一种超大星座尺度下的强截断光子压缩系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超大星座尺度下的强截断光子压缩系统和方法，将超大星座尺度降为小尺度星座进行光传输。本发明专利技术通过改变压缩参数，改变整体星座的压缩程度，从而使得星座的尺寸大大减小。在压缩过程中，由于星座点概率呈现麦克斯韦玻尔兹曼分布，中心概率最高，两侧概率逐渐降低，因而较原始的超大星座尺度下的信号具有更低的发射功率，节省了光通信整体的成本。不同的压缩参数能改变星座尺寸的大小，形成不同概率分布的星座图，而信息熵会随概率分布的不同而不同，在波特率不变的情况下，传输的比特率会随信息熵改变。在接收端，若接收到不同压缩参数的信号，接入的速率会有所不同，因而该光通信系统也具有一定的灵活性。

A system and method of strongly truncated photon compression in super constellation scale

【技术实现步骤摘要】
一种超大星座尺度下的强截断光子压缩系统和方法
本专利技术属于光调制传输
，具体涉及一种超大星座尺度下的强截断光子压缩系统和方法。
技术介绍
21世纪以来，随着全球信息技术的高速发展，如今来自云计算、物联网、多媒体业务以及其他多种新兴业务应用产生的网络流量增长十分迅猛，对通信网络带宽以及容量的要求越来越高。科技的高速发展推动了信息业务的不断增加，现有的低阶的数字调制格式将难以满足未来通信对带宽、信息容量以及传输速率的需求。超大容量的光通信系统亟需实现超高阶数字调制，然而超高阶数字调制格式的发射功率往往很大，不满足光通信系统的经济性要求；除了发射功率的因素以外，对于如何提升超高阶数字调制格式的信噪比也是一个值得深入研究的课题。传统数据调制格式(如正交幅度调制QAM、正交相移键控QPSK等)的星座图是均匀分布的。星座尺度越大，所承载的传输容量越大。数字信号处理技术是目前有效降低高阶通信系统误码率，实现信号长距离传输的一种手段。结合各种数字信号处理技术的高阶正交幅度调制(QAM)格式的研发正在不断进行中。然而，随着星座尺度的增加，传输的信噪比会大大降低，从而导致传输误码率的增加。为了提高传输的性能，目前多采用信道均衡以及色散补偿等数字信号处理技术，然而这些技术会导致系统的复杂度大大地增加。目前结合各种数字信号处理技术最高可实现1024QAM的传输。当星座尺度超过1024QAM时，系统将会无法正常解码获得原始信息。
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，提供一种超大星座尺度下的强截断光子压缩系统和方法，根据不同的压缩参数，利用星座概率分布实现光子压缩以及数据投影，采用强截断的方法降低星座尺度，使得超大星座转化为小星座尺度，从而实现超大星座尺度数据可在现有的光传输系统中无误码传输。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种超大星座尺度下的强截断光子压缩系统，包括星座概率分布匹配器单元、光子压缩与数据投影单元、光子截断与数据调制单元、信道估计单元、信道反馈单元、概率自适应单元、载波调制单元、光调制器单元、信道单元、光放大器单元、光电探测器单元、信道盲均衡单元、概率解匹配器单元和星座解映射单元；所述星座概率分布匹配器单元用于根据用户的实际需求，进行星座概率的分布匹配；所述光子压缩与数据投影单元用于将经过串并变换的数据流分别进行压缩调制和数据投影；所述光子截断与数据调制单元用于将光子压缩和数据投影后的超大星座尺度信号进行强截断，并对截断后的星座进行传输；所述信道估计单元用于在接收端根据接收二进制数据与原始二进制数据进行比较，估计信道的情况；所述信道反馈单元用于根据信道估计单元的信道估计的情况，及时发送信息反馈到概率自适应单元；所述概率自适应单元用于根据信道反馈单元反馈的信道情况，对概率进行自适应调整，从而反馈给星座概率分布匹配器；所述载波调制单元用于将调制后的小尺度数据进行多载波成形，扩大系统的传输容量；所述光调制器单元为光通信器件，用于将电信号转化为光信号；所述信道单元为标准的单模光纤；所述光放大器单元用于将单模光纤传输后的信号进行功率放大，防止信号的失真；所述光电探测器单元用于将光信号转变为电信号，在接收端用于光信号的识别；所述信道盲均衡单元用于对接收到的信号进行色散补偿和信道均衡，恢复原始信号的相位和幅度信息；所述概率解匹配器单元用于根据星座概率分布匹配器单元的压缩参数对接收到的信号进行解码和解压缩，恢复原始的信息；所述星座解映射单元用于将解压缩后的信号进行解映射，恢复原始的超大星座尺度下的信号。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的星座概率分布匹配器单元包括星座概率分布匹配器、星座分区模块、概率映射模块、分布匹配器和二进制标签模块；所述星座概率分布匹配器单元根据用户的实际需求，调整星座概率分布匹配器的概率参数；根据星座分区模块对概率映射模块进行概率映射分配，从而在分布匹配器处对数据流进行分布匹配，二进制标签模块对分布匹配后的数据添加二进制标签，从而得到星座概率分布的映射规则。上述的星座概率分布匹配器中的压缩参数v是概率质量函数中的参数，其中概率质量函数表达式为：其中，v表示压缩参数，x是信息数据的符号值，P(xi)表示信息数据xi处的概率值。星座概率分布匹配器通过调节压缩参数v改变每个星座点的概率值，从而改变星座整体的概率分布。上述的星座分区模块根据每个星座点与原点之间的欧式距离的大小划分星座区域。上述的概率映射模块将星座概率分布匹配器调整后的参数映射到星座分区模块划分好的各个星座区域内，使得传送信号的星座点概率呈现类似于麦克斯韦玻尔兹曼分布，使得符合高斯分布的信道。上述的分布匹配器将系统中传输的数据流根据概率映射模块的概率映射规则进行数据映射，使其星座图符合概率分布。上述的二进制标签模块制定传输的数据的二进制标签的标记规则，以便后续的传输信息的调制解调。上述的光子压缩与数据投影单元中，光子压缩是利用将N进制的数据进行概率映射调制压缩，数据投影是根据星座概率分布匹配器的星座概率映射规则对压缩后的数据一一投射到星座点上。一种超大星座尺度下的强截断光子压缩方法，所述方法具体为：步骤1：二进制数据经过串并变换后，光子压缩与数据投影单元根据星座概率分布匹配器单元的分布参数对原始数据进行光子压缩和数据投影，得到概率分布的非均匀的星座图；步骤2：光子截断与数据调制单元对光子压缩与数据投影单元得到的星座图进行强截断，并对数据进行压缩调制；步骤3：载波调制单元对调制后的数据进行波束成形，以扩展系统的传输容量；步骤4：光调制器单元将电信号转化为光信号并发射到信道单元的信道中进行传输；步骤5：光放大器单元对传输后的光信号进行放大整形处理；步骤6：光电探测器单元将光信号转化为电信号，便于后续的数字信号处理；步骤7：信道盲均衡单元对接收到的信号进行信道盲均衡；步骤8：概率解匹配器单元将压缩后的信号进行解调恢复，通过星座解映射单元将信号恢复为二进制数据。上述的方法还包括信道估计单元对接收到的二进制数据与原始二进制数据进行比较估计信道的情况，并在信道反馈单元处进行信道反馈，利用概率自适应单元对概率进行调整，反馈给星座概率分布匹配器单元，以便及时调整星座概率分布从而适应信道的变化。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出的能够实现超大星座尺度下的数据传输技术，将超大星座尺度降为小尺度星座进行光传输。通过改变压缩参数，改变整体星座的压缩程度，从而使得星座的尺寸大大减小，从而使得超大星座尺度的信号转变为小尺度星座图进行光传输。在压缩过程中，由于星座点概率呈现麦克斯韦玻尔兹曼分布，中心概率最高，两侧概率逐渐降低，因而较原始的超大星座尺度下的信号具有更低的发射功率，节省了光通信整体的成本。不同的压缩参数能改变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超大星座尺度下的强截断光子压缩系统，其特征在于，包括星座概率分布匹配器单元、光子压缩与数据投影单元、光子截断与数据调制单元、信道估计单元、信道反馈单元、概率自适应单元、载波调制单元、光调制器单元、信道单元、光放大器单元、光电探测器单元、信道盲均衡单元、概率解匹配器单元和星座解映射单元；/n所述星座概率分布匹配器单元用于根据用户的实际需求，进行星座概率的分布匹配；/n所述光子压缩与数据投影单元用于将经过串并变换的数据流分别进行压缩调制和数据投影；/n所述光子截断与数据调制单元用于将光子压缩和数据投影后的超大星座尺度信号进行强截断，并对截断后的星座进行传输；/n所述信道估计单元用于在接收端根据接收二进制数据与原始二进制数据进行比较，估计信道的情况；/n所述信道反馈单元用于根据信道估计单元的信道估计的情况，及时发送信息反馈到概率自适应单元；/n所述概率自适应单元用于根据信道反馈单元反馈的信道情况，对概率进行自适应调整，从而反馈给星座概率分布匹配器；/n所述载波调制单元用于将调制后的小尺度数据进行多载波成形，扩大系统的传输容量；/n所述光调制器单元为光通信器件，用于将电信号转化为光信号；/n所述信道单元为标准的单模光纤；/n所述光放大器单元用于将单模光纤传输后的信号进行功率放大，防止信号的失真；/n所述光电探测器单元用于将光信号转变为电信号，在接收端用于光信号的识别；/n所述信道盲均衡单元用于对接收到的信号进行色散补偿和信道均衡，恢复原始信号的相位和幅度信息；/n所述概率解匹配器单元用于根据星座概率分布匹配器单元的压缩参数对接收到的信号进行解码和解压缩，恢复原始的信息；/n所述星座解映射单元用于将解压缩后的信号进行解映射，恢复原始的超大星座尺度下的信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种超大星座尺度下的强截断光子压缩系统，其特征在于，包括星座概率分布匹配器单元、光子压缩与数据投影单元、光子截断与数据调制单元、信道估计单元、信道反馈单元、概率自适应单元、载波调制单元、光调制器单元、信道单元、光放大器单元、光电探测器单元、信道盲均衡单元、概率解匹配器单元和星座解映射单元；
所述星座概率分布匹配器单元用于根据用户的实际需求，进行星座概率的分布匹配；
所述光子压缩与数据投影单元用于将经过串并变换的数据流分别进行压缩调制和数据投影；
所述光子截断与数据调制单元用于将光子压缩和数据投影后的超大星座尺度信号进行强截断，并对截断后的星座进行传输；
所述信道估计单元用于在接收端根据接收二进制数据与原始二进制数据进行比较，估计信道的情况；
所述信道反馈单元用于根据信道估计单元的信道估计的情况，及时发送信息反馈到概率自适应单元；
所述概率自适应单元用于根据信道反馈单元反馈的信道情况，对概率进行自适应调整，从而反馈给星座概率分布匹配器；
所述载波调制单元用于将调制后的小尺度数据进行多载波成形，扩大系统的传输容量；
所述光调制器单元为光通信器件，用于将电信号转化为光信号；
所述信道单元为标准的单模光纤；
所述光放大器单元用于将单模光纤传输后的信号进行功率放大，防止信号的失真；
所述光电探测器单元用于将光信号转变为电信号，在接收端用于光信号的识别；
所述信道盲均衡单元用于对接收到的信号进行色散补偿和信道均衡，恢复原始信号的相位和幅度信息；
所述概率解匹配器单元用于根据星座概率分布匹配器单元的压缩参数对接收到的信号进行解码和解压缩，恢复原始的信息；
所述星座解映射单元用于将解压缩后的信号进行解映射，恢复原始的超大星座尺度下的信号。


2.根据权利要求1所述的一种超大星座尺度下的强截断光子压缩系统，其特征在于，所述星座概率分布匹配器单元包括星座概率分布匹配器、星座分区模块、概率映射模块、分布匹配器和二进制标签模块；
所述星座概率分布匹配器单元根据用户的实际需求，调整星座概率分布匹配器的概率参数；根据星座分区模块对概率映射模块进行概率映射分配，从而在分布匹配器处对数据流进行分布匹配，二进制标签模块对分布匹配后的数据添加二进制标签，从而得到星座概率分布的映射规则。


3.根据权利要求2所述的一种超大星座尺度下的强截断光子压缩系统，其特征在于，所述星座概率分布匹配器中的压缩参数v是概率质量函数中的参数，其中概率质量函数表达式为：



其中，v表示压缩参数，x是信息数据的符号值，P(xi)表示信息数据xi处的概率值；
星座概率分布匹配器通...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，张丽佳，毛雅亚，姜蕾，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