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1. CN108631879 - Optical orthogonal frequency division multiplexing communication method and system based on probabilistic shaping mapping

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[ ZH ]
一种基于概率整形映射的光正交频分复用通信方法及系统


技术领域
本发明涉及光纤通信领域的数字调制技术,尤其涉及一种基于概率整形映射的光正交频分复用通信方法及系统。
背景技术
随着用户对传输需求的增长,光纤通信作为一种长距离、大容量传输方式成为通信的主要方向。光正交频分复用(OOFDM)技术将传统的正交频分复用(OFDM)技术与光纤通信技术相结合,兼具OFDM高速接入、信息容量大和光纤传输良好的抗色散、偏振模色散的优点,有广大的应用前景。
正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation)通过相位和振幅的联合调制,可以获得更高的频谱效率。普通的QAM的星座图呈矩形网格分布,星座图中点数越多,每个符号传输的信息量就越大,但同时星座点之间间距变小,对解调算法要求更高且误码率更高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种基于概率整形映射的光正交频分复用通信方法及系统,能够获得整形增益并提高光纤通信的频谱效率。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:
一方面,本发明一种基于概率整形映射的光正交频分复用通信方法,包括:
通过伪随机二进制编码器产生伪随机二进制比特流PRBS信号;
将所述PRBS信号进行调制获得PS-QAM复数信号;
将所述PS-QAM复数信号进行串/并转换,获得N路并行复数信号,对N路并行复数信号进行快速傅里叶逆变换后再进行并/串转换获得基带OFDM信号;在基带OFDM信号中添加循环前缀,获得添加循环前缀的OFDM基带信号;对OFDM基带信号进行数/模转换获得OFDM模拟信号;将OFDM模拟信号调制到光载波上,获得PS-OOFDM信号;将所述PS-OOFDM信号传输到光纤;
将光纤上的PS-OOFDM信号变换成模拟OFDM电信号;将所述模拟OFDM电信号进行模/数转换获得数字OFDM信号,去除其中循环前缀,并/串转换后进行快速傅里叶变换获得PS-QAM复数信号;将所述PS-QAM复数信号的实部虚部进行分离,解映射恢复对应的PRBS信号。
优选的,将所述PRBS信号进行调制获得PS-QAM复数信号,具体包括:
根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布产生长度为2n+1的离线概率码本;
将所述二进制比特流PRBS信号分成两路等长的比特序列;
令其中一路比特序列每n+1个码元生成一个2n+1进制符号L,在离线概率码本获取第L位的符号生成PS-QAM信号的实部;令另一路比特序列每n+1个码元生成一个2n+1进制符号L,在离线概率码本获取第L位的符号生成PS-QAM信号的虚部;其中M为2的偶数次幂,表示QAM调制格式的阶数。
优选的,将所述PS-QAM复数信号的实部虚部进行分离,解映射恢复对应的PRBS信号,具体为:
将所述PS-QAM复数信号的实部虚部进行分离,分别根据离线概率码本,解映射恢复对应的PRBS信号。
优选的,所述离线概率码本的产生方式具体包括:
根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布产生一个长度为2n+1的离线概率码本;其中,ν表示概率因子,ν∈R,在实际应用中根据对应的参数来取值。
优选的,将光纤上的PS-OOFDM信号变换成模拟OFDM电信号,具体为:
将光纤上的PS-OOFDM信号采用光电检测器进行光电变换成模拟OFDM电信号。
另一方面,本发明一种基于概率整形映射的光正交频分复用通信系统,包括:
数据产生模块,用于通过伪随机二进制编码器产生伪随机二进制比特流PRBS信号;
概率整形模块,用于将所述PRBS信号进行调制获得PS-QAM复数信号;
PS-OOFDM信号调制模块,用于将所述PS-QAM复数信号进行串/并转换,获得N路并行复数信号,对N路并行复数信号进行快速傅里叶逆变换后再进行并/串转换获得基带OFDM信号;在基带OFDM信号中添加循环前缀,获得添加循环前缀的OFDM基带信号;对OFDM基带信号进行数/模转换获得OFDM模拟信号;将OFDM模拟信号调制到光载波上,获得PS-OOFDM信号;将所述PS-OOFDM信号传输到光纤;
PS-OFDM传输模块,用于将光纤上的PS-OOFDM信号变换成模拟OFDM电信号;将所述模拟OFDM电信号进行模/数转换获得数字OFDM信号,去除其中循环前缀,并/串转换后进行快速傅里叶变换获得PS-QAM复数信号;将所述PS-QAM复数信号的实部虚部进行分离,解映射恢复对应的PRBS信号。
优选的,所述PRBS信号进行调制获得PS-QAM复数信号,具体包括:
根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布产生长度为2n+1的离线概率码本;
将所述二进制比特流PRBS信号分成两路等长的比特序列;
令其中一路比特序列每n+1个码元生成一个2n+1进制符号L,在离线概率码本获取第L位的符号生成PS-QAM信号的实部;令另一路比特序列每n+1个码元生成一个2n+1进制符号L,在离线概率码本获取第L位的符号生成PS-QAM信号的虚部;其中M为2的偶数次幂,表示QAM调制格式的阶数。
优选的,将所述PS-QAM复数信号的实部虚部进行分离,解映射恢复对应的PRBS信号,具体为:
将所述PS-QAM复数信号的实部虚部进行分离,分别根据离线概率码本,解映射恢复对应的PRBS信号。
优选的,所述离线概率码本的产生方式具体包括:
根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布产生一个长度为2n+1的离线概率码本;其中,ν表示概率因子,ν∈R,在实际应用中根据对应的参数来取值。
优选的,将光纤上的PS-OOFDM信号变换成模拟OFDM电信号,具体为:
将光纤上的PS-OOFDM信号采用光电检测器进行光电变换成模拟OFDM电信号。
本发明的有益效果如下:
本发明一种基于概率整形映射的光正交频分复用通信方法及系统,通过使用概率映射方法,获得了更高质量的信号且使解调算法更具普适性;同时根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布,计算得出概率映射的离线概率码本,使得信号质量有明显的提升。此外,将生成的二进制比特流PRBS信号分成两路等长的比特序列,能实现更高的光接收机灵敏度。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明,但本发明的一种基于概率整形映射的光正交频分复用通信方法及系统不局限于实施例。
附图说明
图1为本发明实施例的OOFDM信号调制的流程框图;
图2为本发明实施例的PS-OOFDM信号解调的流程框图;
图3为本发明实施例的星座图概率分布图;
图4为本发明实施例的麦克斯韦-玻尔兹曼分布直方图;
图5为本发明实施例的PS-16-QAM星座图信号点分布情况图;
图6为本发明实施例的概率码本映射图;
图7为本发明实施例的为PS-OOFDM系统的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的技术方案进行具体说明。
参见图1至6所示,一方面,本发明为一种基于概率整形(probability shaping)映射的光正交频分复用(PS-OOFDM)通信方法,以16-QAM为例,包括:
步骤1)根据麦克斯韦-玻尔兹曼(Maxwell-Boltzmann)分布(x i =[-3,-1,1,3],取ν=0.384)产生一个长度为8的最优查询表(Lookup table),参见图6所示,即离线概率密码本,其概率分布参见图4。
步骤2)通过伪随机二进制编码器产生伪随机二进制比特流(PRBS信号)。将一路PRBS信号每3位二进制码生成一个新的8进制符号L,根据查询表中第L位的符号生成QAM信号的实部,另一路PRBS信号以同样的方式生成QAM信号的虚部,此两路信号映射成完整PS-16-QAM复数信号,星座图参见图5,其概率分布参见图3。
步骤3)将PS-16-QAM复数信号进行快速傅里叶逆变换进行并/串转换得到基带OFDM信号。在基带OFDM信号中添加循环前缀,得到添加循环前缀的OFDM基带信号,对OFDM基带信号进行数/模转换得到OFDM模拟信号。使用马赫-曾德尔调制器(MZM)将OFDM模拟信号调制到光载波上,得到的PS-OOFDM信号通过SSMF光纤传输。
步骤4)PS-OOFDM信号经光电二极管光电变换后得模拟OFDM信号,经模/数转换后得到数字OFDM信号,将数字OFDM信号中的循环前缀去除后经过快速傅里叶变换得到PS-QAM复数信号。
步骤5)分离PS-16-QAM复数信号得到实部和虚部信号,分别根据概率码本解调恢复相对应的PRBS序列。
参见图7所示,另一方面,本发明一种基于概率整形映射的光正交频分复用通信系统,包括:数据产生模块、概率整形模块、PS-OOFDM信号调制模块和PS-OFDM传输模块。
所述数据产生模块,用于产生长度为10w比特的伪随机二进制比特流PRBS信号。
所述概率整形模块,
首先,根据麦克斯韦-玻尔兹曼(Maxwell-Boltzmann)分布产生一个长度为2n+1的离线概率码本(Lookup table)。
其次,将所述二进制比特流PRBS信号分成两路等长的比特序列。一路PRBS信号每n+1位二进制码生成一个2n+1进制符号L,在离线概率码本中获取第L位的符号生成PS-QAM信号的实部。另一路PRBS信号以同样的方式生成PS-QAM信号的虚部。
所述PS-OOFDM信号调制模块:
用于将PS-QAM复数信号进行串/并转换,得到N路并行复数信号,对N路并行信号进行快速傅里叶逆变换后再进行并/串转换得到基带OFDM信号。在基带OFDM信号中添加循环前缀,得到添加循环前缀的OFDM基带信号,对OFDM基带信号进行数模转换得到OFDM模拟信号。将OFDM模拟信号调制到光载波上,得到PS-OOFDM信号,并将所述PS-OOFDM信号传输到光纤。
所述PS-OFDM传输模块:
用于将PS-OOFDM信号进行50km SSMF标准单模光纤传输,并在系统接收端采用光电二极管光电变换后得模拟OFDM电信号,模拟OFDM信号经模/数转换后得到数字OFDM信号,DSP中将数字OFDM信号中的循环前缀去除后经过快速傅里叶变换得到PS-QAM复数信号所述QAM复数信号的实部和虚部进行分离,实部与虚部信号分别根据概率码本解调恢复相对应的二进制序列得到原始数据。
以上仅为本发明实例中一个较佳的实施方案。但是,本发明并不限于上述实施方案,凡按本发明所做的任何均等变化和修饰,所产生的功能作用未超出本方案的范围时,均属于本发明的保护范围。