一种基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制系统，在系统发射端，二进制数据流信号经降幅式概率成形单元及位置映射单元处理后输出PS‑4×16APPM脉冲信号，马赫曾德尔调制器将生成的脉冲信号调制到1550nm的波长上，在经过光衰减器的功率控制后，光信号被发送到单模光纤上传输至系统的接收端。本发明专利技术将传统的APPM与概率成形技术相结合，概率成形的引入改变了原有脉冲幅度的分布特性，映射过程又将这种特性传递下去，使最终映射得到的信号为具有幅度压缩的APPM信号。本发明专利技术系统适应于直接探测的光调制解调系统，不需要使用相干接收机，可以有效降低系统复杂度从而提升处理效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制系统
本专利技术属于光传输
，具体涉及一种基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制系统。
技术介绍
随着社交网络，流媒体，网络游戏等深入改变人们的生活，互联网数据流量开始增长，根据Cisco公司的分析，全球的网络协议通信容量从2014到2019年正以23％的年均复合增长率增长。IEEE称，网络需要支持带宽平均需求每年以58％的增长率递增。云计算的部署更加速了业务对于网路带宽的需求，人们迫切需要高速、低成本和短距离的接口以满足数据中心带宽的不断增长。海量数据的不断交换，更强大的数据中心，更高的网络带宽是实现这一切的物理基础。相比与传统的电互连，光互联具有极高的通信带宽，极小的功耗，能够很好地解决电互联发展受限的问题，建设未来是数据中心，光互连已经成为时代的选择。通过采用高阶的调制方式，在相同信号带宽下可以传输更多的数据。离散多音(DMT)，载波幅度相位(CAP)调制，脉冲幅度调制(PAM)，脉冲位置调制(PPM)等调制格式能在保持带宽和信道数不变的情况下满足容量需求，这引起了相关技术研究者的极大关注。其中高阶PAM调制结合信号处理、滤波器等设备，可以有效提升信号在光网络中的传输容量以及传输距离，具有较高的频谱利用率，但是在追求低成本低功耗的短距离传输的光网络中，容易出现功率消耗过大的问题。PPM信号的功率效率很高，但频谱利用率却非常低。脉冲幅度位置调制(APPM)作为一种综合性能比较均衡的调制格式，从脉冲幅度和位置两个不同的维度对信息进行表示，在保持一定频谱利用率的前提下具有较高的带宽效率和信道传输容量。在APPM调制中，增加幅度电平数能有效提升系统的频谱效率，但过多的幅度电平数会使幅度电平之间出现误判的概率大大增加。因通信系统对传输容量和灵活性的要求日益增高，作为一种典型的调制格式优化技术，概率成形(probabilisticshaping,PS)技术凭借其传输容量高、系统复杂度低等优势得到越来越多的关注，已成为一种前景广阔的新技术。相比于传统的星座图，概率成形通信系统通过加入一个分布匹配器，增加能量高的星座点的映射概率，降低能量低的星座点的映射概率，实现降低系统整体发射功率同时降低误码率。本专利技术提出一种基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制技术，将传统的APPM与概率成形技术相结合。概率成形的引入改变了原有脉冲幅度的分布特性，映射过程又将这种特性传递下去，使最终映射得到的信号为具有幅度压缩的APPM信号。在降幅式概率成形的过程中，一方面降低发射能量高的幅度脉冲的映射概率，提高发射能量低的幅度脉冲的映射概率，使系统的整体发射功率降低；另一方面利用幅度脉冲的映射概率特性进行解调和解码，以此提升信号的健壮性，降低误码率，同时信号具有更低的饱和频谱效率，在低信噪比情况下具有更好的容忍度。该系统适应于直接探测的光调制解调系统，不需要使用相干接收机，可以有效降低系统复杂度从而提升处理效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制系统，通过概率成形的方式改变APPM脉冲幅度和位置的映射规则，实现APPM调制中不同脉冲幅度的差异性分布，从而在降低系统平均发射功率的同时使信号具有更低的饱和频谱效率，在低信噪比的情况下更接近香农极限，有效提高了系统的误码性能，实现短距离通信系统的高效传输。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制系统，包括发射端和接收端；发射端包括降幅式概率成形单元、位置映射单元、马赫曾德尔调制器、光衰减器和单模光纤；接收端包括预放大器、光带通滤波器、光电探测器、低通滤波器、位置解映射单元和幅度解压缩单元；在系统的发射端，二进制数据流信号经降幅式概率成形单元及位置映射单元处理后，输出4×16APPM脉冲信号；马赫曾德尔调制器将生成的PS-4×16APPM脉冲信号调制到波长为1550nm的波长上，在经过光衰减器对光信号进行功率控制之后，光信号被发送到单模光纤上进行传输；在系统的接收端，发射端发送来的光信号经过预放大器进行功率调整以便于信号的接收，接收的光信号经过光带通滤波器进行滤波，然后光电探测器对信号进行探测接收，将光信号转换为电信号，接收端末端的低通滤波器对电信号外的噪声进行滤除，低通滤波器输出的电信号经过位置解映射单元和幅度解压缩单元解调后输出。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的降幅式概率成形单元将系统原始数据信息的脉冲幅度进行压缩处理，输出具有4个不同幅度概率分布的脉冲信号。上述的原始数据信息{000}、{001}、{010}、{011}、{100}、{101}、{110}、{111}对应的幅度分别为v1、v2、v3、v4、v5、v6、v7、v8，每个数据出现的可能性均为1/8；所述降幅式概率成形单元通过分布匹配的方法改变预定义映射的每个幅度出现的可能性，将原始数据信息的v1、v2、v3、v4、v5、v6、v7、v8八个幅度压缩为v1、v2、v3、v4四个幅度，具体的幅度压缩映射规则为：{000}、{001}、{010}、{011}对应的脉冲幅度为v1，出现的概率为1/2；{100}、{101}对应的脉冲幅度为v2，出现的概率为1/4；{110}对应的脉冲幅度为v3，出现的概率为1/8；{111}对应的脉冲幅度为v4，出现的概率为1/8。上述的幅度压缩映射规则中，在原始数据信息后增加两位标签位，即：压缩后幅度为v1的四个数据添加的标签分别为{00}、{01}、{10}、{11}；压缩后幅度为v2的两个数据添加的标签为{00}、{01}；在压缩后幅度为v3、v4的数据中添加标签{00}。上述的接收端采用发射端相应的解比特标签的方法恢复原始数据。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出了一种基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制技术，通过概率成形的方式改变了APPM脉冲幅度的映射方式，实现APPM调制中不同脉冲幅度的差异性概率分布。本专利技术一方面降低发射能量高的幅度脉冲的映射概率，提高发射能量低的幅度脉冲的映射概率，使系统的整体发射功率降低；另一方面利用幅度脉冲的映射概率特性进行解调和解码，以此提升信号的健壮性，降低误码率，同时信号具有更低的饱和频谱效率，在低信噪比情况下具有更好的容忍度。本专利技术系统适应于直接探测的光调制解调系统，不需要使用相干接收机，可以有效降低系统复杂度从而提升处理效率，实现短距离通信系统的高效传输。附图说明图1是本专利技术的基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制原理流程图；图2是本专利技术PS-4×16APPM信号映射规则；图3是本专利技术PS-4×16APPM基带波形示例；图4是本专利技术系统光传输流程图；图5是本专利技术互信息仿真结果；图6是本专利技术误码率仿真结果；具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制系统，其特征在于，包括发射端和接收端；/n发射端包括降幅式概率成形单元、位置映射单元、马赫曾德尔调制器、光衰减器和单模光纤；/n接收端包括预放大器、光带通滤波器、光电探测器、低通滤波器、位置解映射单元和幅度解压缩单元；/n在系统的发射端，二进制数据流信号经降幅式概率成形单元及位置映射单元处理后，输出PS-4×16APPM脉冲信号，马赫曾德尔调制器将生成的PS-4×16APPM脉冲信号调制到波长为1550nm的波长上，在经过光衰减器对光信号进行功率控制之后，光信号被发送到单模光纤上进行传输；/n在系统的接收端，发射端发送来的光信号经过预放大器进行功率调整以便于信号的接收，接收的光信号经过光带通滤波器进行滤波，然后光电探测器对信号进行探测接收，将光信号转换为电信号，接收端末端的低通滤波器对电信号外的噪声进行滤除，低通滤波器输出的电信号经过位置解映射单元和幅度解压缩单元解调后输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制系统，其特征在于，包括发射端和接收端；
发射端包括降幅式概率成形单元、位置映射单元、马赫曾德尔调制器、光衰减器和单模光纤；
接收端包括预放大器、光带通滤波器、光电探测器、低通滤波器、位置解映射单元和幅度解压缩单元；
在系统的发射端，二进制数据流信号经降幅式概率成形单元及位置映射单元处理后，输出PS-4×16APPM脉冲信号，马赫曾德尔调制器将生成的PS-4×16APPM脉冲信号调制到波长为1550nm的波长上，在经过光衰减器对光信号进行功率控制之后，光信号被发送到单模光纤上进行传输；
在系统的接收端，发射端发送来的光信号经过预放大器进行功率调整以便于信号的接收，接收的光信号经过光带通滤波器进行滤波，然后光电探测器对信号进行探测接收，将光信号转换为电信号，接收端末端的低通滤波器对电信号外的噪声进行滤除，低通滤波器输出的电信号经过位置解映射单元和幅度解压缩单元解调后输出。


2.根据权利要求1所述的一种基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制系统，其特征在于，所述降幅式概率成形单元将系统原始数据信息的脉冲幅度进行压缩处理，输出具有4个不同幅度概率分布的脉冲信号。


3.根据权利要求2所述的一种基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制系统，其特征在于，所述原始数据信息{000}、{001}、{01...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，张丽佳，毛雅亚，张靖怡，忻向军，孙婷婷，赵立龙，吴泳锋，刘少鹏，宋真真，王俊锋，哈特，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32