當(dāng)前,正處于電信行業(yè)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期。光傳輸網(wǎng)作為現(xiàn)代化通信骨干網(wǎng)絡(luò),成為了此次轉(zhuǎn)型的重中之重。大容量和長距離是光傳輸系統(tǒng)永恒的主題。由于光纖光纜的投資成本高、建設(shè)周期長以及鋪設(shè)困難等因素,升級調(diào)制格式就成為應(yīng)對當(dāng)前光通信挑戰(zhàn)的有效措施之一。一方面,為了緩解傳統(tǒng)二維調(diào)制中譜效率和漸進(jìn)功率效率之間的矛盾,四維調(diào)制成為了當(dāng)下研究的熱點。它聯(lián)合調(diào)制光場中的X、Y兩偏振態(tài)(每個偏振態(tài)都包含同相和正交分量),可以從四個維度上對星座點集進(jìn)行優(yōu)化。其中,基于球填充的四維調(diào)制格式,由于其星座點選自四維空間中經(jīng)球填充理論得到的晶格點,在保證星座點間最小歐式距離最大化的同時使星座點集的排列更為密集。因此,基于球填充的四維調(diào)制格式與相同譜效率的其他四維調(diào)制格式相比,往往具有更低的平均符號能量和更高的漸進(jìn)功率效率。另一方面,網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)將編碼與調(diào)制進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計。集合劃分是網(wǎng)格編碼調(diào)制的核心,它通過對星座點集劃分子集來增加星座點間的歐式距離。之后,經(jīng)卷積編碼與分集映射來選擇不同子集并映射。這樣,在有效提高接收端靈敏度的同時獲得編碼增益�，F(xiàn)有的四維網(wǎng)格編碼調(diào)制都是基于正交幅度調(diào)制(QAM)星座圖。而對于性能更優(yōu)的球填充四維調(diào)制格式,由于其星座點排布較復(fù)雜,還沒有對應(yīng)有效的集合劃分方法,也就無法實現(xiàn)網(wǎng)格編碼調(diào)制。因此,本文提出了基于球填充的四維網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù),并開展了如下研究工作:1.以目前光傳輸技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)為背景,論述基于球填充的四維調(diào)制和網(wǎng)格編碼調(diào)制的優(yōu)勢,并探究了基于球填充的四維網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)的重要意義。2.介紹了四維調(diào)制的承載技術(shù)和衡量性能參數(shù)。列舉了典型的四維調(diào)制格式。對球填充四維調(diào)制的關(guān)鍵步驟及性能優(yōu)勢作出了較為詳細(xì)的敘述。3.對網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)的基本思想做了深入的分析。從星座圖的集合劃分、發(fā)送端的卷積編碼與分集映射以及接收端的子集譯碼與維特比譯碼過程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。最后,總結(jié)了現(xiàn)有的四維網(wǎng)格編碼調(diào)制格式。4.提出了基于球填充的四維網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)。首先,對球填充四維星座點集進(jìn)行了特征分析。其次,根據(jù)星座點集里影響接收端判決的關(guān)鍵因素——星座點間最小歐式距離和平均最近鄰點個數(shù)——確定了集合劃分的原則。在此基礎(chǔ)上,制定了集合劃分的步驟并對過程進(jìn)行了詳細(xì)敘述。通過對比劃分前后星座點集中的各參數(shù),證明此集合劃分方法有效。之后,選定適當(dāng)?shù)木矸e編碼與分集映射方案,并完成接收端的子集譯碼和維特比譯碼過程,最終實現(xiàn)基于球填充的四維網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)。5.搭建了基于球填充的四維網(wǎng)格編碼調(diào)制系統(tǒng)并仿真驗證。在相同星座點集和相同譜效率兩種情況下進(jìn)行了對比分析,結(jié)果表明球填充四維網(wǎng)格編碼調(diào)制格式比常規(guī)的球填充四維調(diào)制格式所需的光信噪比和傳輸距離均有一定程度的改善。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.1
【部分圖文】：

1.1 研究背景及意義國家工業(yè)和信息化部發(fā)布的 2018 年通信業(yè)統(tǒng)計公報顯示，我國光纖帶寬升級繼續(xù)加快，接入網(wǎng)絡(luò)基本實現(xiàn)全光纖化。如圖1.1所示，我國光纖接入（FTTH/O）用戶 3.68 億戶，占固定互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入用戶總數(shù)的 90.4%，較上年末提高 6.1 個百分點。寬帶用戶持續(xù)向高速率遷移，100 Mbps 及以上接入速率的固定互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入用戶總數(shù)達(dá) 2.86 億戶，占固定寬帶用戶總數(shù)的 70.3%，占比較上年末提高 31.4 個百分點[1]。圖 1.1 我國 2017-2018 年固定互聯(lián)網(wǎng)寬帶各接入速率用戶占比情況與此同時，隨著 5G 商用化步伐的不斷臨近

圖 2.1 調(diào)制格式 SE 與（1/APE）關(guān)系圖圖中，藍(lán)色圓點表示傳統(tǒng)的二維調(diào)制格式，它們分別是：PM-QPS-8QAM、PM-16QAM 以及 PM-32QAM；紅色三角表示五種典型的四維，它們分別是：PS-QPSK、POL-QAM 6-4、32-SP-QAM、128-SP-QA

（a）POL-QAM 4-4 的偏振星座圖 （b）POL-QAM 6-4 的偏振星座圖圖 2.2 POL-QAM x-y 的偏振星座圖POL-QAM 6-4是在POL-QAM 4-4偏振星座圖的基礎(chǔ)上增加了SOP 5和SOP6，其偏振星座圖如圖 2.2（b）所示。即 POL-QAM 6-4 有 6 個偏振態(tài)，每個偏
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