[发明专利]一种基于比特加权分布匹配的PS-PAM4系统

说明书

本发明公开了一种基于比特加权分布匹配(BWDM)的概率整形四级脉冲幅度调制系统，包括数据源模块，比特加权分布匹配模块，低密度奇偶校验编码(LDPC)模块，PS‑PAM4映射模块，PS‑PAM4信号调制模块，链路传输模块和PS‑PAM4信号接收解调模块。本系统由数据源模块生成伪随机二进制比特流，比特加权分布匹配模块改变伪随机二进制比特流中‘0’的权重，LDPC编码模块进行LDPC编码，PS‑PAM4映射模块将编码后的二进制比特流映射成PS‑PAM4符号；PS‑PAM4信号调制模块进行调制并送入链路传输模块；链路传输模块实现PS‑PAM4光信号的标准单模光纤传输；PS‑PAM4信号接收解调模块将信号进行解映射和逆比特加权分布匹配操作得到二进制比特流，该系统降低了信号的非线性效应，实现低误码率和高接受灵敏度传输。

技术领域

本发明涉及光纤通信领域的数字调制技术，具体涉及一种基于比特加权分布匹配的概率整形四级脉冲幅度调制(PS-PAM4)系统。

背景技术

随着用户对传输需求的增长，光纤通信凭借其在高传输带宽上的优势、信息传输容量大、易于扩容的特性、低损耗的传输性能、抗电磁干扰性、体积小、重量轻、中继距离长等优良特性成为通信的主流。

四级脉冲幅度调制(4-stage pulse amplitude modulation，PAM4)是一种高效的调制技术，采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以传输2bit的信息，在成本上，在相同的比特速率条件下，PAM4的波特率只有不归零码的一半，大大降低了光器件的带宽要求，从而可以降低光器件成本。PAM4信号由于实现方式简单，计算复杂低，在短距离高速度的光纤传输系统中很具优势。但在实际的PAM调制光通信系统中，受器件非线性效应、色散、光纤损耗等影响，实际的发射光功率是受限制的，会使得实际的互信息低于理论的信道容量值。概率整形(probabilistic shaping，PS)是通过降低幅度大的信号出现的概率，增加幅度小的信号出现的概率。实现信号整体的平均功率降低，从而节省了发送功率。

因此，我们将概率整形技术应用于PAM4中，提出了一种基于比特加权分布匹配的PS-PAM4系统，该系统降低了信号的非线性效应，实现低误码率和高接受灵敏度传输。

发明内容

本发明提出一种基于比特加权分布匹配的PS-PAM4调制方法，来获得整形增益和改善系统的比特误码率性能。

本发明采用如下技术方案：

一种基于比特加权分布匹配的PS-PAM4调制系统：数据源模块、比特加权分布匹配模块、LDPC编码模块、PS-PAM4映射模块、PS-PAM4信号调制模块、链路传输模块以及PS-PAM4信号接收解调模块；

数据源模块生成服从伯努利分布(1/2)的伪随机二进制比特流A′作为原始输入信号；

比特加权分布匹配模块通过添加冗余位改变数据源模块生成的服从伯努利分布(1/2)的伪随机二进制比特流中‘0’的权重，得到二进制比特流B′；具体包括：数据源模块产生的服从伯努利分布(1/2)的串行伪随机二进制比特流，在经过串并转换后将被分成两路并行比特流，其中对第一路比特流进行概率整形处理，第一路比特流k位比特为一个子集，在每个子集中添加一位冗余位作最高位后构成k+1位比特的新子集。若k位比特中‘0’的权重超过1/2，则对应的最高位取‘0’，其余的k位比特不变，反之，则对应最高位取‘1’，并对其余的k位比特进行取反运算，即得到二进制比特流B，每路比特‘0’和‘1’出现的理想概率为P(B_i)(i＝1，2)，即有如下公式：

每个PS-PAM4符号出现的理想概率P由如下公式表示：

LDPC编码模块将二进制比特流B′送入到LDPC编码器中进行LDPC编码，得到二进制比特流C；