[发明专利]基于广义互信息的多维信号调制电路的设计方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于广义互信息的多维信号调制电路的设计方法及其应用，该设计方法包括：1、定义多维可传输符号集合及其相对应的二进制映射比特序列集合；2、根据给定的信道噪声方差δ²，以最大化广义互信息GMI为优化目标，并使得多维可传输符号集合在多维空间中每一个象限的传输符号均与第一象限传输符号形成轴对称关系，从而对多维度调制格式集合进行优化；3、计算所述最优多维度调制格式与多进制正交振幅调制格式之间的逻辑关系，从而根据所述逻辑关系，利用数字逻辑门电路实现基于QAM调制的多维信号调制电路的设计。本发明能降低映射复杂度和存储开销，从而达到自适应频谱效率的目的并实现低复杂度的编码方式。

技术领域

本发明属于通信系统和信号处理领域，涉及光信号生成和编码调制，尤其涉及一种基于多维度几何整形的信号编码调制方法。

背景技术

随着信息现代化的不断发展，云计算，高清视频，5G，移动互联等服务走进人们的生活中，而这些都需要高速率，大容量的互联网能力的支撑。根据思科发布的《可视化网络指数》(VNI)报告预测，2022年，全球网络流经的IP流量将超过互联网元年到2016年底全部32年间的流量总和。光通信由于本身的高速率，大容量，传输距离长而得到广泛的应用。但是由于噪声，光纤的非线性效应影响着传输的性能，使得传输速率距离香农极限还有一段距离。

在高速光通信传输中，高阶调制提高频带利用率，提升传输速率并且可缩短与香农极限的差距得到广泛运用。但是随着调制阶数提高，星座点的距离更小，需要更高的信噪比,即发送端的需要更高的发送功率，接收端译码难度加大。然后，有学者提出了整形(Shaping)的思想，即在不改变当前调制的情况下，通过改变符号的概率分布或者改变星座点的距离来，使信号分布更加趋近于高斯分布，减小误码率，实现灵活的频谱效率，提升传输性能来逼近香农极限。

而目前整形使用的维度为一维或者二维，若扩展至多维度，常规的查表(look-uptable)方法将大大增高编码映射的复杂度，使得高速实时通信受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术对调制维度利用率低以及编码映射复杂性高的不足，提出一种基于广义互信息的多维信号调制电路的设计方法及其应用，以前能降低映射复杂度和存储开销，实现大传输容量、低发射功率、低误码率的信号传输，从而达到自适应频谱效率的目的并实现低复杂度的编码方式。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种基于广义互信息的多维信号调制电路的设计方法的特点包括：

步骤1、定义多维可传输符号集合记为S＝{s₁,s₂,...,s_i,...,s_M}，s_i表示第i个可传输符号；i∈[1,M]，定义与所述可传输符号集合S相对应的二进制映射比特序列集合记为B＝{b₁,b₂,...,b_i,...,b_M}，b_i表示第i个可传输符号s_i所对应的二进制映射比特序列，且b_i的长度为m＝log₂M；

步骤2、根据给定的信道噪声方差δ²，以最大化广义互信息GMI为优化目标，并使得多维可传输符号集合S在多维空间中每一个象限的传输符号均与第一象限传输符号形成轴对称关系，从而利用式(1)对由所述可传输符号集合S与所述二进制映射比特序列集合B所组成的多维度调制格式集合{S,B}进行优化，得到优化后的最优调制传输符号集合S^*和最优二进制映射比特序列集合B^*；

式(1)中，G(δ²,S,B)是计算广义互信息GMI的函数；