[發(fā)明專利]基于廣義互信息的多維信號調(diào)制電路的設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011295830.3
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112422195B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳斌;凌未;雷藝
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04B10/54
• 分類號: H04B10/54
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發(fā)明公開了一種基于廣義互信息的多維信號調(diào)制電路的設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用，該設(shè)計(jì)方法包括：1、定義多維可傳輸符號集合及其相對應(yīng)的二進(jìn)制映射比特序列集合；2、根據(jù)給定的信道噪聲方差δ²，以最大化廣義互信息GMI為優(yōu)化目標(biāo)，并使得多維可傳輸符號集合在多維空間中每一個象限的傳輸符號均與第一象限傳輸符號形成軸對稱關(guān)系，從而對多維度調(diào)制格式集合進(jìn)行優(yōu)化；3、計(jì)算所述最優(yōu)多維度調(diào)制格式與多進(jìn)制正交振幅調(diào)制格式之間的邏輯關(guān)系，從而根據(jù)所述邏輯關(guān)系，利用數(shù)字邏輯門電路實(shí)現(xiàn)基于QAM調(diào)制的多維信號調(diào)制電路的設(shè)計(jì)。本發(fā)明能降低映射復(fù)雜度和存儲開銷，從而達(dá)到自適應(yīng)頻譜效率的目的并實(shí)現(xiàn)低復(fù)雜度的編碼方式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信系統(tǒng)和信號處理領(lǐng)域，涉及光信號生成和編碼調(diào)制，尤其涉及一種基于多維度幾何整形的信號編碼調(diào)制方法。

背景技術(shù)

隨著信息現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，云計(jì)算，高清視頻，5G，移動互聯(lián)等服務(wù)走進(jìn)人們的生活中，而這些都需要高速率，大容量的互聯(lián)網(wǎng)能力的支撐。根據(jù)思科發(fā)布的《可視化網(wǎng)絡(luò)指數(shù)》(VNI)報告預(yù)測，2022年，全球網(wǎng)絡(luò)流經(jīng)的IP流量將超過互聯(lián)網(wǎng)元年到2016年底全部32年間的流量總和。光通信由于本身的高速率，大容量，傳輸距離長而得到廣泛的應(yīng)用。但是由于噪聲，光纖的非線性效應(yīng)影響著傳輸?shù)男阅埽沟脗鬏斔俾示嚯x香農(nóng)極限還有一段距離。

在高速光通信傳輸中，高階調(diào)制提高頻帶利用率，提升傳輸速率并且可縮短與香農(nóng)極限的差距得到廣泛運(yùn)用。但是隨著調(diào)制階數(shù)提高，星座點(diǎn)的距離更小，需要更高的信噪比,即發(fā)送端的需要更高的發(fā)送功率，接收端譯碼難度加大。然后，有學(xué)者提出了整形(Shaping)的思想，即在不改變當(dāng)前調(diào)制的情況下，通過改變符號的概率分布或者改變星座點(diǎn)的距離來，使信號分布更加趨近于高斯分布，減小誤碼率，實(shí)現(xiàn)靈活的頻譜效率，提升傳輸性能來逼近香農(nóng)極限。

而目前整形使用的維度為一維或者二維，若擴(kuò)展至多維度，常規(guī)的查表(look-uptable)方法將大大增高編碼映射的復(fù)雜度，使得高速實(shí)時通信受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)對調(diào)制維度利用率低以及編碼映射復(fù)雜性高的不足，提出一種基于廣義互信息的多維信號調(diào)制電路的設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用，以前能降低映射復(fù)雜度和存儲開銷，實(shí)現(xiàn)大傳輸容量、低發(fā)射功率、低誤碼率的信號傳輸，從而達(dá)到自適應(yīng)頻譜效率的目的并實(shí)現(xiàn)低復(fù)雜度的編碼方式。

本發(fā)明為達(dá)到上述發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種基于廣義互信息的多維信號調(diào)制電路的設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)包括：

步驟1、定義多維可傳輸符號集合記為S＝{s₁,s₂,...,s_i,...,s_M}，s_i表示第i個可傳輸符號；i∈[1,M]，定義與所述可傳輸符號集合S相對應(yīng)的二進(jìn)制映射比特序列集合記為B＝{b₁,b₂,...,b_i,...,b_M}，b_i表示第i個可傳輸符號s_i所對應(yīng)的二進(jìn)制映射比特序列，且b_i的長度為m＝log₂M；

步驟2、根據(jù)給定的信道噪聲方差δ²，以最大化廣義互信息GMI為優(yōu)化目標(biāo)，并使得多維可傳輸符號集合S在多維空間中每一個象限的傳輸符號均與第一象限傳輸符號形成軸對稱關(guān)系，從而利用式(1)對由所述可傳輸符號集合S與所述二進(jìn)制映射比特序列集合B所組成的多維度調(diào)制格式集合{S,B}進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的最優(yōu)調(diào)制傳輸符號集合S^*和最優(yōu)二進(jìn)制映射比特序列集合B^*；

式(1)中，G(δ²,S,B)是計(jì)算廣義互信息GMI的函數(shù)；