[發明專利]用于濾波器多載波調制光通信的GMM非均勻量化的方法及系統

有效

• 申請號: 202010129233.7
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111327558B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 畢美華;林嘉芊;楊國偉;周雪芳;池灝;胡淼;李齊良
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04B10/516;G06V10/762;G06K9/62
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了用于濾波器多載波調制光通信的GMM非均勻量化的系統，包括：預處理模塊、計算模塊、輸出模塊；所述預處理模塊，用于對濾波器組多載波調制發射機發送的數據序列進行數據預處理，得到樣本向量，并將所述樣本向量作為GMM量化模塊的輸入向量；所述樣本向量包括實部信號樣本向量和虛部信號樣本向量；所述計算模塊，用于根據最大期望算法計算輸入的實部信號樣本向量的GMM參數，再根據實部信號樣本向量計算出的GMM參數對虛部信號樣本向量的GMM參數進行估計，分別得到響應度最大的高斯混合模型；所述輸出模塊，用于將樣本輸入響應度最大的高斯混合模型中進行聚類操作，得到并輸出量化結果。

技術領域

本發明涉及光通信技術領域，尤其涉及用于濾波器多載波調制光通信的GMM非均勻量化的方法及系統。

背景技術

近年來，隨著機器學習、社交網絡、云計算等新興技術的出現，人們對流量吞吐量和帶寬的需求呈現出快速增長的趨勢，為了滿足大容量、異步傳輸和客觀的頻譜效率的要求，由于基于多載波調制技術的強度調制直接檢測(IMDD)技術實現簡單、復雜度低，其在短距離光纖鏈路中非常受歡迎。同時，與傳統的多載波調制技術正交頻分復用(OFDM)相比，包括基于濾波器組的多載波(FBMC)，通用濾波器多載波(UFMC)等在內的基于濾波器組的多載波調制信號在光纖、無線通信系統中得到了廣泛的應用，尤其是UFMC權衡了濾波器組多載波和正交頻分復用的優缺點，實現框圖更加簡單，頻譜效率高于廣義頻分復用。在實際多載波調制的IMDD系統中，需要高分辨率的DAC將數字信號轉換成電子模擬信號。作為最接近用戶的網絡部分，光纖接入網絡和無線前傳接入網都對系統成本要求非常敏感，低分辨率的數模轉換器(DAC)雖然成本低但無法保證系統性能，高分辨率的數模轉換器(DAC)能夠滿足系統要求，但是會增加系統的成本和功耗。因此，如何在保證系統性能的前提下降低系統成本是基于IMDD多載波調制系統的研究重點之一，研究一種基于非均勻量化DAC的方法來提升低比特位數DAC的性能以降低系統成本是非常有必要的。

量化方式主要有均勻量化和非均勻量化兩種，非均勻量化方法中包括指數量化、次方量化、折線量化、基于信號分布估計量化等量化方式。基于信號分布估計的量化方法是一種通過非線性規劃計算最小量化誤差時量化電平的方法。在傳統OFDM系統中，例如Jizong Peng于2017年在IEEE Photonics Journal發表的《SQNR Improvement Enabled byNonuniform DAC Output Levels for IM-DD OFDM Systems》，該方案根據OFDM信號符合高斯分布的事實，通過非線性規劃迭代得到量化噪聲最小時的最優量化電平，使得IMDD-OFDM系統性能在SQNR、BER、EVM方面都得到了提升。但在通用濾波器多載波系統中，濾波器的處理會使得波形出現尖頂，不再是完全的高斯分布，Jizong Peng所提出的高斯分布假設下的量化階優化算法不適用于基于通用濾波器的多載波調制系統。所以可以對信號進行分布估計后再使用非參數估計的方法來確定量化電平。

2018年，本發明人在IEEE Photonics Journal發表的《PerformanceOptimization by Nonparametric Histogram Estimation for Low Resolution inIMDD-OQAM-OFDM System》采用非參數估計直方圖法對IMDD-OQAM-OFDM波形進行信號估計后再使用非線性規劃的方式確定了量化電平，使系統性能提升方面獲得了較好的效果。但是，該方案同樣存在著非參數估計直方圖法對樣本數量需求較大，計算復雜度高等問題，所以針對通用濾波器多載波系統的非均勻量化算法仍存在著優化空間。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提供了用于濾波器多載波調制光通信的GMM非均勻量化的方法及系統，以改進DAC的量化性能。

為了實現以上目的，本發明采用以下技術方案：

用于濾波器多載波調制光通信的GMM非均勻量化的系統，包括：預處理模塊、計算模塊、輸出模塊；