隨著互聯(lián)網(wǎng)對(duì)通信帶寬需求的急速增長(zhǎng),高速大容量的相干光通信系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。編碼調(diào)制技術(shù)通過(guò)對(duì)編碼和調(diào)制進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì),在不擴(kuò)展頻譜占用的條件下提高了系統(tǒng)容量,也受到了越來(lái)越多的關(guān)注。概率整形與編碼調(diào)制聯(lián)合,可以在不影響編碼調(diào)制性能的前提下,進(jìn)一步擴(kuò)大OSNR容限,增大信號(hào)傳輸距離,同時(shí)還可以細(xì)顆粒度地改變系統(tǒng)傳輸速率。但是目前已報(bào)道的概率整形方案存在效率低、靈活性差、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高等不足。本論文主要對(duì)相干光傳輸編碼調(diào)制系統(tǒng)中的概率整形編碼方案以及概率整形與編碼調(diào)制結(jié)合方案進(jìn)行了深入研究,主要研究工作如下。第一,針對(duì)概率整形編碼效率較低的問(wèn)題,提出了一種“高增益概率整形編碼調(diào)制方案”。方案中的高增益概率整形編碼方案使用了新型符號(hào)映射方式,在比特級(jí)別對(duì)輸入信息進(jìn)行分布匹配。同時(shí),使用了輸入分布保持的比特交織方案,將所提概率整形方案與傳統(tǒng)的BICM均勻分布編碼調(diào)制方案結(jié)合,進(jìn)一步擴(kuò)大OSNR容限。根據(jù)理論分析,高增益概率整形編碼調(diào)制方案使用6.7%冗余,高效率地將星座點(diǎn)的最小平均歐氏距離擴(kuò)大14%。光傳輸仿真結(jié)果表明,在平均發(fā)送功率相同且碼率相同的條件下,譯碼后誤碼率為1E-5時(shí),所提高增益概率整形方案可帶來(lái)0.28dB的OSNR編碼增益。光纖跨段仿真結(jié)果中,互信息為3.2bits/symbol時(shí),所提高增益概率整形方案?jìng)鬏斁嚯x可增加8.2%,相比于已報(bào)導(dǎo)的概率整形方案,單位冗余帶來(lái)的距離增益增加了39%。第二,針對(duì)基于調(diào)制格式變化的速率自適應(yīng)方案的彈性光網(wǎng)絡(luò)中,硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高和信息速率調(diào)節(jié)顆粒度較大的缺陷,我們提出了一種“速率自適應(yīng)概率整形編碼調(diào)制方案”。該方案通過(guò)“取反-標(biāo)記”的方法,改變了不同功率等級(jí)星座點(diǎn)的發(fā)送概率,實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息輸入分布的匹配。同時(shí),由于不同冗余量可以帶來(lái)不同程度的分布匹配效果,該方案通過(guò)引入0%至20%不等的冗余量,實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息速率從0%到16.7%的調(diào)整,以較低的硬件復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)了信道容量的最大化使用的效果。在使用冗余量為4%至20%之間時(shí),調(diào)制顆粒度為系統(tǒng)波特率的0.7%至6.8%。光傳輸仿真結(jié)果表明,在使用了20%冗余的情況下,譯碼后誤碼率為1E-5時(shí),速率自適應(yīng)概率整形編碼調(diào)制方案后較未使用概率整形的傳統(tǒng)編碼調(diào)制方案,可獲得最高1.6dB的OSNR增益。第三,為了驗(yàn)證所提的“高增益概率整形編碼調(diào)制方案”和“速率自適應(yīng)概率整形編碼調(diào)制方案”的可行性,我們搭建離線偏振復(fù)用相干光傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),分別對(duì)所提方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)調(diào)制格式為PM-16QAM,波特率為12GBaud。同時(shí),配合通過(guò)統(tǒng)計(jì)誤符號(hào)率的統(tǒng)計(jì)方法,可以降低OSNR測(cè)量誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。在“高增益概率整形編碼調(diào)制方案”實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)譯碼后誤碼率為1E-4時(shí),相比于總?cè)哂嘞嗤膫鹘y(tǒng)編碼調(diào)制方案,高增益概率整形編碼調(diào)制方案獲得了額外的約0.15dB的OSNR增益;在“速率自適應(yīng)概率整形編碼調(diào)制方案”實(shí)驗(yàn)中,概率整形編碼冗余為20%、7.7%和2.2%時(shí),碼率分別為0.694,0.774和0.815,相比于不使用概率整形碼率為0.833的均勻分布編碼調(diào)制方案,當(dāng)譯碼后誤碼率為1E-5時(shí),分別獲得了 1.7dB、1.3dB和0.6dB的OSNR增益。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了兩種方案的可行性,兩種方案在實(shí)驗(yàn)條件下,均達(dá)到了較好的概率整形增益效果。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.1
【部分圖文】：

實(shí)現(xiàn)難度比較大。??與ＴＣＭ系統(tǒng)的思想相反，ＢＩＣＭ系統(tǒng)提出了分離編碼與調(diào)制，并在兩者之間??加入比特交織器的思想。ＢＩＣＭ系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖２－１所示，是整個(gè)系統(tǒng)模塊分明、??設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，同時(shí)可以分別對(duì)編碼器、比特交織器和調(diào)制器進(jìn)行單獨(dú)優(yōu)化，根據(jù)系??統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)多種不同的編碼和調(diào)制的組合方案。相比于ＭＬＣ系統(tǒng)，ＢＩＣＭ系統(tǒng)在??實(shí)際的應(yīng)用中，接收到的信息比特可來(lái)自于不同的子信道，因此子信道實(shí)際情況??的非理想化，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響。??—？編碼器一？比特交織器一？調(diào)制器一——Ｉ??白：?：，信道??讀ｇ渠Ｉ?譯碼器崎一解窮＾、器解調(diào)器＾?Ｉ—??圖２－１?ＢＩＣＭ系統(tǒng)模型??通過(guò)分析，我們權(quán)衡光通信系統(tǒng)中的三種主流技術(shù)的誤碼性能、硬件實(shí)現(xiàn)的??復(fù)雜度、與概率整形方案的整合能力等方面的表現(xiàn)，結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研和理論分析。??認(rèn)為在編碼調(diào)制相干光通信系統(tǒng)中

２．２高增益概率整形ＢＩＣＭ編碼調(diào)制方案設(shè)計(jì)??２．２．１方案整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)??結(jié)合概率整形的ＢＩＣＭ編碼調(diào)制相關(guān)光通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖２－２所示。??“概率整形編碼器”使用了后文２．２．３中介紹的概率整形編碼方法，將需要均勻??分布的發(fā)送信息序列匹配成類高斯分布的符號(hào)序列�！胺唇豢椘鳌�、“ＬＤＰＣ編碼器”??和＂交織器”這三個(gè)模塊共同組成了后文２．２．５所述的保持分布不變的ＬＤＰＣ編碼??與比特交織模塊。調(diào)制器根據(jù)后文２．２．２所述的格雷映射規(guī)則，將比特序列映射??成１６ＱＡＭ符號(hào)。光發(fā)射機(jī)為偏振復(fù)用相干光發(fā)射機(jī)，傳輸跨段由標(biāo)準(zhǔn)單模光纖??（Ｓｔａｎｄａｒｄ?Ｓｉｎｇｌｅ－Ｍｏｄｅ?Ｆｉｂｅｒ，ＳＳＭＦ）與摻輯光纖放大器（Ｅｒｂｉｕｍ－Ｄｏｐｅｄ?ｎｂｅｒ??Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ＥＤＦＡ）組成，光接收機(jī)為偏振復(fù)用相關(guān)光接收機(jī)。ＤＳＰ處理器用于補(bǔ)??償光信道中的損傷，包括ＩＱ正交失衡補(bǔ)償、固定色散補(bǔ)償、頻偏估計(jì)與補(bǔ)償、??相偏補(bǔ)償?shù)�。ＤＳＰ處理器之后的模塊，圖２－２右方所示，與發(fā)送端的功能能相反，??對(duì)ＤＳＰ處理器輸出的接收到的符號(hào)序列進(jìn)行處理

本文以１６－ＱＡＭ為例，為了配合概率整形，在滿足格雷準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，我們??設(shè)計(jì)了一種在符號(hào)的比特層面就對(duì)符號(hào)所在星座點(diǎn)的能量等級(jí)有較大辨識(shí)度的??映射規(guī)則，如圖２－３所示。??Ｑ?‘??？?＃?＃?＃?功率等級(jí)１??１１００?０１００?０１０１?１１０１??功率等級(jí)２??？?？?？?？?功率菩級(jí)３??１０００?００００?０００１?１００１??ｒ??？?？?？?？??１０１０?００１０?００１１?１０１１??？?？?？?？??１１１０?０１１０?０１１１?１１１１??圖２－３適用于概率整形的１６－ＱＡＭ格雷映射規(guī)則??根據(jù)發(fā)送星座點(diǎn)表示的符號(hào)所需要的能量，可以將１６ＱＡＭ星座點(diǎn)分成３個(gè)??功率等級(jí)。可以從圖２－３可以看出，使用這種映射規(guī)則時(shí)，通過(guò)每個(gè)符號(hào)前兩個(gè)??比特即可得知該符號(hào)所處的功率等級(jí)，如前兩個(gè)比特“００”代表功率等級(jí)１，＂０１”??或者“１０”功率等級(jí)２，而“１１”表示功率等級(jí)３。任意１６－ＱＡＭ符號(hào)的前兩個(gè)比特??只有４種情況：＂００”、“０１”、＂１０”和“１１＂，只需要改變這４種情況出現(xiàn)的概率，??即可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入分布的控制。這種映射規(guī)則大大減輕了概率整形編碼的工作量，??同時(shí)也是本文提出的兩種概率整形方案的基礎(chǔ)。??２．２．３輸入分布概率整形編碼規(guī)則??如１．１．２所述，在功率受限的ＡＷＧＮ信道當(dāng)中，高斯分布是最佳的輸入分布。??而我們需要傳輸?shù)男畔⒈忍匦蛄惺请S機(jī)的
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本文編號(hào)：2877324