[发明专利]一种三维概率成型无载波幅度相位调制方法

说明书

本发明首先以最大化CFM为设计原则，输入的原始数据首先进入几何成型概率成型单元，进行以正四面体作为基元的三维星座几何成型，以及依据麦克斯韦‑玻尔兹曼分布的概率成型；然后进入星座映射单元，进行三维星座映射；再进入上采样单元，进行滤波器前所需的多倍上采样操作；再进入三个滤波器单元，让星座符号在三个维度上的信息分别进入三个互相正交的FIR滤波器进行成形滤波；最后三路并行信号在一个加法器单元的作用下相加，完成3D‑PS‑CAP调制，让星座点尽可能向内部聚集；然后依据麦克斯韦‑玻尔兹曼分布进行概率成型，优化星座的概率分布，进一步降低星座的平均能量，增大星座的CFM。通过几何成型与概率成型的结合作用有效提升调制体系的误码率性能。

技术领域

本发明属于光传输通信技术领域，尤其涉及一种三维概率成型无载波幅度相位调制方法。

背景技术

近些年来，随着5G、物联网、增强现实/虚拟现实、大数据、云计算等众多高速率新型业务的蓬勃发展，越来越多的流量交换、数据传输将集中在数据中心内部或数据中心之间进行，人们对短距离光通信系统的容量需求呈爆发式增长。与相干检测系统相比，由于强度调制/直接检测(IMDD)在成本、能耗以及封装等方面所具有的优势，其被广泛应用在短距通信系统中，用以满足这一迫切的容量需求。基于IMDD的脉冲幅度调制(PAM)、离散多音频(DMT)调制、无载波幅度相位(CAP)调制等多种先进调制格式均得到了广泛地研究与应用。

在这些先进调制格式当中，CAP调制能够像相干检测系统中的正交振幅调制(QAM)一样支持多个维度、多级电平调制，同时又无需混频器、射频源等复杂的光电器件，成为了在基于IMDD的短距通信场景中非常具有吸引力的调制格式。为了提升通信系统的灵活度，将不同的服务更加灵活地分配给不同的用户，基于有限冲激响应(FIR)滤波器的设计，CAP调制的维度被提升到了三个、四个甚至更高维度。同时，更高维度的星座空间能够在保证相同信号功率的条件下提供拉大星座点间最小欧式距离更多的灵活性，进一步在一定程度上提升调制格式的鲁棒性。

此外，作为逼近香农限的两种有效手段，几何成型(GS)与概率成型(PS)成为了近些年来的研究热点。其中，几何成型保持星座点的分布概率相同，通过优化星座点的几何分布位置，实现在信号功率一定条件下的最小欧氏距离最大化，获得几何成型增益。而概率成型不改变星座点的几何位置，通过优化星座点的分布概率，即增加内部星座点的发射概率、降低外部星座点的发射概率，降低信号的平均功率，从而获得概率成型增益。综合考虑星座的几何与概率两个参数，将两种成型相结合用以实现更大程度提升系统性能的研究也有许多。但是，目前绝大部分的几何成型与概率成型都是在二维上展开的，很少在三维或更高维度上进行。由于星座维度越高，星座点间欧氏距离越大，能够更加灵活地对星座点的几何位置与概率分布进行优化设计，因此仅在二维下的几何成型与概率成型就浪费掉了更高维度下星座优化、提升调制性能的巨大潜力空间。

本发明就将几何成型与概率成型相结合应用到三维星座上，提出了一种基于正四面体基元星座设计的3D-PS-CAP调制方法用于短距通信。该调制方法以正四面体作为基元用于三维星座的几何成型，在最小欧氏距离固定的条件下，让星座点尽可能向内部聚集，并引入概率成型优化星座的概率分布，进一步降低星座的平均能量，增大星座的星座性能指数(CFM)，有效提升调制体系的误码率性能。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明以正四面体作为基元用于三维星座的几何成型，在最小欧氏距离固定的条件下，让星座点尽可能向内部聚集；并引入概率成型优化星座的概率分布，进一步降低星座的平均能量，增大星座的CFM，通过几何成型与概率成型的结合作用有效提升调制体系的误码率性能。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种三维概率成型无载波幅度相位调制方法，具体包括以下步骤：