[发明专利]光纤接入网中基于GS-QAM星座的判决解码方法

说明书

本发明属于光纤通信技术领域，具体为一种光纤接入网中基于GS‑QAM星座的判决解码方法。本发明判决方法利用支持向量机SVM在接入网接收到的GS‑QAM信号星座图中寻找最优分界面即超平面，多个超平面实现对星座点的聚类，不同类别的星座点对应不同的QAM调制符号，分类的准确度越高，解调和解码的准确度越高，通信系统的性能越好。相较于传统基于欧氏距离的星座点判决方法，本发明可以在不需要矫正相位偏移和星座畸变的情况下对星座点进行准确的判决和分类，显著降低由于接入网信道特性而引起的信号相移和失真对解调准确性产生的影响，简化了解调方案的复杂度并同时提升了解调性能。

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种应用于光纤接入网中的基于几何整形(GS)正交振幅调制(QAM)星座的判决解码方法。

背景技术

新兴起的高清视频流媒体服务、虚拟现实、云计算等接入网应用场景都在推动下一代无源光接入网络(PON)的容量升级，其低成本、灵活的优势得到了高度认可。同时，通信行业正在研究50Gb/s/λ无源光网络的标准化。使用带宽为10Gbps的光发射设备的低成本强度调制和直接检测(IM/DD)传输方案已经得到广泛的验证。为了在带宽有限的光学元件上实现高速PON，先进的调制格式和有效的数字信号处理算法成为中心研究课题。运用双二进制编码、脉冲幅度调制(PAM)、无载波幅度相位调制(CAP)、QAM等高阶调制格式成为中远距离PON系统潜在的低成本解决方案。

在光纤通信系统中，高阶QAM调制可以带来更高的频谱效率，但同时符号间干扰会增加，这就要求有更高的信噪比(SNR)来保证系统的可靠传输。然而，对于基于传统光纤的大容量PON系统来说，由于带宽的限制和光纤色散会导致信号严重失真，信噪比随之降低。为了克服这些缺陷，常用的数字信号处理(DSP)算法包括前馈均衡(FFE)、决策反馈均衡(DFE)、最小均方(LMS)均衡等数字均衡算法。这些方案在实现失真抑制效果的同时引入了过大的计算复杂度，在实际部署中成本高昂。为了缓解均衡算法对解调系统造成的计算压力，可在发射端利用几何整形(GS)技术对高阶星座的分布进行设计，使星座点满足最小欧氏距离最大化，常用的分布包含圆形分布和三角形分布等。整形后的QAM信号可以抵抗信道传输后信号失真和信噪比降低对解调产生的影响。

整形后的星座仍然会由于器件和信道的非线性特性而出现失真，失真具体表现为星座外围星座点向星座内部压缩，原本在发射端汇聚的星座点出现发散。区别于使用复杂的数字均衡算法对失真进行抑制，本发明使用LMS均衡结合多分类SVM对星座中的不同区域划界，同一区域的星座点和同一发射星座点对应，分类后星座点便可直接进行解调。事实证明，本发明可以在低计算复杂度情况下实现对信号失真的有效抑制，极大的提升了解调性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低复杂度的光纤接入网中基于几何整形(GS)正交振幅调制(QAM)星座的判决解码方法，可以利用更少的计算资源在信号星座中直接进行判决，得到较好的解码效果。

本发明提出的用于光纤接入网中的基于几何整形正交振幅调制(记为：GS-QAM)星座的判决解码方法，采用一个最小均方(LMS)均衡器和多个二分类的支持向量机(SVM)，对GS-QAM信号进行判决分类；其中：

所述LMS均衡器利用经典LMS算法对输入信号进行自适应滤波；

所述每个二分类的SVM，对于一个2^N阶的QAM信号(其星座点被分为2^N类)，分别将其中一类星座点和其他2^N-1类星座点区分开，每个星座点仅会被一个二分类SVM判决为数值1，而对其他2^N-1类星座点的分类结果为数值-1。

所述二分类的SVM共有2^N个，将所有2^N个二分类SVM对同一星座点的分类结果进行组合，得到一个长度为2^N的独热编码，形如：

-1-1-1…-1 1-1