本文關(guān)鍵詞： 高維調(diào)制 光通信 比特符號映射 盲均衡 正交頻分復(fù)用　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展,4K視頻、虛擬現(xiàn)實、視頻直播等新的用戶體驗形式的出現(xiàn),以及企業(yè)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心規(guī)模的持續(xù)擴大,諸多因素促進光傳輸網(wǎng)向超高速大容量發(fā)展,如何在不增加干線重建成本的基礎(chǔ)上向超高速大容量升級是當(dāng)前光通信系統(tǒng)面臨的主要問題之一。研究表明,采用高階調(diào)制格式可以有效提升系統(tǒng)傳輸容量,但是,譜效率和功率效率是一對矛盾體,當(dāng)使用更高階調(diào)制格式時,會使星座點間的距離很近,接收機的判決變得非常困難。此時雖然頻譜效率較高,但功率效率變小。功率效率變小的后果是:在同樣的發(fā)射功率和目標(biāo)誤碼率下,系統(tǒng)傳輸距離將減小,為了解決這一問題,高維調(diào)制應(yīng)運而生。高維調(diào)制格式同時應(yīng)用光場中的正交態(tài)、時隙、頻帶、偏振態(tài)等自由度對數(shù)據(jù)進行調(diào)制,增加的自由度可以在不損失譜效率的前提下,最大化星座點間的最小歐式距離,進而增大信號的功率效率,能較好地解決現(xiàn)有二維調(diào)制格式譜效率與功率效率之間的矛盾。但是,高維調(diào)制技術(shù)作為一種新興調(diào)制技術(shù),依然有很多問題亟待解決:例如,高維調(diào)制格式的映射問題,承載問題,及信號處理問題等。只有很好的解決這些問題,高維調(diào)制技術(shù)才能在光通信系統(tǒng)中更好的發(fā)揮作用,解決二維調(diào)制格式譜效率與功率效率的矛盾,最終實現(xiàn)光通信系統(tǒng)傳輸容量的平滑升級。本文緊緊圍繞高維調(diào)制格式的關(guān)鍵技術(shù)存在的問題,深入分析了高維調(diào)制信號的產(chǎn)生機理及實現(xiàn)方法,在現(xiàn)有高維調(diào)制技術(shù)的基礎(chǔ)上,分別對高維調(diào)制的映射技術(shù),承載技術(shù)及信號處理技術(shù)進行了深入研究。本論文的主要工作內(nèi)容及創(chuàng)新點主要包括以下三個方面:1、針對高維調(diào)制格式的映射技術(shù),本文提出了一種基于樹形結(jié)構(gòu)的高維調(diào)制比特-符號映射方法。以減小格雷代價為設(shè)計目標(biāo),通過建立星座點的樹結(jié)構(gòu),使任意相鄰星座點為歐氏距離最小的最近鄰星座點,從而使高維調(diào)制信號的比特標(biāo)簽分配問題由隨機變?yōu)橛行?再通過有序分配標(biāo)簽保證最近鄰星座點間的平均漢明距離最小,最終實現(xiàn)高維調(diào)制信號比特-符號映射的優(yōu)化。與現(xiàn)有算法相比,樹形結(jié)構(gòu)映射計算復(fù)雜度較低,實現(xiàn)簡單,適用于多種高維調(diào)制格式。文中給出了樹形結(jié)構(gòu)的建立流程,推導(dǎo)了樹形映射的約束條件,分析了樹形映射所能達到的最低格雷代價邊界。通過搭建高維調(diào)制相干傳輸仿真系統(tǒng),對樹形結(jié)構(gòu)映射下的系統(tǒng)性能進行了分析。仿真結(jié)果表明,與多次搜索實現(xiàn)的隨機搜索映射相比,單次樹形映射在不同維度,不同星座點數(shù)的多種高維調(diào)制格式下,以較小的計算代價就能有效的實現(xiàn)比特符號映射的優(yōu)化,進而提升系統(tǒng)誤碼性能。2、針對高維調(diào)制格式的承載技術(shù),本文提出了一種與正交頻分復(fù)用技術(shù)相結(jié)合的高維調(diào)制格式承載方法。正交頻分復(fù)用是一種多載波調(diào)制技術(shù),具有多個正交子載波,可以靈活地開辟更多的獨立空間維度,而高維調(diào)制恰恰需要在多個維度空間來完成比特-符號映射,提出的承載方案即是利用正交頻分復(fù)用提供的正交子載波作為自由度來承載高維調(diào)制信號,這種方法既充分利用了正交頻分復(fù)用的多個正交子載波為高維調(diào)制提供多個正交維度,又發(fā)揮了正交頻分復(fù)用本身具有的抗色散抗頻率選擇性衰落的優(yōu)勢。與現(xiàn)有承載方式相比,提出的方法承載更加靈活,實現(xiàn)更加簡單。仿真結(jié)果表明,與正交頻分復(fù)用相結(jié)合的高維調(diào)制承載技術(shù)既能實現(xiàn)高維調(diào)制格式的有效傳輸,又能利用正交頻分復(fù)用技術(shù)本身的抗頻率選擇性衰落的優(yōu)勢,有效的實現(xiàn)了不同維度調(diào)制信號的承載。同時提升了現(xiàn)有正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的傳輸性能。3、針對高維調(diào)制的信號處理技術(shù),提出了一種基于星座基分解的高維調(diào)制盲均衡算法。為了降低高維調(diào)制格式信號處理的復(fù)雜度,首先將高維信號進行降維處理,轉(zhuǎn)化為二維信號,通過引入“星座基”的概念,將等效二維信號通過不同正交態(tài)分組傳輸,每個正交態(tài)分別承載一類“星座基”,在接收端通過分別處理不同的“星座基”,實現(xiàn)高維調(diào)制格式的盲均衡處理。與現(xiàn)有方法相比,提出的方法無需訓(xùn)練信號,節(jié)省了頻譜開銷,能適應(yīng)于多種高維調(diào)制格式,應(yīng)用更加廣泛。同時,本文將提出的盲均衡算法應(yīng)用于正交頻分復(fù)用子載波承載的高維調(diào)制系統(tǒng)中,建立了系統(tǒng)仿真模型。仿真結(jié)果表明,與最小均方誤差算法相比,提出的高維調(diào)制信號處理方法能獲得更優(yōu)的星座圖聚集效果,并且,在端到端系統(tǒng),以及長距離傳輸系統(tǒng)中,均能獲得更優(yōu)的系統(tǒng)誤碼性能。同時,該方法能實現(xiàn)更加靈活的譜效率。本文通過對高維調(diào)制信號的產(chǎn)生機理及實現(xiàn)方法的深入分析,分別對高維調(diào)制的映射技術(shù),承載技術(shù),以及信號處理技術(shù)做了進一步研究。針對這三個方面關(guān)鍵技術(shù)提出了新方法。所提方法在高維調(diào)制格式下的系統(tǒng)性能的提升,實現(xiàn)的復(fù)雜性,以及不同維度調(diào)制信號的兼容性等方面具有一定程度的改善,為研究高維調(diào)制技術(shù)在光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用提供參考。
[Abstract]:In order to solve the problem , high - dimensional modulation technology can effectively improve the transmission capacity of optical communication system . A high - dimensional modulation scheme based on orthogonal frequency division multiplexing ( OFDM ) is proposed in this paper . This paper presents a new method for high - dimensional modulation signal processing by applying the blind equalization algorithm to the high - dimensional modulation system of orthogonal frequency division multiplexing sub - carrier . The simulation results show that the proposed method can achieve better system error performance compared with the minimum mean square error algorithm .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.1

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本文編號：1516912