一种基于几何-概率成形的光信号生成方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种基于几何‑概率成形的光信号生成方法及装置，方法包括：获取待发送的原始数据；根据各星座图子集的序号，确定原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列，并根据各星座图子集的二进制标签，确定原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列的二进制序列；星座图子集是对预设星座点个数的方形星座图进行几何成形得到多模圆星座图后，对多模圆星座图进行子集分割得到的；对二进制序列进行系统码编码，得到编码后的信息；针对编码后的信息依次选取第一预设数量个信息比特和第二预设数量个冗余比特，映射到多模圆星座图，得到待传输光信号。本实施例能够使发射光信号逼近香农信道容量。

A Method and Device for Optical Signal Generation Based on Geometry-Probability Shaping

The embodiment of the present invention provides an optical signal generation method and device based on geometric probability shaping. The method includes acquiring the original data to be transmitted, determining the sequence of subset serial numbers corresponding to the optimal distribution of the original data according to the sequence numbers of the subsets of constellation maps, and determining the subset corresponding to the optimal distribution of the original data according to the binary labels of the subsets of constellation maps. The binary sequence of the sequence of set numbers; the constellation graph subset is a set of square constellations with preset constellation points, which are geometrically shaped to obtain a multi-mode circular constellation map, and then the multi-mode circular constellation map is segmented into subsets; the binary sequence is coded by system code to obtain the encoded information; the first preset number of information bits and the second preset are selected in turn for the encoded information. A number of redundant bits are mapped to the multi-mode circular constellation to obtain the optical signal to be transmitted. The embodiment can make the transmitted optical signal approach the Shannon channel capacity.

【技术实现步骤摘要】
一种基于几何-概率成形的光信号生成方法及装置
本专利技术涉及光纤通信
，特别是涉及一种基于几何-概率成形的光信号生成方法及装置。
技术介绍
光纤通信是以激光为载波，以光纤为传输介质的通信方式，具有载波资源巨大，传输衰减小等优点，可以为人类日益增长的信息需求提供网络数据服务。在光纤通信系统中，传统的QAM(QuadratureAmplitudeModulation，正交幅度调制)得到了广泛的应用，可以有效的降低发射机部分的硬件需求。但是仅仅利用均匀的M-QAM星座是无法达到香农信道容量的，尤其是在调制阶数较低的情况下，其性能损失趋近于πe/6(1.53dB)，即星座成形增益。因此，为了进一步能够逼近香农信道容量，需要采用星座成形技术。星座成形分为几何成形和概率成形，几何成形技术是将均匀分布的信号映射到非等距的星座点上，概率成形技术是将等距星座图中的信号点非均匀分布。已知的技术中，实现概率成形的方法大致分为三种，一是采用霍夫曼编码实现概率成形的霍夫曼成形技术，二是利用概率幅度成形的方法实现概率成形，三是利用壳映射的方式。然而，采用霍夫曼编码在硬件方面，需要更多的缓存空间存储霍夫曼码的前缀；采用概率幅度成形的方法只能用于对称的星座，针对其他类型的不对称的星座，无法应用该方法；壳映射的方式在实现过程中很难找到一个能量最低的壳。因此，如何提供一种硬件需求较低、低复杂度、能够用于非对称星座的概率成形方法，进而使发射光信号逼近香农信道容量，成为一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种基于几何-概率成形的光信号生成方法及装置，以提供一种硬件需求较低、低复杂度、能够用于非对称星座的概率成形方法，进而使发射光信号逼近香农信道容量。第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于几何-概率成形的光信号生成方法，所述方法包括：获取待发送的原始数据；根据对预设星座图进行子集分割后生成的各星座图子集的序号，确定所述原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列，并根据所述各星座图子集的二进制标签，确定所述原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列的二进制序列；其中，所述各星座图子集是对预设星座点个数的方形星座图进行几何成形得到多模圆星座图后，对所述多模圆星座图进行子集分割得到的；对所述二进制序列进行系统码编码，得到编码后的信息；针对所述编码后的信息，依次选取第一预设数量个信息比特和第二预设数量个冗余比特，映射到所述多模圆星座图，得到待传输光信号。可选的，所述根据对预设星座图进行子集分割后生成的各星座图子集的序号，确定所述原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列，包括：令si＝0,i＝1,2,3,...,n；循环变量l＝1；si代表在长度为L的服从最优分布的子集序号序列中，序号为i的子集的个数；判断是否满足l<L，L为总迭代次数；如果满足，则计算j＝min{argminΔi(si+1)}，更新l＝l+1，以及sj＝sj+1，并返回执行判断是否满足l<L的步骤；如果不满足，则输出每个子集序号在长度为L的服从最优分布的子集序号序列中的个数，生成用二进制数表示的所有的服从最优分布的子集序号序列，并将所述原始数据比特与生成的服从最优分布的子集序号序列做对应，得到所述原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列。可选的，对预设星座图进行子集分割生成各星座图子集的步骤包括：预设星座点个数的方形星座图进行几何成形得到多模圆星座图；针对所述多模圆星座图，对不同模长圆上的星座点按照信号点平均距离最大的原则对其进行分割，得到两个初始星座图，并按照预设规则确定各初始星座图的分割路径；分别取所述各初始星座图的星座图内环和外环，得到各星座图子集；根据所述各星座图子集中信号点平均距离从小到大的顺序确定各星座图子集的序号，并针对各星座图子集，将由顶点到该星座图子集的分割路径的二进制序列组合，确定为该星座图子集的二进制标签。可选的，所述对所述二进制序列进行系统码编码，得到编码后的信息，包括：对所述二进制序列进行低密度奇偶校验码LDPC系统码编码，得到编码后的信息。第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于几何-概率成形的光信号生成装置，所述装置包括：获取模块，用于获取待发送的原始数据；处理模块，用于根据对预设星座图进行子集分割后生成的各星座图子集的序号，确定所述原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列，并根据所述各星座图子集的二进制标签，确定所述原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列的二进制序列；其中，所述各星座图子集是对预设星座点个数的方形星座图进行几何成形得到多模圆星座图后，对所述多模圆星座图进行子集分割得到的；编码模块，用于对所述二进制序列进行系统码编码，得到编码后的信息；映射模块，用于针对所述编码后的信息，依次选取第一预设数量个信息比特和第二预设数量个冗余比特，映射到所述多模圆星座图，得到待传输光信号。可选的，所述处理模块，具体用于：令si＝0,i＝1,2,3,...,n；循环变量l＝1；si代表在长度为L的服从最优分布的子集序号序列中，序号为i的子集的个数；判断是否满足l<L，L为总迭代次数；如果满足，则计算j＝min{argminΔi(si+1)}，更新l＝l+1，以及sj＝sj+1，并返回执行判断是否满足l<L的步骤；如果不满足，则输出每个子集序号在长度为L的服从最优分布的子集序号序列中的个数，生成用二进制数表示的所有的服从最优分布的子集序号序列，并将所述原始数据比特与生成的服从最优分布的子集序号序列做对应，得到所述原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列。可选的，所述装置还包括：分割模块，用于对预设星座图进行子集分割生成各星座图子集；所述分割模块，具体用于：预设星座点个数的方形星座图进行几何成形得到多模圆星座图；针对所述多模圆星座图，对不同模长圆上的星座点按照信号点平均距离最大的原则对其进行分割，得到两个初始星座图，并按照预设规则确定各初始星座图的分割路径；分别取所述各初始星座图的星座图内环和外环，得到各星座图子集；根据所述各星座图子集中信号点平均距离从小到大的顺序确定各星座图子集的序号，并针对各星座图子集，将由顶点到该星座图子集的分割路径的二进制序列组合，确定为该星座图子集的二进制标签。可选的，所述编码模块，具体用于：对所述二进制序列进行低密度奇偶校验码LDPC系统码编码，得到编码后的信息。第三方面，本专利技术实施例提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；所述存储器，用于存放计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现第一方面所述的方法步骤。第四方面，本专利技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法步骤。本专利技术实施例中，能够根据星座图进行最优子集分割的设计，根据改变子集分割后每个子集的概率，从而最终实现星座点的最优分布。并且，本专利技术解决了非对称星座的概率成形问题，并提出一种新型几何-概率成形光信号产生方案，能够降低系统硬件需求和算法复杂度，优化了误码率、广义互信息等性能，进而使发射光信号逼近香农信道容量。本专利技术的其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于几何‑概率成形的光信号生成方法，其特征在于，所述方法包括：获取待发送的原始数据；根据对预设星座图进行子集分割后生成的各星座图子集的序号，确定所述原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列，并根据所述各星座图子集的二进制标签，确定所述原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列的二进制序列；其中，所述各星座图子集是对预设星座点个数的方形星座图进行几何成形得到多模圆星座图后，对所述多模圆星座图进行子集分割得到的；对所述二进制序列进行系统码编码，得到编码后的信息；针对所述编码后的信息，依次选取第一预设数量个信息比特和第二预设数量个冗余比特，映射到所述多模圆星座图，得到待传输光信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于几何-概率成形的光信号生成方法，其特征在于，所述方法包括：获取待发送的原始数据；根据对预设星座图进行子集分割后生成的各星座图子集的序号，确定所述原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列，并根据所述各星座图子集的二进制标签，确定所述原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列的二进制序列；其中，所述各星座图子集是对预设星座点个数的方形星座图进行几何成形得到多模圆星座图后，对所述多模圆星座图进行子集分割得到的；对所述二进制序列进行系统码编码，得到编码后的信息；针对所述编码后的信息，依次选取第一预设数量个信息比特和第二预设数量个冗余比特，映射到所述多模圆星座图，得到待传输光信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据对预设星座图进行子集分割后生成的各星座图子集的序号，确定所述原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列，包括：令si＝0,i＝1,2,3,...,n；循环变量l＝1；si代表在长度为L的服从最优分布的子集序号序列中，序号为i的子集的个数；判断是否满足l<L，L为总迭代次数；如果满足，则计算j＝min{argminΔi(si+1)}，更新l＝l+1，以及sj＝sj+1，并返回执行判断是否满足l<L的步骤；如果不满足，则输出每个子集序号在长度为L的服从最优分布的子集序号序列中的个数，生成用二进制数表示的所有的服从最优分布的子集序号序列，并将所述原始数据比特与生成的服从最优分布的子集序号序列做对应，得到所述原始数据对应的服从最优分布的子集序号序列。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对预设星座图进行子集分割生成各星座图子集的步骤包括：预设星座点个数的方形星座图进行几何成形得到多模圆星座图；针对所述多模圆星座图，对不同模长圆上的星座点按照信号点平均距离最大的原则对其进行分割，得到两个初始星座图，并按照预设规则确定各初始星座图的分割路径；分别取所述各初始星座图的星座图内环和外环，得到各星座图子集；根据所述各星座图子集中信号点平均距离从小到大的顺序确定各星座图子集的序号，并针对各星座图子集，将由顶点到该星座图子集的分割路径的二进制序列组合，确定为该星座图子集的二进制标签。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述二进制序列进行系统码编码，得到编码后的信息，包括：对所述二进制序列进行低密度奇偶校验码LDPC系统码编码，得到编码后的信息。5.一种基于几何-概率成形的光信号生成装置，其特征在于，所述装置包括：获取模块，用于获取待发送的原始数据；处理模块，用于根据对预设星座图进行子集分割后生成的各星座图子集的序号，确定所述原始数据对...

【专利技术属性】
技术研发人员：忻向军，张琦，田清华，盛夏，田凤，王拥军，杨雷静，王曦朔，吕凯，田博，宋秀敏，王鑫，潘晓龙，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11