一种基于空间覆盖的HPGS16QAM通信优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于空间覆盖的HPGS16QAM通信优化方法，属于通信技术领域。把空间覆盖的思想运用到GS整形上，从而首次提出几何整形的星座整形15

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间覆盖的HPGS 16QAM通信优化方法


[0001]本专利技术属于通信
，涉及一种基于空间覆盖的HPGS 16QAM通信优化方法。

技术介绍

[0002]作为当代通信的主要支柱之一，光纤通信技术(opticalfibercommunications)在电信网中起着至关重要的作用。光纤通信是一种未来信息社会中各种信息的主要传送工具。光纤通信技术是一种最新通信技术，它标志了新技术革命，它利用光波作为载波传递信息，以光纤作为媒介传输信息。21世纪以来，随着互联网的迅猛发展，音频、视频、多媒体应用的急速上升，迫切需求光纤信道的容量和传输的质量。
[0003]近年来，光纤通信上出现的概率整形和几何整形技术，它们对于提高光纤系统的容量，降低误码率有良好的效果。然而，关注的问题是，在概率和几何整形的基础上，如何更好地结合两者的优势，如何进一步改善光纤通信的质量：在不增加传输功率和光纤系统复杂性的情况下，获得更高的频谱效率和传输容量，降低误码率，使光通信系统具有更高的灵活性和可靠性。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于空间覆盖的HPGS 16QAM通信优化方法。基于均匀分布的0
‑
1比特数据类型，本方案采用的主要技术有几何整形(GS)、概率整形(PS)、调整器、FEC编码等。GS部分通过设置最大化GMI和最小化BER为目标，并使用自动编码器神经网络训练，在特定SNR下，得出最佳的星座图坐标(16
‑
QAM)。PS部分按照树形码，共生成15种调制符号。其中，带111前缀的8种调制符号(6bit/Symbol)占比为1/8，它们对应于星座点的外圈；其余调制符号有7种(3bit/Symbol)，占比为7/8，它们对应于星座点的内圈。15种符号，对应于16
‑
QAM，会有1个星座点剩余。调整器的本质，是调制时对符号空间的全覆盖思想：针对带111前缀的8种调制符号，进行统计并标记首次出现的最后一种符号；在调制时，将其映射为空闲的星座点。若没有使用FEC编码，则会出现较高的误码现象。因此，引入了RS(15，11)码和CCSDS标准的LDPC码，两者均能实现零误码。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于空间覆盖的HPGS 16QAM通信优化方法，该方法包括以下步骤：
[0007]15QAM划分的概率整形；
[0008]基于高斯噪声GN和非线性干扰噪声NLIN信道模型、通过自动编码器神经网络AENN训练的几何整形；
[0009]进行基于空间覆盖和用于光信号调制/解调的调整器的算法。
[0010]可选的，所述15QAM划分的概率整形为：
[0011]设
‘0’
和
‘1’
出现的概率是相等的，数据流按照树形码，共生成15种调制符号；其中，带111前缀的8种调制符号占比为1/8，它们为111000
‑
111111；其余调制符号有7种，占比为7/8，它们为000
–
110。
[0012]可选的，所述基于高斯噪声GN和非线性干扰噪声NLIN信道模型中，离散的NLIN模型描述如下：
[0013]y＝c(x,P3,κ,κ3)
[0014]＝x+n
ASE
+n
NLI
N
[0015][0016][0017]式中，y代表接收的码字，x代表发送的码字，c(
·
)代表信道模型，n
ASE
代表具有方差的高斯噪声样本，n
NLIN
代表具有方差的高斯噪声样本；
[0018]NLIN模型将光纤系统的有效信噪比描述如下：
[0019][0020]设所有的通道具有相同的光学发射功率，P
tx
代表光发射功率，并且从同一星座中汲取能量；其中，P
tx
代表光发射功率，代表累积放大自发辐射(ASE)噪声的方差，代表NLIN的方差；μ4代表星座的四阶矩，设所有通道都具有相同的光学发射功率，并从相同的星座中汲取能量μ6代表星座的六阶矩。
[0021]可选的，所述空间覆盖具体为：
[0022]符号空间S定义为调制数据D中可能出现的全部符号的集合；设
[0023]S＝{s1,s2,s3,
…
,s
n
}
[0024]有card(S)＝n，即调制数据D中有n种符号；调制的过程看作是从某时刻起，逐个地获取符号的过程；在D中获取一个最短的数据块B，以满足：
[0025][0026]其中，Freq(x
B
)表示符号x在数据块B中的出现频次；满足上式的最短数据块B，即完成对符号空间S的全覆盖；
[0027]记M为数据块B的长度，B[
‑
1]为B的最后一个符号；在数据块B完成全覆盖时，有：
[0028]M≥n#
[0029]若x＝B[
‑
1]，则有：
[0030]Freq(x
B
)＝1#
[0031]上式为空间覆盖思想的结论。
[0032]可选的，所述进行基于空间覆盖和用于光信号调制/解调的调整器的算法具体为：
[0033]将额外的星座点，用于对全体符号利用空间覆盖思想进行唯一性表示：在调制和解调时，是最后一个首次出现的符号，且具有唯一性。
[0034]可选的，所述方法中，发送端的流程为：
[0035](1)加载数据和星座图；
[0036](2)对数据进行PS的符号划分；
[0037](3)根据调整器，对数据进行符号的统计和替换；
[0038](4)进行RS/LDPC编码；
[0039](5)星座映射，生成调制数据；
[0040](6)发送调制数据到光纤信道；
[0041]接收端的处理和发送端的处理，是互逆的过程；
[0042]接收端的处理流程如下：
[0043](1)从光纤信道接收数据；
[0044](2)解调制；
[0045](3)RS/LDPC解码；
[0046](4)根据调整器，对替换的符号进行统计和还原；
[0047](5)根据PS规则，对数据格式进行恢复；
[0048](6)统计并计算误码率。
[0049]可选的，在信号质量达到一定阈值时，引入RS或LDPC纠错码，以实现无误码传输。
[0050]本专利技术的有益效果在于：首先，本方案有机地整合了现有的PS和GS技术，使它们各自均达到了最佳的效果。其中，PS部分采用树形码的形式产生7个3比特的符号和8个6比特的符号，GS部分通过AENN的训练，找到了最佳的16QAM星座坐标。其次，在整合PS和GS技术的基础上，本方案首次提出了调整器的技术，它利用了“最后一个符号首次出现时的唯一性”，在调制和解调时，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间覆盖的HPGS 16QAM通信优化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：15QAM划分的概率整形；基于高斯噪声GN和非线性干扰噪声NLIN信道模型、通过自动编码器神经网络AENN训练的几何整形；进行基于空间覆盖和用于光信号调制/解调的调整器的算法。2.根据权利要求1所述的一种基于空间覆盖的HPGS 16QAM通信优化方法，其特征在于：所述15QAM划分的概率整形为：假设
‘0’
和
‘1’
出现的概率是相等的，数据流按照树形码，共生成15种调制符号；其中，带111前缀的8种调制符号占比为1/8，它们为111000
‑
111111；其余调制符号有7种，占比为7/8，它们为000
‑
110。3.根据权利要求1所述的一种基于空间覆盖的HPGS 16QAM通信优化方法，其特征在于：所述基于高斯噪声GN和非线性干扰噪声NLIN信道模型中，离散的NLIN模型描述如下：y＝c(x,P3,κ,κ3)＝x+n
ASE
+n
NLINNLIN
式中，y代表接收的码字，x代表发送的码字，c(
·
)代表信道模型，n
ASE
代表具有方差的高斯噪声样本，n
NLIN
代表具有方差的高斯噪声样本；NLIN模型将光纤系统的有效信噪比描述如下：设所有的通道具有相同的光学发射功率，P
tx
代表光发射功率，并且从同一星座中汲取能量；其中，P
tx
代表光发射功率，代表累积放大自发辐射(ASE)噪声的方差，代表NLIN的方差；μ4代表星座的四阶矩，设所有通道都具有相同的光学发射功率，并从相同的星座中汲取能量μ6代表星座的六阶矩。4.根据权利要求1所述的一种基于空间覆盖的HPGS 16QAM通信优化方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡安琪，巩小雪，郭磊，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：