[發明專利]一種低復雜度概率整形的編碼調制實現方法

在審

• 申請號: 202211616899.0
• 申請日: 2022-12-15
• 公開（公告）號: CN115987398A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 張琦;忻向軍;蔣錦坤;姚海鵬;高然;余建軍;田鳳;田清華;楊雷靜;王擁軍;王富;李志沛;常歡
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04B10/516
• 分類號: H04B10/516;H04L27/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種低復雜度概率整形的編碼調制實現方法,涉及光纖通信系統領域。該方法將概率整形的實現結合在調制過程中，通過概率子集劃分、子集權重計算和整形幀構造三個步驟，實現了均勻比特向期望符號分布的映射，同時避免了傳統整形技術中并行化程度低、誤碼傳播嚴重和前向糾錯碼兼容性差的問題。

技術領域

本發明涉及光纖通信領域，特別是概率整形的高階調制光纖通信系統。

背景技術

隨著短視頻、車聯網、物聯網等的發展，通信網絡中的業務流量激增。面對日益增長的帶寬需求，對光纖通信系統的容量擴充迫在眉睫。因此，在現有的光纖設施下，如何實現更高的頻譜效率或更長的傳輸距離是系統設計的關鍵。而標準的調制格式在頻譜效率上僅能提供離散的粗顆粒度，因此無法在不同的信道條件下實現接近信道容量的傳輸。

為了克服這一問題，概率整形技術被應用于光纖通信系統，通過改變星座圖中不同點的出現概率，能夠實現任意精細速率或距離的權衡，獲得整形增益。對于概率整形的實現，目前普遍采用恒定成分分布匹配的方法將均勻信源轉換為期望分布，然而在實際應用中，該方法存在著以下缺陷：原理上依賴串行算術編碼，不利于并行化實現應用于硬件中；輸入和輸出序列一一映射，當接收到的輸出序列存在少量錯誤時，便無法恢復出原始的輸入序列，造成大規模的譯碼錯誤，存在著誤碼傳播；與前向糾錯碼的結合依賴概率幅度整形等特殊架構，對前向糾錯碼的碼率和種類有限制。

本發明提供了一種低復雜度概率整形的編碼調制實現方法，將概率整形的實現結合在調制過程中，通過概率子集劃分、子集權重計算和整形幀構造三個步驟，實現了均勻比特向期望符號分布的映射，同時避免了傳統整形技術中并行化程度低、誤碼傳播嚴重和前向糾錯碼兼容性差的問題。

發明內容

本發明提供了一種低復雜度概率整形的編碼調制實現方法，通過概率子集劃分、子集比例計算和整形幀構造三個步驟，可達到了期望的概率整形效果，相對于傳統的概率整形實現方法，降低了實現復雜度，且實現架構更利于并行化實現。

所述低復雜度概率整形的編碼調制實現方法中，概率整形的實現不依賴于非均勻分布比特的產生，而是通過調整比特到符號的調制過程實現。對于任意一種調制格式，首先對其星座圖進行概率子集劃分，得到若干子集，然后計算期望的概率分布下各子集的比例，最后按照該比例對輸入劃分，進行相應的調制，從而實現概率整形信號的產生。

其中，所述的概率子集劃分將調制星座分割、重構，形成若干與概率分布相關的子集，子集內部分布均勻，其步驟如下：

概率集劃分：將星座圖中概率相等的符號劃分到一個集合，并按照集合對應的概率值降序排列，從而得到了一系列內部分布均勻的集合χ₁,χ₂,…,χ_p。

子集劃分：為了能夠用整數個比特映射集合內的信號，所有集合需要被重構為新的集合χ′₁,χ′₂,…,χ′_q，使得其中的符號個數滿足2的冪次。因此首先需要將概率集劃分為滿足2的冪次的若干個子集。由于概率最大的集合χ₁中元素個數為2的冪次，且其余集合的元素個數是該集合的整數倍，因此將所有集合χ₁,χ₂,…,χ_p拆分為元素個數為|χ₁|的子集在實現中，子集劃分可以遵循子集內最小歐式距離最大化的原則。在另一實現中，子集劃分可以使用任何度量原則，諸如子集內最小漢明距離最大化的原則。

概率能級設置：設定與概率值個數相等的p個概率能級并確定每個能級的子集范圍，每個能級中有不少于1個由子集組合而成的集合。其中，在能級Pj中的集合僅對前j個概率值有貢獻，即集合的符號只能來自于下標不大于j子集中。該設置原則保證了子集比例計算過程中解的存在性。