CN105308867B - 用于对数据进行调制以进行光通信的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种对数据进行调制以进行光通信的方法，该方法通过首先使用前向纠错(FEC)编码器编码数据以产生编码数据，使用分组编码器编码该编码数据以产生分组编码数据，使得表示该分组编码数据的码字之间的汉明距离增大。按照使得星座点之间的欧几里得距离增大的方式映射分组编码数据被以产生映射数据。然后，在发射器中调制该映射数据，以产生用于光信道的调制信号。

Description

用于对数据进行调制以进行光通信的方法和系统
技术领域
本发明总体上涉及调制光信号，并且更具体地，涉及为了可靠的光纤通信在多个维度中调制光信号。
背景技术
光相干通信系统自然适用于利用四维(4D)信号星座图的调制。与诸如双偏振四相相移键控(DP-QPSK)和16进制正交幅度调制(DP-16QAM)的传统格式相比，四维调制格式能够实现可观的增益。偏振切换QPSK(PS-QPSK)和集合划分(set-partitioned)128进制QAM(SP-128QAM)已知为实用4D星座图，并且它们分别能够实现1.76dB和2.43dB的渐进功率效率增益。可利用前向纠错(FEC)来实现高达1.5dB的增益。虽然已知一些高维调制格式，但是因为它们的增加的复杂性而使其针对光通信的应用受限于4D情况。
发明内容
本发明的实施方式提供用于调制用于可靠光纤通信的光信号的方法和系统。该方法可使用短分组码来增加代表数据的高维网格上的星座点之间的汉明距离和欧几里得距离。在一个实施方式中，该方法将扩展格雷(Colay)码用于24维(24D)超立方体网格或者在8D超立方体网格中使用奇偶校验码。对于其它维度，已知的准完备(near perfect)码可以与立方体网格星座图共同使用。另一个实施方式在最密的超球网格星座图上使用非线性码。
该方法将这些代码用于它们的距离属性，而不是将代码常规地用于无线通信和存储系统中的简单纠错。代码最大化基本星座图上的汉明距离，为此，汉明距离与立方体网格(例如，网格的每个维度上的二进制相移键控(BPSK)的基本星座图)上的欧几里得距离的平方成线性正比。
在一个实施方式中，扩展格雷码被用作准完备码的示例，该码具有针对其速度的最大增益，并提供了优异的性能。该方法将扩展格雷码的码字映射到24D超立方体，以实现每赫兹/偏振每秒1比特的频谱效率(b/s/Hz/pol)。在本文中，该格式被称为12比特24D格雷码超立方体(12b-24D-GCHC)。
利用该调制信号，对加性白高斯噪声(AWGN)的容差相比双偏振二进制相移键控(DP-BPSK)在10-3的误码率(BER)处要好3dB，在10-2的BER处要好1.9dB。在非线性光纤通信中，该方法相比DP-BPSK可以增加至少4dB的最大可允许跨度损耗，相比DP-QPSK可以增加8dB。
具体地说，一种系统和方法对数据进行调制以进行光通信，其首先使用短分组编码器对数据进行编码以产生编码数据，使得高维网格星座点之间的欧几里得距离增大。然后，可调制用于光信道的映射数据。
本发明还提供了将编码的高维网格星座图映射到光载波上的多种方法。相干光载波具有两个偏振以及同相和正交相位上的4D信号。实施方式提供了在偏振、相位、时间、频率、波长和空间模式上映射高于4D的星座图的无缝方式。
本发明还提供了用于通过将分组码字(codeword)重新分配给网格调制来优化BER的方法。本发明利用成对错误概率的特征值分解，以在目标信道条件下最小化BER的联合界。这种标签优化(label optimization)可通过模拟退火(SA)进一步改善。
为了更有效地抵抗不希望的误差，本发明使用长前向纠错(FEC)码，诸如低密度奇偶校验(LDPC)码(Gallager码)、重复累积码和turbo码。来自短分组解码器的软信息被馈入LDPC解码器以纠正可能的错误。在一个实施方式中，诸如Reed-Solomon(RS)码或Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)码的另一种低开销代数码被级联，以实现长期(例如，年)的无错误通信。本发明提供了在存在级联的代数码时优化用于分组编码的高维调制的LDPC码的方法。在一个实施方式中，来自LDPC和BCH的软信息被反馈到高维解调器以改善数字通信的质量。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的用于调制光信号的系统和方法的框图；
图2是根据本发明的实施方式的映射的框图；
图3、图4和图5根据本发明的实施方式对比传统编码的性能；以及
图6A、图6B和图6C是根据本发明的实施方式的用于基于网格的编码的示例映射的框图。
具体实施方式
图1示出了根据我们的发明的实施方式的用于调制光信号的系统和方法。该系统包括通过光纤信道150连接到接收器200的发射器100。
在发射器处，来自源101的数据被外部编码110。外部编码器110增加前向纠错(FEC)冗余115。然后，分组编码器被应用到外部编码器的输出以产生编码数据125。分组编码被设计成增加代表数据的星座点之间的汉明距离。映射器130增加了星座点之间的欧几里得距离，以产生映射数据135。然后，映射数据形式的代码可以被调制140成通过光信道150传输的调制信号。该传输可以使用密集波分复用(WDM)、多模式空间复用、多核空间复用、子载波信令、单载波信令、以及它们的组合。
在接收器处，发射器的步骤以相反的顺序执行，其中，调制信号被解调、解映射、分组解码和FEC解码，以恢复数据。具体地说，前端处理210和信道均衡220被应用到所接收的光调制信号。分组判决230被做出以向外部编码240提供软判决信息以恢复用于数据宿(datasink)102的数据。
使用格雷编码超立方体(Gray-coded hypercube)的24D调制
为了通过4D光信道传输利用24维(4D)格式调制的光信号，我们将24D正交信号矢量映射到4D光载波。要做到这一点，我们把同相、正交相位、偏振以及时间视作正交维度。
图2示出了在时域中24D基础矢量(D1、...、D24)至4D载波的示例映射，其中，EXI是水平偏振上的光载波的同相分量、EXQ是水平偏振上的光载波的正交分量、EYI是垂直偏振上的同相分量以及EYq是垂直偏振上的正交分量。
在格雷编码超立方体星座图(即，每个维度具有独立于所有其它维度的±1的值并且每一个维度独立地进行比特标记的星座图)中，星座点之间的欧几里得距离的平方与汉明距离成线性正比。因此，我们使用被设计为增加星座点之间的汉明距离和欧几里得距离的代码。利用该效果，我们使用扩展格雷码来确定24D超立方体的子集。然后，该子集确定了我们的星座图。
扩展格雷码将12比特的信息编码成具有最小汉明距离的24比特字。虽然已经与适合的解码矩阵一起使用该代码以纠正无线通信和存储器中的错误，但是我们采用24D中的最大似然(ML)判决来保持用于前向纠错(FEC)解码器的软信息。
尽管在24D中用于12比特字的传统的ML判决通常是高度复杂的，但是我们使用这种格式的低复杂度解调，例如，基于相关度量计算的无乘法器过程(multiplier freeprocedure)。在另一个实施方式中，分组判决可以通过在分组代码的图形表示(因子图)上使用软信息置信传播来完成。另外，也可以使用网格解码或球形解码以减小复杂性，这使得能够针对短的分组大小和实时处理来实际实现本发明。
在12b-24D-GCHC中，对应于有效的扩展格雷码字的212个点是我们的星座点，所述212个点来自于24D超立方体上的可能的224个点。与24D超立方体相比，欧几里得距离的最小的平方增加了8倍，其具有与DP-QPSK的性能相同的性能，而每比特的平均能量加倍。因此，与24D超立方体相比，渐近功率效率提高了6dB。因为星座图是超立方体的子集，因此发射器和接收器可以类似于与DP-QPSK调制一起使用的发射器和接收器。
图3比较了12b-24D-GCHC、DP-BPSK/QPSK、PS-QPSK和12b-24D Leech网格的噪声灵敏度(以dB为单位)的加性白高斯噪声(AWGN)信道上的比特误码率(BER)性能。令人惊奇的是一个意想不到的结果，相比DP-BPSK/QPSK，噪声灵敏度在10-3的BER处减小了3dB，在10-3的BER处减小了1.5dB。这相比PS-QPSK是极其有利的，PS-QPSK是在渐进功率效率方面最佳的4D格式，其在10-3的BER处具有超出DP-QPSK 1dB的增益，并且在10-2的BER处具有0.6dB的增益。此外，相比基于Leech网格(24D中已知最密的网格)的球形切割的12比特24D星座图，12b-24D-GCHC具有优越的性能。12b-24D Leech相比于DP-QPSK的性能增益在10-3的BER处为2.8dB，在10-2的BER处为1.6dB。这意味着，针对这样的高维调制的标记和填充的优化是困难的，我们的具有线性代码的超立方体网格可以解决其困难。
图4示出了在具有95％的每跨度内联(inline)色散补偿的情况下，具有10-3的目标BER的50跨度传输链路的跨度损耗预算，并且图5为无内联色散补偿的情况。
使用单奇偶校验编码的超立方体的8D调制
另一个实施方式使用单一的奇偶检验码，以增加8D超立方体网格调制的汉明距离。通过分组编码器将7比特数据编码，以生成8比特编码字。每维度通过BPSK调制各个比特，并然后将8维BPSK映射到4D光载波。解码器过程与前述实施方式相同。8D调制的好处是在编码器和解码器二者中都较低的复杂度。
使用准完备分组码的高维超立方体网格调制
另一个实施方式使用准完备分组码，其针对目标数据率和维度提供了超立方体网格上的最大可能的汉明距离。准完备分组码包括线性和非线性码，或准完备码的组合。使用超立方体网格，汉明距离的增加可导致欧几里得距离的增加。高维网格调制可实现针对经受线性和非线性噪声的信号的更好的解码。
在另选实施方式中，我们使用最密的超球网格将星座图映射到4D光载波。分组码通过贪婪(greedy)球形切割被设计成在高维晶格点上顺序地选择最接近的点。
将高维网格星座图映射到光载波上
为了映射高维网格星座图，可以使用图6A所示的方法外的其它映射方法。作为其它实施方式，图6B和图6C中示出了示例映射。图6B具有的好处是，每个偏振信号都成为独立的，并因此，更有效地抵抗不期望的偏振偏度(skewness)。图6C的优点在于无需精确的4D信号发生器。
在另一个实施方式中，诸如不同的频域子载波、波长、不同的纤芯和空间模式的其它正交基可被用于映射多维星座图。星座图可表示按照诸如正交幅度调制(QAM)和相移键控(PSK)的调制方案调制的数据。星座图将数据表示为采样时刻处复平面中的多维散布图。
具有12个空间和偏振模式的24D信道上的光通信的空分复用也适用于24D的格雷码调制。该优选实施方式中，我们适时使用包括六个连续4D符号的24D基底。其它可能的映射在线性领域具有类似的性能。
标记优化以最小化BER
尽管无法确保最小化BER，但分组编码网格调制可以最大化多个比特上的最小欧几里得距离。在本发明中，成对错误概率矩阵的特征值分解被用于在目标信噪比(SNR)最小化BER的联合界。该方法首先确定所有可能的网格星座图之间的成对错误概率。使用曲线频谱技术，只有少数主导特征向量可以通过非负矩阵(即，成对错误概率表)的特征值分解来获得。该特征向量可以按照其符号来分割比特标记。在本征集分割后，模拟退火(SA)被用于提炼标记以最小化BER。
针对高维网格调制的FEC优化
本发明的方法针对不同的调制使用不同的FEC码。使用LDPC码的外部信息转移(EXIT)图分析，可针对不同的高维调制来优化边度分布(edge distribution)。本发明使用用于实际有限的迭代解码的交互信息轨迹，而不是常规地拟合EXIT曲线。在一个实施方式中，FEC码可具有与诸如BCH和Reed-Solomon(RS)码的另一个代数码级联的LDPC码。LDPC优化直接考虑代数码的纠错能力来设计度分布(degree distribution)。这种改变可通过排除在高SNR领域处的EXIT曲线收敛的约束来增强性能。
为了进一步提高性能，一个实施方式从FEC编码器将软判决信息135反馈至短分组编码调制解码器。该turbo迭代可以减少剩余的错误，尽管可能增加复杂性。

Claims (19)

1.一种对数据进行调制以进行光通信的方法，该方法包括：
使用前向纠错FEC编码器对所述数据进行编码以产生编码数据；
使用分组编码器对所述编码数据进行编码以产生分组编码数据，使得表示所述分组编码数据的星座点之间的汉明距离增大，其中，所述分组编码器将码字分配给所述星座点；
按照使得所述星座点之间的欧几里得距离增大的方式映射所述分组编码数据以产生映射数据；以及
在发射器中将所述映射数据调制成用于光信道的调制信号，
其中，所述信号通过四维(4D)光信道传输，其中，同相、正交相位、偏振以及时间是正交维度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分组编码器使用准完备码。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述准完备码是从由线性码、非线性码、用于24维超立方体的扩展格雷码、用于8维超立方体网格的单奇偶校验码以及它们的组合构成的组中选择的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分组编码器使用按照用于超球网格的贪婪球形切割设计的非线性码。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述映射使用包括偏振、相位、时间、频率、波长、空间模式以及纤芯的多个正交基的任意组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调制包括基于最密的高维网格填充的超立方体网格或超球网格。
7.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：
在接收器中对所述调制信号进行解调、解映射、分组解码以及FEC解码以恢复所述数据。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述分组解码使用最大似然判决或最大后验判决，以向所述FEC解码馈送软判决信息。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述解码基于相关度量计算、置信传播或球形解码。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，来自所述FEC解码的软判决信息被用于细化所述分组解码。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述FEC编码器使用低密度奇偶校验LDPC码、重复累积码或turbo码作为容量逼近型纠错码。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述LDPC码使用具有交互信息轨迹的高维网格调制的外部信息转移EXIT图分析。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，FEC码使用低密度奇偶校验LDPC码和代数码的级联。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述代数码是Reed-Solomon码、Reed-Muller码或Bose-Chaudhuri-Hocquenghem码。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述汉明距离与立方网格上的所述欧几里得距离的平方成线性正比。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述立方网格是所述网格的各个维度上的二进制相移键控BPSK的基本星座图。
17.一种对数据进行调制以进行光通信的系统，该系统包括：
前向纠错FEC编码器，该FEC编码器被配置成从所述数据产生编码数据；
分组编码器，该分组编码器被配置成产生分组编码数据，使得表示所述分组编码数据的星座点之间的汉明距离增大，其中，所述分组编码器将码字分配给所述星座点；
映射器，该映射器被配置成按照使得所述星座点之间的欧几里得距离增大的方式从所述分组编码数据产生映射数据；
发射器，该发射器被配置成将所述映射数据调制成用于光信道的调制信号，
其中，所述信号通过四维(4D)光信道传输，其中，同相、正交相位、偏振以及时间是正交维度。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述光信道包括相干光纤、非相干光纤或自由空间光波介质。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，从由密集波分复用WDM、多模式空间复用、多芯空间复用、子载波信令、单载波信令以及它们的组合构成的组中选择传输。
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2819327B1 (en) * 2013-06-28 2018-04-11 Alcatel Lucent Method of optical data transmission using polarization division multiplexing and QPSK
US9621275B2 (en) * 2014-07-01 2017-04-11 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Method for generating constant modulus multi-dimensional modulations for coherent optical communications
US20160036561A1 (en) * 2014-07-29 2016-02-04 MagnaCom Ltd. Orthogonal Frequency Division Multiplexing Based Communications Over Nonlinear Channels
US20160065329A1 (en) * 2014-08-27 2016-03-03 MagnaCom Ltd. Single carrier communications harnessing nonlinearity
JP6492774B2 (ja) * 2015-03-03 2019-04-03 富士通株式会社 光伝送システム、光伝送装置、及び伝送方法
US9749089B2 (en) * 2015-11-04 2017-08-29 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Fast log-likelihood ratio (LLR) computation for decoding high-order and high-dimensional modulation schemes
US9654253B1 (en) * 2015-12-21 2017-05-16 Inphi Corporation Apparatus and method for communicating data over an optical channel
US10135221B2 (en) * 2016-09-06 2018-11-20 Tyco Electronics Subsea Communications Llc Spatial division multiplexed optical communication systems and amplifiers for the same
WO2018058576A1 (zh) * 2016-09-30 2018-04-05 华为技术有限公司 一种数据调制方法以及编码器
EP3523905A1 (en) 2016-10-07 2019-08-14 IDAC Holdings, Inc. Rate matching and harq with irregular modulation
CN109792297B (zh) * 2016-10-18 2022-04-19 日本电信电话株式会社 编码装置和解码装置
CN110169027B (zh) * 2016-12-22 2022-04-01 慕尼黑工业大学 转换或再转换数据信号方法、数据发送和接收方法和系统
CN107181531B (zh) * 2017-05-22 2019-05-07 南京邮电大学 光空间调制通信系统中led个数任意时的比特映射方法
CN109428649B (zh) 2017-09-01 2021-07-16 华为技术有限公司 光信号传输系统及光信号传输方法
CN107566926B (zh) * 2017-09-21 2019-08-13 烽火通信科技股份有限公司 一种光传输网络规划中分配中继资源的计算方法
CN107682020B (zh) * 2017-10-26 2020-09-04 北京邮电大学 一种基于Turbo码的编码、解码方法及装置
CN107896206B (zh) * 2017-11-10 2019-09-24 中国地质大学（武汉） 基于四维信号插入降低ofdm系统峰均功率比的方法及系统
CN108173760B (zh) * 2017-12-22 2020-11-20 北京工业大学 一种基于改进模拟退火算法的片上网络映射方法
US10511388B1 (en) * 2018-08-10 2019-12-17 Fujitsu Limited Reducing variance in reach of WDM channels in an optical network
JP7193715B2 (ja) 2018-11-08 2022-12-21 日本電信電話株式会社 光伝送システム
US10965371B2 (en) * 2019-04-12 2021-03-30 Huawei Technologies Co., Ltd. Optical performance monitoring based on fast bit error rate (BER) statistics
CN110176962B (zh) * 2019-05-17 2020-08-14 北京邮电大学 基于tcm-概率成形的光信号处理方法及装置
CN112448769A (zh) * 2019-09-03 2021-03-05 中兴通讯股份有限公司 基于高维调制的光通信方法、系统及存储介质
JP7332873B2 (ja) 2019-09-10 2023-08-24 富士通株式会社 符号化回路、復号化回路、符号化方法、復号化方法、伝送装置、及び光伝送システム
CN112202501A (zh) * 2020-09-11 2021-01-08 同济大学 基于信道编码器和信道非线性补偿器的高速光通信系统
CN112532322B (zh) * 2020-11-23 2022-05-17 同济大学 一种基于信道编码和二次vnle的im-dd光通信系统
CN112491478B (zh) * 2020-11-27 2022-09-09 同济大学 一种基于信道编码和非线性傅里叶变换的im-dd光通信系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1645752A (zh) * 2005-01-21 2005-07-27 清华大学 一种Turbo码与多维调制级联的系统编译码方案
US7003716B2 (en) * 2002-12-26 2006-02-21 Zydas Technology Corp. Method and apparatus for using multi-dimensional trellis codes over multi-path channels
CN103107858A (zh) * 2011-11-15 2013-05-15 中国科学院研究生院 可变长符号级联合信源信道与多维调制的编译码方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3409777B2 (ja) * 2000-06-27 2003-05-26 独立行政法人通信総合研究所 伝送速度の可変な符号化変調復調方法
CN101068138B (zh) * 2001-02-21 2015-07-01 松下电器（美国）知识产权公司 使用信号星座重排的混合自动请求重发的方法
GB2396786B (en) 2002-12-27 2005-12-21 Phyworks Ltd Fibre optic communications
US7221714B2 (en) * 2003-05-12 2007-05-22 Broadcom Corporation Non-systematic and non-linear PC-TCM (Parallel Concatenate Trellis Coded Modulation)
ATE553580T1 (de) * 2005-07-26 2012-04-15 Panasonic Corp Bitbetriebene umordnungs-diversität für aico- abbildung
US7844879B2 (en) * 2006-01-20 2010-11-30 Marvell World Trade Ltd. Method and system for error correction in flash memory
US20090135946A1 (en) * 2007-11-26 2009-05-28 Eric Morgan Dowling Tiled-building-block trellis decoders
US8532209B2 (en) * 2010-11-24 2013-09-10 Trellis Phase Communications, Lp Methods, apparatus, and systems for coding with constrained interleaving
US20120141138A1 (en) 2010-12-03 2012-06-07 Wuhan Research Institute Of Posts And Telecommunications System, Devices and Methods for Subcarrier Recovery at Local Oscillator Frequency in Optical OFDM System
US8719656B2 (en) 2011-04-11 2014-05-06 Nec Laboratories America, Inc. Four-dimensional non-binary LDPC-coded modulation schemes for ultra high-speed optical fiber communication
EP2525496A1 (en) * 2011-05-18 2012-11-21 Panasonic Corporation Bit-interleaved coding and modulation (BICM) with quasi-cyclic LDPC codes
US8775892B2 (en) * 2012-08-31 2014-07-08 Tyco Electronics Subsea Communications Llc System and method including modified bit-interleaved coded modulation with fractional secondary coding

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7003716B2 (en) * 2002-12-26 2006-02-21 Zydas Technology Corp. Method and apparatus for using multi-dimensional trellis codes over multi-path channels
CN1645752A (zh) * 2005-01-21 2005-07-27 清华大学 一种Turbo码与多维调制级联的系统编译码方案
CN103107858A (zh) * 2011-11-15 2013-05-15 中国科学院研究生院 可变长符号级联合信源信道与多维调制的编译码方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MULTI-DIMENTIONAL MAPPINGS OF M-ARY CONSTELLATIONS FOR BICM-ID SYSTEMS;Nghi H.Tran and Ha H.Nguyen;《CCECE/CCGEI》;20050531;全文
Trellis-Coded Quadrature Amplitude Modulation with 2N-Dimensional Constellations for Mobile Radio Channels;Corneliu Eugen D.Sterian;《IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY》;19990930;全文
用模拟退火算法筛选光码分多址混沌码字;尹宵丽 等;《北京邮电大学学报》;20110228;全文

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