專利名稱：基于最優(yōu)信道編碼調(diào)制的自適應(yīng)光傳輸系統(tǒng)和方法
基于最優(yōu)信道編碼調(diào)制的自適應(yīng)光傳輸系統(tǒng)和方法技術(shù)領(lǐng)域
本技術(shù)涉及一種信道自適應(yīng)的通信系統(tǒng)，尤其涉及基于最優(yōu)信道編碼調(diào)制的自適 應(yīng)光傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，差錯控制編碼、多階調(diào)制格式、相干光發(fā)送與接收設(shè)備的使用、高速電子信 號處理設(shè)備等技術(shù)手段的應(yīng)用使得光通信系統(tǒng)的信息傳輸速率向Tb/s級發(fā)展。隨著信 息傳輸速率的提高，光通信中的各種影響因素，如非線性、偏振模色散等嚴(yán)重降低系統(tǒng)的性 能，限制信道帶寬的利用效率。
在目前的光通信系統(tǒng)中，采用調(diào)制格式有強(qiáng)度調(diào)制(IMDD)、正交幅度相位調(diào)制 (QAM)和星形正交幅度相位調(diào)制(SQAM)，正交相位調(diào)制(QPSK)、差分相移鍵控(DQPSK)等 編碼調(diào)制格式，或者對高斯信源進(jìn)行量化得到的調(diào)制格式，如基于極座標(biāo)量化的格式(IPQ) 等。這些現(xiàn)有的調(diào)制格式通常依據(jù)信源的特點來設(shè)計，并沒有充分考慮到信道的特性，性能 沒有進(jìn)行優(yōu)化，因此不能充分發(fā)揮系統(tǒng)的性能。另一方面，現(xiàn)有的調(diào)制格式并沒有針對某一 傳輸信道設(shè)計，不能充分利用信道的信道容量，因此，信道帶寬利用效率低。
在另一方面，基于光纖的光傳輸系統(tǒng)受到光纖非線性、偏振模色散的影響，使得噪 聲與信號相互作用，不能采用簡單的模型，如高斯模型，來描述光纖信道與估計系統(tǒng)的性 能，很難進(jìn)一步指導(dǎo)系統(tǒng)編碼調(diào)制的設(shè)計。并且，隨著光傳輸距離的增加，信道模型受光纖 非線性的影響，逐漸發(fā)生變化，并不能視為一個不變的模型。
最后，現(xiàn)有的光傳輸系統(tǒng)一般缺少反饋，不能根據(jù)信道的情況實時調(diào)整系統(tǒng)發(fā)送 端的編碼調(diào)制格式，以使系統(tǒng)性能時時處于最優(yōu)狀態(tài)。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的在光傳輸系統(tǒng)中缺乏理想的估計光纖的信道模型以及缺 少反饋的問題，本發(fā)明提供了一種基于最優(yōu)信道編碼調(diào)制的自適應(yīng)光傳輸系統(tǒng)和方法。
基于最優(yōu)信道編碼調(diào)制的自適應(yīng)光傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括
信源模塊，產(chǎn)生用于光傳輸?shù)臄?shù)字信號；
變換模塊，包含一個查找表，將由信源模塊產(chǎn)生的數(shù)字信號映射為調(diào)制器的輸入 電壓，實現(xiàn)數(shù)字信號到信道星座圖，即高速電信號，的映射；
光源，用于輸出激光，作為光通信中的光載波；
調(diào)制模塊，用于將所述高速電信號調(diào)制到光源發(fā)出的光載波上；
光纖，用于傳輸光信號；
解調(diào)模塊，用于將光纖中的光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換和數(shù)模采樣后轉(zhuǎn)換為高速電信 號；
解變換模塊，用于將高速電信號經(jīng)過解變換后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
接收模塊，用于完成系統(tǒng)的性能評價，如誤碼率等功能，完成數(shù)字信號的接收；
優(yōu)化模塊，用于設(shè)定信源模塊的發(fā)送信號，并根據(jù)反饋模塊的輸入實現(xiàn)對特定光 通信信道的優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)果輸出到變換模塊；
信道信息采集模塊，用于收集信道的采樣信息，并將其轉(zhuǎn)換為信道的條件概率密 度函數(shù)ρ (y IX)，并將此函數(shù)送入反饋模塊；
反饋模塊，用于將信道的特性，即條件概率密度函數(shù)傳輸給優(yōu)化模塊；
所述的信源模塊、變換模塊、調(diào)制模塊、光纖、解調(diào)模塊、解變換模塊、接收模塊、信 道信息采集模塊、反饋模塊、優(yōu)化模塊依次相連；
所述優(yōu)化模塊與所述信源模塊和所述變換模塊相連；
所述光源與所述調(diào)制模塊相連；
所述解調(diào)模塊與所述信道信息采集模塊相連。
所述信源模塊為數(shù)字信號發(fā)生器或其它信號源。
所述數(shù)字信號可是多階信號。
所述變換模塊為可編程邏輯器件或數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。
所述光源為光通信中常用的窄線寬激光器。
所述調(diào)制模塊為通用的相位調(diào)制器或幅度調(diào)制器。
所述解調(diào)模塊為相干光解調(diào)器。
所述解變換模塊為可編程邏輯器件。
所述接收模塊可由誤碼儀或示波器與計算機(jī)實現(xiàn)。
所述優(yōu)化模塊可由計算機(jī)實現(xiàn)。
所述信道信息采集模塊可由計算機(jī)實現(xiàn)。
所述反饋模塊可為因特網(wǎng)。
基于最優(yōu)信道編碼調(diào)制的自適應(yīng)光傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟
步驟一系統(tǒng)初始化優(yōu)化模塊設(shè)定信源模塊，使其產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)字信號序列，該 偽隨機(jī)數(shù)字信號序列同時通過反饋信道傳輸給信道信息采集模塊；
步驟二 信道特性估計根據(jù)光通信系統(tǒng)所需的調(diào)制格式，優(yōu)化模塊設(shè)定變換模 塊的查找表；然后，傳輸步驟一所設(shè)定的偽隨機(jī)數(shù)字信號序列，信息采集模塊接收解調(diào)模 塊輸出的數(shù)字信號，并進(jìn)行直方圖分析，得到信道特性的估計，即信道的條件概率密度函數(shù) p(y|x)；信道信息采集模塊將此概率密度函數(shù)通過反饋通道傳遞給優(yōu)化模塊；
步驟三信道優(yōu)化根據(jù)估計出來的信道特性，采用以下分步迭代算法進(jìn)行優(yōu)化
假定迭代算法在第k-Ι步，得到了輸入的概率分布IV1和星座圖上的坐標(biāo)IV1JU 可按以下算法得到第k步的輸入概率分布Uk及星座圖上的坐標(biāo)!"k
步驟㈧依據(jù)式1得到概率分布Uk
uk = argmax{l{u) u e Q{u;rk_^(I)U
式中，I(U)為信道的互信息量，Ω (u ；r)為概率分布及星座圖坐標(biāo)的集合，該集合 滿足信道限制條件，信道限制條件可為平均功率限制或最大功率限制；
步驟⑶依據(jù)式2得到星座圖上的坐標(biāo)
rk = argmax^(u): u e Q{uk;r )}( 2 )r
依照上述步驟(A)和步驟(B)不斷的循環(huán)迭代，直到I (U)的變化在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)；
步驟四傳輸測試數(shù)據(jù)及性能評價優(yōu)化模塊完成優(yōu)化后，優(yōu)化模塊設(shè)定變換模 塊的查找表，并傳輸測試數(shù)據(jù)，由接收模塊測試系統(tǒng)性能，若系統(tǒng)性能得到了提高，則信道 自適應(yīng)調(diào)整結(jié)束，系統(tǒng)開始正式工作；若系統(tǒng)性能沒有得到提高，則重復(fù)步驟二至四，直到 系統(tǒng)性能改善，系統(tǒng)結(jié)束自適應(yīng)過程。
優(yōu)化模塊設(shè)定變換模塊的查找表，可設(shè)定為QAM或SQAM。
在所述步驟㈧和步驟⑶中，可采取梯度算法作為優(yōu)化算法。
本發(fā)明可以估計光纖的信道模型，并利用該模型對光傳輸系統(tǒng)的編碼調(diào)制格式進(jìn) 行自動調(diào)整，以提高系統(tǒng)的性能，提高信道帶寬的利用效率。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明
圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)的工作流程圖。
具體實施方式
如附圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)包含以下部分
1.信源模塊該模塊為數(shù)字信號發(fā)生器或其它信號源，主要產(chǎn)生用于光傳輸?shù)臄?shù) 字信號，該數(shù)字信號可以是多階信號。
2.變換模塊該模塊包含一個查找表，能將由信源產(chǎn)生的數(shù)字信號映射為調(diào)制器 的輸入電壓，實現(xiàn)數(shù)字信號到信道星座圖(高速電信號)的映射。該模塊為可編程邏輯器 件或數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。
3.光源該模塊輸出激光，用于光通信中的光載波，該模塊為光通信中常用的窄 線寬激光器。
4.調(diào)制模塊該模塊將高速電信號調(diào)制到光源發(fā)出的光載波上，該模塊為通用的 相位調(diào)制器或幅度調(diào)制器。
5.光纖該模塊用來傳輸光信號。
6.解調(diào)模塊該模塊將光纖中的光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換和數(shù)模采樣后轉(zhuǎn)換為高速 電信號。該模塊為相干光解調(diào)器。
7.解變換模塊該模塊將高速電信號經(jīng)過解變換后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。該模塊為可 編程邏輯器件。
8.接收模塊該模塊主要完成系統(tǒng)的性能評價，如誤碼率等功能，完成數(shù)字信號 的接收。該模塊可由誤碼儀或示波器與計算機(jī)實現(xiàn)。
9.優(yōu)化模塊該模塊設(shè)定信源模塊的發(fā)送信號，并根據(jù)反饋模塊的輸入實現(xiàn)對特 定光通信信道的優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)果輸出到變換模塊，該模塊可由計算機(jī)實現(xiàn)。
10.信道信息采集模塊該模塊收集信道的采樣信息，并將其轉(zhuǎn)換為信道的條件 概率密度函數(shù)P (y I χ)，并將此函數(shù)送入反饋模塊。該模塊可由計算機(jī)實現(xiàn)。
11.反饋模塊該模塊將信道的特性，即條件概率密度函數(shù)傳輸給優(yōu)化模塊。該模 塊可為因特網(wǎng)。
如附圖2，根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)的工作流程圖如下
1.系統(tǒng)初始化優(yōu)化模塊設(shè)定信源模塊，使其產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)字信號序列，該偽隨 機(jī)數(shù)字信號序列同時通過反饋信道傳輸給信道信息采集模塊。
2.信道特性估計根據(jù)光通信系統(tǒng)所需的調(diào)制格式，優(yōu)化模塊設(shè)定變換模塊的查 找表，如可設(shè)定為QAM或SQAM等。然后，傳輸步驟1所設(shè)定的偽隨機(jī)數(shù)字信號序列，信息采 集模塊接收解調(diào)模塊輸出的數(shù)字信號，并進(jìn)行直方圖分析，得到信道特性的估計，即信道的 條件概率密度函數(shù)P (y I χ)。信道信息采集模塊將此概率密度函數(shù)通過反饋通道傳遞給優(yōu)化 模塊。
3.信道優(yōu)化根據(jù)估計出來的信道特性，采用以下分步迭代算法進(jìn)行優(yōu)化
假定迭代算法在第k-Ι步，得到了輸入的概率分布IV1和星座圖上的坐標(biāo)IV1JU 可按以下算法得到第k步的輸入概率分布Uk及星座圖上的坐標(biāo)!"k
(A).依據(jù)式1得到概率分布Uk
權(quán)利要求
1.基于最優(yōu)信道編碼調(diào)制的自適應(yīng)光傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括 信源模塊，產(chǎn)生用于光傳輸?shù)臄?shù)字信號；變換模塊，包含一個查找表，將由信源模塊產(chǎn)生的數(shù)字信號映射為調(diào)制器的輸入電壓， 實現(xiàn)數(shù)字信號到信道星座圖，即高速電信號，的映射； 光源，用于輸出激光，作為光通信中的光載波； 調(diào)制模塊，用于將所述高速電信號調(diào)制到光源發(fā)出的光載波上； 光纖，用于傳輸光信號；解調(diào)模塊，用于將光纖中的光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換和數(shù)模采樣后轉(zhuǎn)換為高速電信號； 解變換模塊，用于將高速電信號經(jīng)過解變換后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 接收模塊，用于完成系統(tǒng)的性能評價，如誤碼率等功能，完成數(shù)字信號的接收； 優(yōu)化模塊，用于設(shè)定信源模塊的發(fā)送信號，并根據(jù)反饋模塊的輸入實現(xiàn)對特定光通信 信道的優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)果輸出到變換模塊；信道信息采集模塊，用于收集信道的采樣信息，并將其轉(zhuǎn)換為信道的條件概率密度函 數(shù)ρ (y IX)，并將此函數(shù)送入反饋模塊；反饋模塊，用于將信道的特性，即條件概率密度函數(shù)傳輸給優(yōu)化模塊； 所述的信源模塊、變換模塊、調(diào)制模塊、光纖、解調(diào)模塊、解變換模塊、接收模塊、信道信 息采集模塊、反饋模塊、優(yōu)化模塊依次相連；所述優(yōu)化模塊與所述信源模塊和所述變換模塊相連； 所述光源與所述調(diào)制模塊相連； 所述解調(diào)模塊與所述信道信息采集模塊相連。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信源模塊為數(shù)字信號發(fā)生器或其它信 號源。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字信號可是多階信號。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述變換模塊為可編程邏輯器件或數(shù)模轉(zhuǎn) 換模塊。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光源為光通信中常用的窄線寬激光器。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)制模塊為通用的相位調(diào)制器或幅度調(diào)制器。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述解調(diào)模塊為相干光解調(diào)器。
8.基于最優(yōu)信道編碼調(diào)制的自適應(yīng)光傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一系統(tǒng)初始化優(yōu)化模塊設(shè)定信源模塊，使其產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)字信號序列，該偽隨機(jī)數(shù)字信號序列同時通過反饋信道傳輸給信道信息采集模塊；步驟二 信道特性估計根據(jù)光通信系統(tǒng)所需的調(diào)制格式，優(yōu)化模塊設(shè)定變換模塊 的查找表；然后，傳輸步驟一所設(shè)定的偽隨機(jī)數(shù)字信號序列，信息采集模塊接收解調(diào)模塊 輸出的數(shù)字信號，并進(jìn)行直方圖分析，得到信道特性的估計，即信道的條件概率密度函數(shù) P(y|x)；信道信息采集模塊將此概率密度函數(shù)通過反饋通道傳遞給優(yōu)化模塊；步驟三信道優(yōu)化根據(jù)估計出來的信道特性，采用以下分步迭代算法進(jìn)行優(yōu)化 假定迭代算法在第k-Ι步，得到了輸入的概率分布Ulri和星座圖上的坐標(biāo)Iv1,則可按 以下算法得到第k步的輸入概率分布Uk及星座圖上的坐標(biāo)步驟(A)依據(jù)式1得到概率分布Ukuk = argmax{l(u) u e Q(u;rk_^( 1 )U式中，I(U)為信道的互信息量，Ω (U ；r)為概率分布及星座圖坐標(biāo)的集合，該集合滿足 信道限制條件，信道限制條件可為平均功率限制或最大功率限制； 步驟(B)依據(jù)式2得到星座圖上的坐標(biāo)rk - argmax{l(u): u e Q{uk;r )}( 2 )r依照上述步驟(A)和步驟(B)不斷的循環(huán)迭代，直到I(u)的變化在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)；步驟四傳輸測試數(shù)據(jù)及性能評價優(yōu)化模塊完成優(yōu)化后，優(yōu)化模塊設(shè)定變換模塊的 查找表，并傳輸測試數(shù)據(jù)，由接收模塊測試系統(tǒng)性能，若系統(tǒng)性能得到了提高，則信道自適 應(yīng)調(diào)整結(jié)束，系統(tǒng)開始正式工作；若系統(tǒng)性能沒有得到提高，則重復(fù)步驟二至四，直到系統(tǒng) 性能改善，系統(tǒng)結(jié)束自適應(yīng)過程。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，優(yōu)化模塊設(shè)定變換模塊的查找表，設(shè)定為 QAM 或 SQAM。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步驟(A)和步驟(B)中，可采取梯度 算法作為優(yōu)化算法。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于最優(yōu)信道編碼調(diào)制的自適應(yīng)光傳輸系統(tǒng)和方法，其中所述系統(tǒng)包括信源模塊、變換模塊、光源、調(diào)制模塊、光纖、解調(diào)模塊、解變換模塊、接收模塊、優(yōu)化模塊、信道信息采集模塊、反饋模塊等。其中，信源模塊、變換模塊、光源、調(diào)制模塊、光纖、解調(diào)模塊、解變換模塊和接收模塊組成了光通信系統(tǒng)。信道信息采集模塊、反饋模塊和優(yōu)化模塊則實現(xiàn)了系統(tǒng)的信道自適應(yīng)功能。本發(fā)明可以估計光纖的信道模型，并利用該模型對光傳輸系統(tǒng)的編碼調(diào)制格式進(jìn)行自動調(diào)整，以提高系統(tǒng)的性能，提高信道帶寬的利用效率。
文檔編號H04L1/00GK102035602SQ201010588570
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者張建勇 申請人:北京交通大學(xué)