[发明专利]一种分层对称型三维星座映射调制方法和系统

说明书

本发明公开了一种分层对称型三维星座映射调制方法，包括：将星座点在三维空间内的几何分布按Z轴数值划分为不同层数，在固定最小欧式距离的条件下，以最大化星座图CFM指数为目标，依次在各层次上设计出相应的星座点二维分布，得到分层对称型三维星座图；根据星座点所需要的不同发射功率将导入的数据分为四个不同的能量层次，使数据从原本的二进制比特流转化成经过概率整形计算后的分布形式，最后映射成三维空间内包含信息的空间坐标。本发明极大地简化了星座图的结构的，在不增加系统硬件复杂程度的前提下降低模分复用系统发射功率与误码率，极大地提升系统传输性能。

技术领域

本发明涉及通信领域的光编码调制技术领域，具体而言涉及一种分层对称型三维星座映射调制方法和系统。

背景技术

现代科技的不断发展使得物联网、大数据、智慧城市等新型业务不断兴起，网络用户也日益增长，这一切都对网络通信容量提出了更高的要求。然而经过二十多年的发展，传统单模光纤的通信容量已经接近非线性香农极限，从新的维度提升系统的传输能力是必然的途径。其中，空分复用技术从空间维度增加新的通信信道，从而得到越来越多的关注。模分复用是空分复用技术中的一种，在一根光纤中传输多个不同模式的信号，把每个模式作为一个单独的通信信道使用，并且可以与已有的波分复用等技术同时使用，打开了提升通信容量的新途径，极大地提升了系统的传输能力。

模分复用技术虽然是容量问题的解决办法之一，但模式复用器件的运用提高了系统硬件的复杂度，并且对系统的抗噪性能提出了更高的要求。星座映射是信号调制的基础单元，高维星座图调制和几何/概率整形技术从编码算法方面降低系统误码率，不会额外增加器件。在条件允许的情况下，采用三维星座映射能更好地降低系统误码率，因为在相同最小欧氏距离的情况下，三维星座图比二维星座图有更小的平均功率，而在相同平均功率下，三维星座图各星座点之间最小欧氏距离比二维星座图更大。几何整形技术通过改变映射使用星座图中星座点的位置，使它们更加靠近中心原点，从而提高星座图性能指标(CFM)数值，降低误码率和发射功率，在调制阶数较低时效果更加明显。概率整形技术改变原本星座点均等的出现概率，使能量高的星座点出现的概率低，能量低的星座点出现的概率高，经过整形后的信号呈高斯分布，更加适合信道传输。概率整形技术有效地提升系统抗噪声能力和信号的传输距离，在高阶调制时尤为明显。

专利号为CN111163031A的发明中提出一种三维概率成型无载波幅度相位调制方法，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，让星座点尽可能向内部聚集，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。但该发明中的不规则三维结构较为复杂，构建难度大；同时该发明中调制方法和系统应用于单模传输，不太适用于少模传输。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种分层对称型三维星座映射调制方法和系统，从编码调制方面展开，以最大化星座图CFM指数为目标对星座图进行优化升级。该方案可以与现有的其他调制编码技术同时使用，实现在不增加系统硬件复杂程度的前提下降低模分复用系统发射功率与误码率，极大地提升系统传输性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提出了一种分层对称型三维星座映射调制方法，所述调制方法包括以下步骤：

S1，将星座点在三维空间内的几何分布按Z轴数值划分为不同层数，在固定最小欧式距离的条件下，以最大化星座图CFM指数为目标，依次在各层次上设计出相应的星座点二维分布，得到分层对称型三维星座图；其中，同层任意三个相邻星座点之间构成正三角形，该正三角形的三个点与临近层最近的一个星座点构成正四面体；