[发明专利]一种对抗极化相关损耗（PDL）效应的自适应极化调制方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，是一种对抗去极化信道中极化相关损耗(PDL)效应的自适应极化调制方法，特别涉及一种不仅可以使存有极化相关损耗(PDL)效应的去极化信道得到充分利用而且能提升极化调制系统频谱效率的自适应极化调制方法。

背景技术

在极化调制中，极化相关损耗(Polarization Dependent Loss:PDL)会导致时变的接收信噪比。极化相关损耗(PDL)是由无线信道的各向异性引起的，表现为极化信号在信道传播中所遭受到的功率衰减与该信号的发射极化状态相关。在存有时变PDL的去极化信道中，为了保证可接受的性能，采用固定阶数极化调制的系统通常都是针对最差信道条件而设计的，因此这些系统一般采用较低阶的极化调制方式，导致了信道的不充分利用与频谱效率性能的不理想。

近年来，在光纤通信中，已有不少学者研究了在接收端通过使用补偿技术来降低PDL对系统性能的影响。P.B.Phua等人提出了一个宽带PDL补偿因子方法，在各向同性的衰减中，通过对每个极化状态引入不同的频率相关的可变衰减来消除PDL幅值和频率相关性。此外，Nelson.J等人提出了基于斯托克斯空间的数字PDL补偿技术，该补偿技术是在斯托克斯空间中基于对信号样值的旋转与转变来实现的，可以提供2.5dB的PDL补偿增益。Mahdi等人给出了一种在偏分复用相干光纤传输中基于白化矩阵的PDL补偿方法，所提白化矩阵是关于极化状态旋转参数与PDL增益或损耗系数的函数。

另一方面，在无线通信的最新研究中，T.Pratt等人首先把极化模式扩散和极化相关损耗引入无线通信研究领域，并且针对发现的极化模式扩散现象和极化相关损耗(PDL)提出宽带场景下的极化分集、复用及极化域功率注水信道容量最大化。Wu等人分析了无线信道宽带去极化效应并提出了完全表征宽带信道极化特性的宽带理论极化信道模型。依据该模型，采用数值仿真和曲线拟合相结合的方法，首次理论研究了极化相关损耗(PDL)的概率统计特性。Wei等人使用了极化调制提升系统的功放能效，研究了信道存在极化相关损耗(PDL) 时的预补偿方法和极化调制的性能，并进一步研究了将极化调制与传统幅度-相位调制联合起来实现极化状态-幅度-相位联合调制，同时利用发射信号的极化状态、幅度及相位承载信息，使功放能效得到进一步优化。然而，在Wei等人的以上研究中，都是针对固定阶数极化调制，且这些研究都没有关注极化调制系统频谱效率。

发明内容

本发明提供了一种适用于无线通信中的自适应极化调制(Adaptive Polarization Modulation:APM)机制，目的是为了不仅可以使存有极化相关损耗(PDL)效应的去极化信道得到充分利用而且能提升极化调制系统的频谱效率。

无线信道中的PDL效应会影响系统的接收功率、信噪比、误符号率、误比特率，PDL的时变性会使极化信号经历时变衰落，且信道中PDL越大，其对极化调制的误比特性能影响越严重。因此，对于存在PDL效应的时变信道，如果能在信道质量好时(PDL值非常小)，系统采用频谱效率高的高阶极化调制，而在信道质量变差时(PDL值很大)，系统采用抗干扰能力强的低阶极化调制，这样信道就能得到充分利用且能获得更好的频谱效率。

从适应去极化信道中极化相关损耗(PDL)效应以使该类型的去极化信道得到充分利用且提升极化调制系统的频谱效率出发，本发明提出了一种自适应选择最优的极化调制阶数来传输数据的方法——自适应极化调制。本发明中假设采用的极化调制阶数为 M_j＝2^j+1∈{2,4,8,16}——→j＝0,1,2,3。基于自适应极化调制机制可以从M₀到M_J中选择最优的极化调制阶数，在满足相同误比特率性能前提下，与固定阶数极化调制相比，使用了自适应极化调制机制的传输系统在频谱效率方面获得了提升。

本发明中所述的自适应极化调制方法：在推导出PDL影响下接收信噪比的概率分布函数的基础上，发射端在系统满足目标误比特性能前提下，根据当前信道质量的反馈信息选定最优极化调制阶数传输数据——在信道质量好时，发射端采用频谱效率高的高阶极化调制传输数据；而在信道质量差时，发射端则会采用频谱效率低但抗干扰能力强的低阶极化调制传输数据。具体而言，对于固定目标误比特值，从误比特率公式中可以得到不同调制阶数所对应的不同信噪比门限值，进而自适应极化传输系统通过对比信噪比估计值与信噪比门限值来选定最优的极化调制阶数以满足固定的目标误比特率。