基于2D TCM PAM8实现高速信号传输的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于2D TCM PAM8实现高速信号传输的系统和方法，包括：发送端2D TCM PAM8发射模块、光调制器、光放大器、光纤、光电探测器、模数转换器和数字信号处理模块。本发明专利技术在发送端2D TCM PAM8发射模块采用2D TCM PAM8调制方式，该调制方式通过将纠错码与调制结合起来并使用维特比译码从而有效降低误码率。本发明专利技术基于2D TCM PAM8调制方式的高速信号传输系统频谱效率高、功率预算高，对数据中心、短距离光互联系统的研究有着重要意义。

【技术实现步骤摘要】
基于2DTCMPAM8实现高速信号传输的系统和方法
本专利技术涉及光通信
，具体地，涉及基于2DTCMPAM8实现高速信号传输的系统和方法。
技术介绍
近年来，企业或个人对于信息数据和信息系统的依赖日益提高，数据中心作为信息化的核心部分，可以将数据进行集中存储，从而满足用户大量的需求。由于云计算和各种新型应用的崛起，网络中用户对带宽的需求急剧增长，数据中心之间的流量也开始指数增长。为了处理这些流量，就需要成千上万个服务器和高带宽的交换机，而电交换机来处理这些流量需求将消耗巨大的能量。因为光互联网络高吞吐量、低延时和低能耗的特性缓解了这一严峻形势。考虑到低成本的需求，优先考虑采用强度调制直接检测的系统。目前，一些具有较高的频谱效率的先进的调制格式已经吸引了大家广泛的注意，这些调制格式包括：离散多音调(DMT)、载波幅相调制(CAP)、脉冲幅度调制(PAM)。这几种调制格式中，PAM吸引了最多的关注。因为PAM相比其他两种调制方式仅仅通过增加幅度电平数来增加频谱效率，实现简单，且功率预算高，带宽限制小。最近，ZhengxuanLi发表在2016年OpticsExpress中题目为“100-Gb/sTWDM-PONbasedon10Gopticaldevices”的文章中对比了热门的三种调制方式：NRZ、duobinary、PAM4。文章指出PAM4格式相对低阶的调制格式，(例如OOK和duobinary)其灵敏度比较低。25GbpsPAM4相比相同比特率的PAM4功率预算小10dB，于是如何保持较高频谱效率且提升功率预算成为亟待解决的问题。一种提升功率预算的备选方案是多维编码调制。YanFu发表在2016年AsiaCommunicationsandPhotonicsConference中题为“Multi-DimensionCodedPAM4ModulationforTDM-PONbasedon10GOpticalDevices”成功实现了基于10GHz收发机多维codedPAM4的20Km传输的。通过这个方案，接收机端的输入功率可以至少减少1dB。因此，功率预算的提升使得多维codedPAM4调制在高速传输中极具吸引力。与此同时，NebojsaStojanovic在2016年OpticalFiberCommunicationConference上发表的题为“56Gbit/s4DPAM4TCMTransmissionEvaluationfor400GDataCenterApplications”的文章中提出了4DTCMPAM4在数据中心中的应用。在达到10-6误码率时，相比PAM4调制，4DTCMPAM4可以提升2.5dB功率预算。NebojsaStojanovic在随后2016年JournalofLightwaveTechnology中，对PAM4，codedPAM4和TCMPAM4这几种方式做了比较，发现TCMPAM4表现最优。但是TCMPAM4功率预算的提升是以牺牲传输速率为代价的，以2DTCMPAM4为例，其频谱效率仅为1.5bits/symbol。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于2DTCMPAM8实现高速信号传输的系统和方法。根据本专利技术提供的基于2DTCMPAM8实现高速信号传输的系统，包括：发送端、光纤、接收端，发送端通过光纤连接至接收端，其中所述发送端对初始数据序列采用的调制方式为2DTCMPAM8。优选地，所述发送端包括：2DTCMPAM8信号产生模块、光调制器以及光放大器，其中：所述2DTCMPAM8信号产生模块用于产生2DTCMPAM8模拟发送信号；所述光调制器用于将产生的2DTCMPAM8模拟电信号转换为光信号；所述光放大器用于对光调制器输出光信号进行功率放大。优选地，所述光调制器采用：直调激光器，或者外调制激光器；所述直调激光器包括采用：分布式反馈激光器DFB、垂直腔面发射激光器VSCEL、分布式布拉格反射激光器DBR中的任一种。优选地，所述接收端包括：光电探测器、模数转换单元以及数字信号处理模块，其中：所述光电探测器用于接收光信号并将接收到的光信号转换为电信号；所述模数转换单元用于将光电探测器发出的电信号转换为数字信号；所述数字信号处理模块，用于将采样得到的数字信号恢复为发送信息并传输至用户端。优选地，所述光电探测器采用：光电二极管，或者雪崩二极管APD。优选地，所述数字信号处理模块的译码算法采用最大似然序列估计算法，包括：采用维特比译码算法。优选地，所述2DTCMPAM8是指二维网格编码八电平脉冲幅度调制，频谱效率为2.5bits/symbol。优选地，所述2DTCMPAM8信号产生模块包括：卷积编码子模块和星座映射子模块；其中：卷积编码子模块仅增加一位冗余校验，码率为2/3，用于将两个信息比特编成3个比特，不限定具体的卷积结构；星座映射子模块将来自码率2/3的卷积码编码器输出的3比特结合未编码的3比特得到6比特。根据本专利技术提供的基于2DTCMPAM8实现高速信号传输的方法，包括如下步骤：系统搭建步骤：建立基于2DTCMPAM8实现高速信号传输的系统；所述系统包括：发送端、光纤、接收端，发送端通过光纤连接至接收端，其中所述发送端对初始数据序列采用的调制方式为2DTCMPAM8；运行步骤：通过将纠错码与调制结合起来并使用维特比译码算法处理接收端接收到的信号并将处理后的信号发送至用户端。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术有效的实现了2DTCMPAM8数据信号在高速光通信系统中的传输，相比传统PAM4、PAM8调制方式的实验系统，本专利技术实现方式简单，相比基于PAM4调制的高速光通信系统，传输相同波特率的信号，2DTCMPAM8可以在达到相同误码要求下能够传输更多信息量。2、相比基于PAM8调制的高速光通信系统，传输相同比特率的信号，2DTCMPAM8可以在达到相同误码要求下可以提供更高的功率预算。具体地，通过在高速光通信系统中对比发现，2DTCMPAM8相比PAM4表现出更好的性能；在相同高速光通信系统中传输，与PAM4调制相比，传输相同波特率信号，2DTCMPAM8在频谱效率上可以提升40％；与PAM8调制相比，传输相同比特率信号，2DTCMPAM8在功率预算可以提升至少2dB。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术所提供的基于2DTCMPAM8调制方式的结构框图；图2为发送端数字信号处理模块中2DTCMPAM8信号生成的原理框图；图3为图2原理框图中码率为2/3卷积码的结构；图4为图2原理框图中星座映射部分的具体映射规则；图5为PAM4、2DTCMPAM8在相同波特率下的仿真结果对比；图6为2DTCMPAM8在相同比特率下的仿真结果对比；图7为本专利技术所提供的基于2DTCMPAM8调制方式实现高速信号传输的系统整体结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于2D TCM PAM8实现高速信号传输的系统，其特征在于，包括：发送端、光纤、接收端，发送端通过光纤连接至接收端，其中所述发送端对初始数据序列采用的调制方式为2D TCM PAM8。

【技术特征摘要】
1.一种基于2DTCMPAM8实现高速信号传输的系统，其特征在于，包括：发送端、光纤、接收端，发送端通过光纤连接至接收端，其中所述发送端对初始数据序列采用的调制方式为2DTCMPAM8。2.根据权利要求1所述的基于2DTCMPAM8实现高速信号传输的系统，其特征在于，所述发送端包括：2DTCMPAM8信号产生模块、光调制器以及光放大器，其中：所述2DTCMPAM8信号产生模块用于产生2DTCMPAM8模拟发送信号；所述光调制器用于将产生的2DTCMPAM8模拟电信号转换为光信号；所述光放大器用于对光调制器输出光信号进行功率放大。3.根据权利要求2所述的基于2DTCMPAM8实现高速信号传输的系统，其特征在于，所述光调制器采用：直调激光器，或者外调制激光器；所述直调激光器包括采用：分布式反馈激光器DFB、垂直腔面发射激光器VSCEL、分布式布拉格反射激光器DBR中的任一种。4.根据权利要求1所述的基于2DTCMPAM8实现高速信号传输的系统，其特征在于，所述接收端包括：光电探测器、模数转换单元以及数字信号处理模块，其中：所述光电探测器用于接收光信号并将接收到的光信号转换为电信号；所述模数转换单元用于将光电探测器发出的电信号转换为数字信号；所述数字信号处理模块，用于将采样得到的数字信号恢复为发送信息并传输至用户端。5.根据权利要求4所述的基于2DTCMP...

【专利技术属性】
技术研发人员：付妍，冯达，毕美华，忻海云，李隆胜，何浩，胡卫生，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31