碼的輔助作用下，實現了7.1％的傳輸距離提升；2017年，PS-64QAM調制格式實現了單載波400G傳輸，與常規64QAM相比獲得了超過300％的傳輸距離提升。2018年，概率成形技術與正交頻分復用(OFDM)相結合，在IMDD系統中實現了光纖長度40km、凈數據速率為28.95Gbits/s/λ的PS-1024-QAMDFT-S OFDM傳輸。除此之外，由于麥克斯韋-玻爾茲曼(MB)分布僅對于AWGN信道是星座幅度概率選擇的最優分布，而在非線性光纖信道中并不最優，2018年，一種針對非線性光纖信道的優于MB分布的新分布得以提出。但是，目前的技術幾乎均是對于方形QAM進行，而與概率成形星型QAM調制的相關技術寥寥無幾。與星型QAM相比，由于方形QAM的幅度等級數較多，而每個幅度上的星座點數較少，將概率成型應用在方形QAM的性能提升效果要低于應用在星型QAM上。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，通過星座幾何結構的優化設計盡可能減小星座圖的平均功率，增大星座圖的CFM，結合類蜂巢的區域判決方法，提高調制格式的抗噪聲能力，提升系統的誤碼率性能，提供一種基于星座結構優化及類蜂巢區域判決的信號調制解調方法。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于星座結構優化及類蜂巢區域判決的信號調制解調方法，其中：包括以下步驟：

步驟S1：原始比特數據經過串并變換轉換由一路數據變為并行的多路數據；

步驟S2：將多路數據進行分布匹配，使均勻分布的比特數據轉化為非均勻分布的QAM符號；

步驟S3：優化星座結構，將星型QAM的若干個星座點分布在四個不同幅度的同心圓環上，每圈中等相位間隔分布相同個數的星座點,星座點的位置集合表示為Ξ＝r(l)·exp[jφ(i)]，其中r(l)表示幅度、φ(i)表示相位；