CN111669343A

CN111669343A - 概率性幅度整形

Info

Publication number: CN111669343A
Application number: CN202010157482.7A
Authority: CN
Inventors: L·G·拉泽蒂; C·科斯坦蒂尼; G·加维奥利; S·考比安科
Original assignee: Nokia Networks Oy
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2040-03-09
Also published as: EP3706379A1; CN111669343B; US11082266B2; US20200287756A1

Abstract

本发明涉及概率性幅度整形。一种装置，包括：电路系统，该电路系统被配置为响应于接收到输入数据，将星座的符号流传输给调制器以用于到载波上的调制，其中在流中符号的出现频率取决于星座的符号的概率性幅度分布，其中概率性幅度分布具有小于目标值的峰度，并且概率性幅度分布的形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在所述流中出现得更频繁。

Description

概率性幅度整形

技术领域

本公开的实施例涉及概率性幅度整形。一些实施例涉及被配置用于在接收器处进行盲均衡的概率性幅度整形。

背景技术

加性高斯白噪声(AWGN)信道的容量可以通过香农-哈特利定理来建模：

C＝B.log₂(1+S/N)

其中

C是以比特/秒为单位的最大容量，即，香农容量限制

B是以Hz为单位的带宽

S是以W为单位的信号功率

N是以W为单位的加性高斯白噪声。

比率S/N是信噪比。

当将经过概率性幅度整形的星座的符号流被传输到调制器以用于调制到载波上时，达到香农容量。在概率性幅度整形中，符号在流中的出现频率取决于星座的符号的概率性幅度分布。概率性幅度分布是高斯分布或接近高斯分布，以最大化容量。概率性幅度分布的形状使低幅度符号平均比高幅度符号在流中出现得更频繁。在高信噪比下，与等可能性幅度相比，可以通过对概率性幅度分布进行整形来获得显著的增益。

发明内容

根据各个、但不一定是所有实施例，提供了一种装置，包括：

电路系统，该电路系统被配置用于，响应于接收到输入数据，将星座的符号流传输给调制器以用于到载波上的调制，其中

在流中符号的出现频率取决于星座的符号的概率性幅度分布，其中概率性幅度分布具有小于目标值的峰度，并且概率性幅度分布的形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁。

在一些、但不一定是在所有示例中，针对提高用于输入数据的数据速率，星座的传输的符号流具有概率性幅度分布，该概率性幅度分布具有恒定或增加的峰度。

在一些、但不一定是在所有示例中，针对64QAM的目标值是1.8。

在一些、但不一定是在所有示例中，目标值是可编程的目标值。

在一些、但不一定是在所有示例中，概率性幅度分布受到具有适应于盲均衡的峰度的峰度约束。

在一些、但不一定是在所有示例中，电路系统包括：

概率性幅度整形符号源电路，该概率性幅度整形符号源电路被配置为，响应于接收到输入数据，产生星座的第一符号流以用于调制，其中在第一流中符号的出现频率取决于针对星座的符号的概率性幅度分布，其中概率性幅度分布是使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁的概率性幅度分布；以及

星座重映射器电路，该星座重映射器电路配置为，响应于接收到第一符号流，将第一符号流映射到星座的第二符号流以用于调制，并且产生第二符号流，其中第二符号流具有比第一符号流更低的峰度。

在一些、但不一定是在所有示例中，该星座重映射器电路配置为，响应于接收到第一符号流，将第一符号流的N个符号的每个非重叠组映射到星座的第二符号流的N个符号的非重叠组以用于调制，其中N大于或等于2。

在一些、但不一定是在所有示例中，星座重映射器电路被配置为控制符号组的统计数据，而不是独立地设置每个符号的统计数据。

在一些、但不一定是在所有示例中，星座重映射器电路包括一个或多个查找表，该查找表用以将第一符号流映射到星座的第二符号流以用于调制。

在一些、但不一定是在所有示例中，概率性幅度整形符号源电路被配置为针对第一符号流分别定义符号的、对所述符号的幅度进行编码的每个比特，每个二进制比特排列具有不同的概率。

在一些、但不一定是在所有示例中，概率性幅度整形符号源电路配置为对不同的极化和/或对不同的实符号和虚符号和/或对不同的奇符号和偶符号独立地进行概率性幅度整形。

在一些示例中，但不一定是在所有示例中，概率性幅度整形符号电路被配置为将正交幅度值与调制符号分开，以对每个正交幅度值独立地执行概率性幅度整形，以创建经正交概率性幅度整形的幅度值，并且重新组合经正交概率性幅度整形的幅度值，以创建经概率性幅度整形的调制符号。

在一些、但不一定是在所有示例中，装置以一个或多个专用电路来体现。

根据各个、但不一定是所有实施例，提供了一种光通信系统，该光通信系统包括：

发射器，该发射器包括根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，发射器被配置为传输载波，星座的符号流已经被调制到该载波上；以及

接收器，包括：

电路系统，该电路系统被配置为，响应于接收到载波，解调载波以获得星座的符号流，并且使用用于星座的符号的概率性幅度分布来获得对输入数据的估计

其中接收器包括：

用于执行盲均衡以产生信号流的部件

反向星座重映射器，该反向星座重映射器被配置为，响应于接收到星座的符号流，将符号流映射到星座的不同的符号流，其中不同的符号流具有比符号流更高的峰度。

根据各个、但不一定是所有实施例，提供了一种对装置进行编程的方法，包括：

执行约束优化，为星座的符号创建多个输入符号到多个输出符号的映射，其中输出符号具有概率性幅度分布，该概率性幅度分布最大化信道容量，同时将符号峰度约束在目标值以下；以及

利用映射对装置中的查找表进行编码。

根据各个、但不一定是所有实施例，提供了一种装置，该装置包括

概率性幅度整形符号源，该概率性幅度整形符号源被配置为，响应于接收到输入数据，产生星座的第一符号流以用于调制，其中在第一流中符号的出现频率取决于星座的符号的概率性幅度分布，其中概率性幅度分布是使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁的概率性幅度分布；

星座重映射器，该星座重映射器被配置为响应于接收到第一符号流，将第一符号流映射到星座的第二符号流以用于调制，并且产生第二符号流，其中第二符号流具有比第一符号流更低的峰度。

星座映射器，该星座映射器被配置为，响应于接收到输入数据，将星座的符号流传输给调制器以用于到载波上的调制，其中，

在流中符号的出现频率取决于星座的符号的概率性幅度分布，其中概率性幅度分布受具有适应于盲均衡的峰度的峰度约束，并且概率性幅度分布的形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁。

电路系统，

该电路系统被配置为，响应于以第一数据速率接收到输入数据，将星座的符号流传输给调制器以用于大载波上的调制，其中，

在流中符号的出现频率取决于星座的符号的第一概率性幅度分布，其中第一概率性幅度分布具有第一峰度，并且第一概率性幅度分布的形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁；

该电路系统被配置为，响应于以高于第一数据速率的第二数据速率接收到输入数据，将星座的符号流传输给调制器以用于到载波上的调制，其中，

在流中符号的出现频率取决于针对星座的符号的不相同的第二概率性幅度分布，其中第二概率性幅度分布具有小于第一峰度的不同的第二峰度，并且第二概率性幅度分布的形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁；以及

该电路系统被配置为，响应于以高于第二数据速率的第三数据速率接收到输入数据，将星座的符号流传输给调制器以用于到载波上的调制，其中，

符号在流中的出现频率取决于针对星座的符号的不相同的第三概率性幅度分布，其中第三概率性幅度分布具有小于第一峰度并且大于第二峰度的、不相同的第三峰度，并且第三概率性幅度分布的形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁。

根据各个、但不一定是所有实施例，提供了一种方法，该方法包括

通过将输入数据流映射到星座的第一符号流来引起概率性幅度整形，使得第一流具有较低能量的符号，该较低能量的符号具有比其他符号更多的可能性；以及

对第一符号流进行重映射，以产生相同星座的第二符号流，使得第二流具有比第一流的概率分布更低的峰度的符号的概率分布。

数字映射器，该数字映射器响应于输入数据流是随机的或伪随机的，通过将输入数据流映射到星座的第一符号流来引起概率性幅度整形，使得第一流具有比其他符号更可能的低能量符号；以及

数字重映射器，该数字重映射器用以响应于输入数据流是随机的或伪随机的，将第一符号流映射到相同星座的第二符号流中，使得第二流具有比第一流更低的峰度的符号的概率分布。

产生星座的第一符号流以用于调制，其中在第一流中符号的出现频率取决于星座的符号的概率性幅度分布，其中概率性幅度分布是使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁的概率性幅度分布；

将第一符号流重映射到星座的第二符号流以用于调制，并且产生第二符号流，其中第二符号流具有比第一符号流更低的峰度。

根据各个实施例，但不一定是所有实施例，提供了所附权利要求中所要求的示例。

附图说明

现在参照附图描述一些示例实施例，在附图中：

图1示出了本文所描述的主题的示例实施例；

图2示出了本文所描述的主题的另一示例实施例；

图3A示出了本文所描述的主题的另一示例实施例；

图3B示出了本文所描述的主题的另一示例实施例；

图3C示出了本文所描述的主题的另一示例实施例；

图3D示出了本文所描述的主题的另一示例实施例；

图4A示出了本文所描述的主题的另一示例实施例；

图4B示出了本文所描述的主题的另一示例实施例；

图4C示出了本文所描述的主题的另一示例实施例；

图4D示出了本文所描述的主题的另一示例实施例；

图5示出了本文所描述的主题的另一示例实施例；

图6示出了本文所描述的主题的另一示例实施例。

具体实施方式

图1图示了通信系统100的示例。在该示例中，系统100是光通信系统。在一些、但不一定是在所有示例中，它是高速相干光通信系统。在该上下文中，高速意味着＞100Gb/s或在某些情况下＞1Tb/s的信息速率。

发射器110被配置为通过光信道102将经调制的载波信号101传输给接收器120。符号流已经被调制器118调制到载波信号上，以形成经调制的载波信号101。

在该示例中，正交幅度调制被用于对载波信号进行调制。在正交幅度调制(QAM)中，N个二进制比特的有序组被转换为相移和幅度的唯一组合。该唯一组合可以表示为阿甘特图(Argand diagram)中的点(X,Y)。星座图是表示位置的阿甘特图，该位置是每个调制符号的星座点(X,Y)。给定调制的M个符号的集合是调制字母表，其中，M＝2^N。特定字母表M被用于M-QAM调制，并且其定义了M个不同点的星座，每个点都表示符号。调制器118将星座的符号流调制到载波信号上。

发射器110包括概率性幅度整形(PAS)符号源电路112。这种电路接收比特111的序列并且产生调制符号113的序列。产生的符号113具有概率性幅度整形。产生的符号是具有多个不同幅度的多级符号。PAS符号源电路112从调制符号字母表执行调制符号的概率性选择。具有较高幅度的星座点被选择的频率比具有较低幅度的星座点更低。在PAS符号源电路112所产生的符号流113中符号的出现频率取决于星座的符号的概率性幅度分布。概率性幅度分布是或接近高斯分布，以最大化容量。概率性幅度分布的形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流113中出现得更频繁。在高信噪比下，与等概率幅度相比，可以通过对概率性幅度分布进行这种整形来获得显著的增益。

将PAS符号源电路112所产生的符号流113提供给星座重映射器电路114。星座重映射器电路114被配置为接收具有相关联的第一概率性幅度分布的星座的符号流113，并且针对具有相关联的第二概率性幅度分布的相同星座产生输出符号流115，该第二概率性幅度分布与第一概率性幅度分布不同。星座重映射器电路114改变与符号流相关联的概率性幅度分布的统计数据。星座重映射器电路114被配置为降低概率性幅度分布的峰度，该概率性幅度分布的峰度确定符号在符号流中的出现频率。

在该示例、但不一定是在所有示例中，来自星座重映射器114的符号流115使用前向纠错(FEC)编码器116而被信道编码。然后，经信道编码的符号被提供给调制器电路118，再然后被调制到载波上，以产生通过光信道102传输的调制载波信号101。

在一些示例中，光信道102可以是在短距离或长距离内行进的光纤。例如，它可以在数据中心中跨越几米的距离或在跨大西洋的海底电缆中跨越数千公里。

接收器120被配置为对发射器的编码阶段进行反转，并且恢复由发射器110编码的原始比特111的估计129。

经调制的载波信号101在接收器120处被接收，并且由解调器122解调，以恢复经编码的调制符号。经编码的调制符号然后由信道解码器(例如，FEC解码器124)解码，以产生对传输的调制符号的估计(在重映射之后)。逆重映射器电路126使应用于星座重映射电路114的映射反转，并且PAS符号接收器电路128执行由PAS符号源电路112所执行的逆过程。

响应于接收到星座的符号流，反向星座重映射器电路126被配置为将符号流映射到星座的不同的符号流，其中不同的符号流可以具有比符号流更高的峰度。

信道编码器116是系统的，因为信息比特通过编码而保持不变。FEC编码器116只增加校验比特。因此，FEC编码不会对与传输的符号相关联的概率性幅度分布的峰度产生影响。这是事实，因为校验比特是等概率的(1和0的等概率)并且它们会变成星座的符号(或象限选择)比特。

因此，将从上文理解，图1图示了装置110，该装置包括：概率性幅度整形符号源电路112，该概率性幅度整形符号源电路被配置为，响应于接收到输入数据111，产生星座的符号流以用于调制，其中在第一符号流113中符号的出现频率取决于星座的符号的概率性幅度分布，其中概率性幅度分布是使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁的概率性幅度分布；以及星座重映射器电路，该星座重映射器电路被配置为，响应于接收到第一符号流113，将第一符号流113映射到星座的第二符号流115以用于调制，并且产生第二符号流115，其中第二符号流115具有比第一符号流113更低的峰度。

系统100是光通信系统，该光通信系统包括：发射器110，该发射器110被配置为传输调制载波信号101，星座的符号流已经被调制到该调制载波信号101上；以及接收器，该接收器包括：解调制电路系统122，该解调制电路系统122被配置为响应于接收到调制载波信号101，解调经调制的载波信号，以获得星座的符号流123，并且使用星座的符号的概率性幅度分布来获得对输入数据111的估计129。接收器120包括：电路系统122，该电路系统122被配置为执行盲均衡，以产生符号流123；FEC解码器124，该FEC解码器124用以产生对传输的调制符号125的估计；反向星座重映射器电路126，该反向星座重映射器电路126被配置为，响应于接收到星座的符号流125，将符号流125映射到星座的不同的符号流127，其中不同的符号流127可以具有比原始符号流125更高的峰度。接收器120还包括电路系统128，该电路系统128用于从符号流127中恢复估计的数据比特129，这些估计的数据比特129估计输入数据比特111。

信道解调器122执行盲均衡。在盲均衡中，传输的信号是从接收到的信号推断(均衡)出来的。在该示例中，但不一定是在所有示例中，解调器电路122使用最小均方(LMS)滤波器来执行盲自适应信号均衡。LMS滤波器补偿光信道102中的时变线性失真，并且均衡信道频率响应。它执行随机梯度下降，例如，使用恒模算法(CMA)。恒模算法使用二阶代价函数，该二阶代价函数包括输入信号和输出信号的互相关。发明者已经认识到，如果输入信号来自具有概率性幅度形状星座的符号，则这种互相关可能很小。当符号在流中的出现频率取决于星座的符号的概率性幅度分布(该概率性幅度分布是或接近高斯分布)时，这是很有问题的。

例如，PAS信号源电路112可以使用高斯或准高斯概率性幅度分布以用于产生符号流113。星座重映射器电路114降低概率性幅度分布的峰度，从而提高信道解调器122中的盲均衡性能。

峰度是概率分布的“尾度(tailedness)”的量度。峰度的标准量度是四阶标准矩。四阶标准矩是四阶矩的规范版本，其中四阶矩已经除以标准偏差的四次幂，该标准偏差表示标准缩放变量。中心矩是关于变量的平均值的变量的概率分布的矩。它是变量与平均值的偏差的指定幂的期望值。四阶中心矩使用指定幂4。因此，峰度可以定义为μ₄/σ⁴，其中，μ₄是四阶中心矩，并且σ是标准偏差。

概率性幅度整形符号源电路112被配置为，响应于接收到输入数据111，产生星座的第一符号流113以用于调制，其中在第一流中符号的出现频率取决于星座的符号的概率性幅度分布P，其中概率性幅度分布P是使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁的概率性幅度分布。

PAS符号源电路112可以配置为以许多不同的方式操作，以产生星座的符号流113，其中在流113中符号的出现频率取决于星座的符号的概率性幅度分布，并且概率性幅度分布的形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁。

例如，PAS符号源电路112可以例如使用壳映射(shell mapping)算法或包括多级分布匹配器或二进制分布匹配器的组合。

存在用于分布匹配和逆分布匹配的若干算法。分布匹配算法是唯一可逆的，这意味着它从接收到的信息序列中获取原始信息序列。

对于M-QAM调制，例如，64-QAM，调制具有大小为M的字母表以及N个符号比特的符号码字大小，其中，M＝2^N，N＝log₂(M)。码字是N个二进制符号比特的序列。

在一些示例中，例如，如图2所示，幅度分布匹配器140被用于分别定义符号的每个比特，该比特编码符号的幅度。定义符号的不同幅度的每个符号比特排列具有不同的概率。例如，幅度分布匹配器140可以用于产生具有目标高斯概率密度函数的概率性幅度整形(PAS)符号。

N个数据比特的序列从大小为M的字母表产生大小为N的符号，该符号具有期望概率分布。PAS符号源电路112执行数据比特111到符号113的映射。

在一些示例中，但不一定是在所有示例中，PAS符号源电路112配置为将N个符号比特的符号分成定义阿甘特图的象限的一对符号比特以及定义阿甘特图中的位置(X，Y)的N-2个符号比特的序列。X是符号的实分量，并且Y是符号的虚分量。

N-2个符号比特包括定义多级幅度X的N/2-1个符号比特和定义多级幅度Y的N/2-1个符号比特。多级幅度X是在x方向上由N/2-1个比特的X的代码定义的幅度移比特键。多级幅度Y是在y方向上由N/2-1个比特的Y的代码定义的幅度移比特键，该y方向正交于x方向。

幅度分布匹配器140单独地控制定义多级幅度X的N/2-1个符号比特的组合的概率分布Px，从而创建定义多级幅度X的N/2-1个符号比特的形状组合。这将X的代码转换为X的形状代码。

幅度分布匹配器140单独控制用于定义多级幅度Y的N/2-1个符号比特的组合的概率分布Py，从而创建定义多级幅度Y的N/2-1个符号比特的经整形组合。这将Y的代码转换为Y的经整形代码。

图2所示的幅度分布匹配器140使用N/2-1个二进制分布匹配器142。每个二进制分布匹配器142控制针对定义多级幅度(A，例如，X或Y)的N/2-1个符号比特中的一个符号比特的概率。例如，第一二进制分布匹配器142所产生的第一个比特A(1)将是具有概率p1的1和具有概率(1-p1)的0，并且第二二进制分布匹配器所产生的第二个比特A(2)产生具有概率p2的1、具有概率(1-p2)的0。

第一比特A(1)和第二比特A(2)定义已经在一维空间中经过概率性幅度整形的多级幅度A的代码A(1)A(2)。

要理解，对A＝X和A＝Y执行上述过程，以产生已经在第一维度(x)中经过概率性幅度整形的多级幅度X的形状代码以及已经在第二维度(y)中经过概率性幅度整形的多级幅度Y的形状代码。

在(N个符号比特的)原始符号中，N/2-1个比特的X的代码被N/2-1个比特的X的形状代码代替，并且N/2-1个比特的Y的代码被N/2-1个比特的Y的形状代码代替。这产生了N个符号比特的形状符号。因此，2个象限比特与N/2-1个符号比特的X的形状代码和N/2-1个符号比特的Y的形状代码组合(保持不变)，以产生N个符号比特的概率性幅度形状符号。

因此，要理解，概率性幅度整形符号电路112可以被配置为将正交幅度值(X，Y)与调制符号分开，以独立地对每个正交幅度值(X，Y)执行概率性幅度整形，从而创建正交概率性幅度形状幅度值，并且重新组合经正交概率性幅度整形的幅度值，以创建经概率性幅度整形的调制符号。

概率性幅度分布Px具有形状，该形状使低X符号在平均上比高X符号在流中出现得更频繁。它可以是或可以接近高斯分布。

概率性幅度分布Py具有形状，该形状使低Y符号在平均上比高Y符号在流中出现得更频繁。它可以是或可以接近高斯分布。

总体概率性幅度分布具有形状，该形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁。它可以是或可以接近高斯分布。

PAS符号源电路112可以使用硬件来实现，例如，作为专用电路。

PAS符号源电路112可以不使用运行算法，而是使用查找表来实现。

星座重映射器电路114被配置为，响应于接收到第一符号流113，将第一符号流113映射到星座的第二符号流115以用于调制。第二符号流115具有比第一符号流113更低的峰度。

例如，第一符号流113具有作为准高斯的相关联的概率性幅度分布，而第二符号流115具有修改的符号级统计数据，该修改的符号级统计数据具有较低的峰度。

在本示例中，但不一定是在所有示例中，星座重映射器电路114是Δ维重映射器，响应于接收到星座的第一符号流113，该Δ维重映射器配置针对将第一符号流113的Δ个符号的每个非重叠连续组映射到星座的第二符号流115的Δ个符号的非重叠连续组，其中N大于或等于2。

星座重映射器电路114被配置为控制符号组的统计数据，而不是独立地设置每个符号的统计数据。

多维映射器将一组Δ个符号映射到Δ个输出符号。存在M^Δ个符号组合，其中M是符号字母表大小。Δ越大，可用组合的数目便越大，并且符号统计数据的生成更准确。

星座重映射器电路114可以使用查找表(LUT)来实施。LUT是被输入地址索引的内存位置的块，以产生存储在索引位置中的值作为输出。

对于多维映射器，LUT具有M^Δ个位置，每个位置存储N个比特。输入符号113的N个符号比特标识特定星座M，并且寻找LUT中的特定位置，该位置返回输出符号115的N个符号比特。

LUT是预先计算和存储的。在一些示例中，LUT是可再编程的。再编程可以改变大小M^Δ。备选地或另外，再编程可以改变存储在M^Δ个索引位置中的每个索引位置中的值。

重映射可以引入由重映射器生成的奇偶符号之间的相关性。这种相关性是重映射已经被使用并且可以通过查看发射器输出处的奇偶符号的统计属性来跟踪的重要依据。

峰度随熵变化，该熵取决于信息(数据)速率。因此，每种支持的信息(数据)速率都有不同的LUT。

在一些示例中，概率性幅度整形符号源电路112和星座重映射器电路114可以组合成单电路，例如，专用集成电路。

在一些示例中，概率性幅度整形符号源电路112、星座重映射器电路114和信道编码器116可以组合成单电路，例如，专用集成电路。

在一些示例中，概率性幅度整形符号源电路112、星座重映射器电路114和调制器118(以及可选地信道编码器116)可以组合成单电路，例如，专用集成电路。

星座重映射器电路114被用于降低在容量上具有最小可能损失的所有符号的峰度。

约束优化用于创建星座重映射器电路114所使用的映射。优化旨在最大化容量，同时达到峰度的目标水平。

对多维映射的搜索使用一种算法，该算法设计为获得M^Δ个元素的可逆排列，该可逆排列在应用于输入的M个符号统计数据时，给出具有目标峰度和最小信息损失的新的M个符号统计数据。将大小为N*Δ(字母表大小M^Δ)的级联码字输入到映射将产生大小为N*Δ的输出级联码字。

这个问题可以归结为大离散搜索空间中的全局优化问题，该空间包括可逆排列的

个可能组合。存在近似可以用于此任务的全局优化的几种启发式/元启发式算法；例如，可以使用梯度下降或遗传算法。

在一个示例中，算法从初始M^Δ映射开始并且应用k个项的第一排列，随机生成新的候选映射。例如，对于k＝1的项，新的候选映射只与以前的映射不同。

然后，计算应用新的候选映射而生成的符号的统计数据。这包括计算排列之后的新的候选映射的峰度和容量。可以使用附加(或替代的)灵敏值，诸如，星座能源。

算法使用代价函数来计算单一的数值项，该数值项表示新的候选映射的‘质量’。代价函数具有候选映射的计算峰度和候选映射的计算容量作为变量输入参数。例如，代价函数可以是实际峰度与目标峰度之间的平方差和实际容量与最大或目标容量之间的差的加权组合。

如果候选映射比当前首选的候选映射更好(新的候选映射的质量值更高)，则候选映射成为当前优选的候选映射，否则它会被拒绝。

重复这些步骤，直到满足停止准则。当优选的排列符号展现出目标峰度和所需容量时，就会发生这种情况。

为了允许所需解决方案的算法搜索的更快的收敛，可以应用概率技术。在这种情况下，算法随机地选择接近当前解决方案的解决方案，测量其质量，然后基于两个概率中的一个决定转向此解决方案或坚持当前解决方案，在两者之间，它是基于新的解决方案比当前解决方案更好或更坏这一事实进行选择的。

可以使用具有符号和数字语言(例如，MATLAB)的计算机模拟来找到映射，该计算机模拟模仿整个传输链，包括噪音。在这种情况下，可以使用符号数学工具来估计统计数据。

因此，方法包括：

执行约束优化，针对星座的符号创建多个输入符号到多个输出符号的映射，其中输出符号具有概率性幅度分布，该概率性幅度分布最大化信道容量，同时将符号峰度约束在目标值以下；以及

用映射对装置中的查找表进行编码。

针对64QAM的目标峰度低于或等于1.8。

例如，峰度目标值可以是基于调制的字母表而被选择的并且被选择来改进接收器处的盲均衡。在一些示例中，概率性幅度分布受到峰度约束，具有适应于盲均衡的峰度，并且概率性幅度分布的形状使低幅度符号平均比高幅度符号在流中出现得更频繁。

将从上文理解，装置110包括电路系统112、114，该电路系统被配置为响应于接收到输入数据111，将星座的符号流115传输给调制器118以用于到载波上的调制，其中在流115中符号的出现频率取决于星座的符号的概率性幅度分布，其中概率性幅度分布具有小于目标值的峰度，并且概率性幅度分布的形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁。

如果数据比特111的速率是可变的，但是调制速率是固定的，则不同的数据速率将导致信道的信息速率不同。

可以通过改变概率性幅度分布P和使用相同的FEC代码速率(c)以不同的信息速率(数据速率)R(每个符号的信息比特数)进行传输

R＝H(P)-(1-c)*m

其中，H(P)是用数字比特表示的P的熵，并且m是每个QAM符号的比特数。

随着数据速率R的减小，熵减小，并且PAS符号源电路所提供的概率性幅度分布使递增的峰度变窄。随着数据速率R的增加，熵增加，并且PAS符号源电路所提供的概率性幅度分布使递增的峰度变宽。

峰度取决于PAS符号113的统计属性，诸如信号熵H，其也是分布匹配器信息速率R的函数。具体地，对于相同的星座类型，当信息速率和信号熵减小时，希望信号熵增大。峰度是分布匹配器以所选的信息速率工作的结果，因此，不能独立于信息速率而改变，除非使用星座重映射器电路114。

在一些示例中，例如，如图3A和图3B所示，装置110使用星座重映射电路114，不考虑数据速率。

在一个示例中，例如，如图3A所示，用于传输的符号流115具有概率性幅度分布，该概率性幅度分布具有小于PAS符号源电路112所输出的符号的概率性幅度分布的峰度并且小于目标峰度值的峰度。

在其他示例中，例如，如图3B所示，装置110使用星座重映射电路114，不考虑数据速率。在该示例中，用于传输的符号流115具有概率性幅度分布，该概率性幅度分布具有小于所有数据速率的目标峰度值的固定峰度。

在一些示例中，例如，如图3C和图3D所示，当PAS符号源电路112所输出的符号的概率性幅度分布大于目标峰度值时，装置110仅以较低的数据速率使用星座重映射电路114。

在一个示例中，例如，如图3C所示，低于第一数据速率R_O，用于传输的符号流115具有概率性幅度分布，该概率性幅度分布具有小于PAS符号源电路112所输出的符号的概率性幅度分布的峰度(虚线)并且小于目标峰度值的峰度。例如，峰度可以是在低数据速率下的峰度目标值，并且随着数据速率向第一数据速率增加而单调地减小。高于第一数据速率，不执行重映射，并且用于传输的符号流115是PAS符号源电路112所输出的符号，在这些数据速率下，该PAS符号源电路112具有峰度小于目标峰度值的概率性幅度分布。峰度随着数据速率增加超过第一数据速率而单调地减小。因此，峰度在第一数据速率之前单调地减小，在第一数据速率下重新设置，然后在第一数据速率之后继续单调地减小。

在另一个示例中，例如，如图3D所示，低于第一数据速率R_O，用于传输的符号流115具有概率性幅度分布，该概率性幅度分布具有小于由PAS符号源电路112输出的符号的概率性幅度分布的峰度(虚线)并且小于目标峰度值的固定峰度(平整实线)。高于第一数据速率，不执行重映射，并且用于传输的符号流115是PAS符号源电路112所输出的符号，在这些数据速率下，该PAS符号源电路112具有峰度小于目标峰度值的概率性幅度分布。峰度随着数据速率增加超过第一数据速率而单调地减小。因此，峰度在第一数据速率之前是固定的，在第一数据速率下重新设置，然后在第一数据速率之后继续单调地减小。

随着数据速率的增加而存在恒定的峰度(图3B、图3D)或峰度随数据速率的增加而逐步增加(图3C)是光通道102中可测量的现象。

因此，将理解，在至少一些示例中，装置110包括

电路系统114

该电路系统被配置为，响应于以第一数据速率接收到输入数据111，将星座的符号流115传输给调制器118以用于到载波上的调制，其中，

在流115中符号的出现频率取决于星座的符号的第一概率性幅度分布，其中，第一概率性幅度分布具有第一峰度，并且第一概率性幅度分布的形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁；

该电路系统被配置为，响应于以高于第一数据速率的第二数据速率接收到输入数据111，将星座的符号流传输给调制器以用于到载波上的调制，其中在流中符号的出现频率取决于星座的符号的不同的、第二概率性幅度分布，其中第二概率性幅度分布具有小于第一峰度的不同的第二峰度，并且第二概率性幅度分布的形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁；以及

响应于以高于第二数据速率的第三数据速率接收到输入数据，该电路系统配置为将星座的符号流传输给调制器，进行到载波上的调制，其中，符号在流中的出现频率取决于星座的符号的不同的第三概率性幅度分布，其中，第三概率性幅度分布具有小于第一峰度并且大于第二峰度的不同的第三峰度，并且第三概率性幅度分布的形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁。

下表规定用于将符号113转换为符号115的映射的示例。

在该示例中，Δ＝2，并且M＝64(N＝6)。对于X有四个幅度等级、两个比特，并且对于Y有四个幅度等级、两个比特。两个二进制分布匹配器用于X，一个用于每个比特。两个二进制分布匹配器用于Y，一个用于每个比特。数据速率是R＝4。对于代码速率c＝0.8，熵5.2b/s。

在该示例中，p1＝0.1561&p2＝0.4072。代码00、01、11、10的输入符号统计数据是0.25、0.17、0.046、0.031。峰度是1.96。

使用下表的重映射。

代码00、01、11、10的输出符号统计数据是0.22、0.19、0.057、0.025。峰度是1.78。

在一些示例中，概率性幅度整形符号电路112被配置为对符号的X幅度(符号的实部)和符号的Y幅度(符号的虚部)独立地执行概率性幅度整形。

在一些示例中，概率性幅度整形符号电路被配置为对不同的极化单独地执行概率性幅度整形。

图4A、图4B、图4C、图4D图示了之前描述的发射器装置110的各个示例。

传输链如图1所示，尽管在这些示例中没有信道FEC编码器116.。它也可以出现在其他示例中。

在这些示例中，概率性幅度整形符号源电路112由并联的多级分布匹配器140提供。

在这些示例中，星座重映射器114包括并联的重映射器LUT 150。

在图4A中，第一多级分布匹配器140和重映射器LUT 150产生符号流，该符号流用于产生复数的M-QAM符号的实符号(X幅度)。第二多级分布匹配器140和重映射器LUT 150产生符号流，该符号流用于产生复数的M-QAM符号的虚符号(Y幅度)。QAM调制器108将实(X幅度)符号比特流和虚(Y幅度)符号比特流(具有象限校验比特流)组合，形成M-QAM复杂符号流。

在图4B中，第一和第二多级分布匹配器140之间的划分不是在实数与虚数之间，而是在奇数与偶数之间。

在图4B中，第一多级分布匹配器140和重映射器LUT 150产生符号流。符号流中的偶符号用于产生复数的M-QAM符号的实符号(X幅度)。符号流中的奇符号用于产生复数的M-QAM符号的虚符号(Y幅度)。QAM调制器108将实(X幅度)符号比特流和虚(Y幅度)符号比特流(具有象限校验比特流)组合，形成M-QAM复杂符号流中的奇符号。

第二多级分布匹配器140和重映射器LUT 150产生符号流。符号流中的偶符号用于产生复数的M-QAM符号的实符号(X幅度)。符号流中的奇符号用于产生复数的M-QAM符号的虚符号(Y幅度)。QAM调制器108将实(X幅度)符号比特流和虚(Y幅度)符号比特流(具有象限校验比特流)组合，形成M-QAM复杂符号流中的偶符号。

在图4C中，第一多级分布匹配器140和重映射器LUT 150产生符号流。符号流中的偶符号用于产生用于第一极化的复数的偶M-QAM符号的偶实符号(X幅度)。符号流中的奇符号用于产生用于第二极化的复数的偶M-QAM符号的偶实符号(X幅度)。

第二多级分布匹配器140和重映射器LUT 150产生符号流。符号流中的偶符号被用于产生用于第二极化的复数的M-QAM符号的偶虚符号(Y幅度)。符号流中的奇符号用于产生用于第一极化的复数的偶M-QAM符号的偶虚符号(Y幅度)。

第三多级分布匹配器140和重映射器LUT 150产生符号流。符号流中的偶符号用于产生用于第二极化的复数的M-QAM符号的奇实符号(X幅度)。符号流中的奇符号用于产生用于第一极化的复数的M-QAM符号的奇实符号(X幅度)。

第四多级分布匹配器140和重映射器LUT 150产生符号流。符号流中的偶符号用于产生用于第一极化的复数的M-QAM符号的奇虚符号(Y幅度)。符号流中的奇符号用于产生用于第二极化的复数的M-QAM符号的奇虚符号(Y幅度)。

QAM调制器108将复数的奇偶符号组合成流。

图4D与图4C相似，不同之处在于，对于第二多级分布匹配器140和重映射器LUT150，符号流中的偶符号用于产生用于第一极化(而不是第二极化)的复数的M-QAM符号的奇实符号(X幅度)，并且符号流中的奇符号用于产生用于第二极化(而不是第一极化)的复数的M-QAM符号的奇实符号(X幅度)。

第四多级分布匹配器140和重映射器LUT 150产生符号流。符号流中的偶符号用于产生用于第二极化(而不是第一极化)的复数的奇M-QAM符号的奇虚符号(Y幅度)。符号流中的奇符号用于产生用于第一极化(而不是第二极化)的复数的M-QAM符号的奇虚符号(Y幅度)。

参照图4A和图4B，每个重映射器150都会产生奇符号流和偶符号流。因此，存在四种符号源，这些符号源可以按照任何顺序用于

复数的奇M-QAM符号流的实符号、复数的奇M-QAM符号流的虚符号、复数的偶M-QAM符号流的实符号、以及

复数的偶M-QAM符号流的虚符号。

参照图4C和图4D，每个重映射器150都会产生奇符号流和偶符号流。因此，存在八种符号源，这些符号源可以按照任何顺序被用于：

(用于第一极化和第二极化的)复数的偶M-QAM符号流的虚符号。

图5图示了控制器190的示例。控制器190的实施方式可以作为控制器电路系统。控制器190可以单独实施在硬件中，在包括固件的软件中单独具有某些方面或可以是硬件和软件(包括固件)的组合。

如图5所示，控制器190可以使用实现硬件功能性的硬件编码或软件编码指令来实施，例如，通过使用通用或专用处理器180中的计算机程序184的可执行指令，该计算机程序184可以存储在计算机可读存储介质(磁盘、存储器等)上，由这种处理器180执行。

处理器180配置为从存储器182读取或写入存储器182。处理器180也可以包括输出接口和输入接口，经由该输出接口，数据和/或命令由处理器180输出，经由该输入接口，数据和/或命令被输入到处理器180。

因此，装置110包括：

至少一个处理器180；以及

至少一个存储器182

该至少一个存储器182配置为利用至少一个处理器180使装置110至少执行：

响应于接收到输入数据，将星座的符号流传输给调制器以用于到载波上的调制，其中，

如图6所示，计算机程序184可以经由任何合适的传送机构186到达装置110。例如，传送机构186可以是机器可读介质、计算机可读介质、非暂时性计算机可读存储介质、计算机程序产品、内存设备、记录介质(诸如，光盘只读存储器(CD-ROM)或数字通用光盘(DVD))或固态存储器、包括或有形地体现了计算机程序184的制品。传送机构可以是配置为可靠地传输计算机程序184的信号。装置110可以传播或发送计算机程序184作为计算机数据信号。

用于使装置执行至少以下操作或用于执行至少以下操作的计算机程序指令：

符号在流中的出现频率取决于星座的符号的概率性幅度分布，其中概率性幅度分布具有小于目标值的峰度，并且概率性幅度分布的形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在流中出现得更频繁。

计算机程序指令可以包括在计算机程序、非瞬态计算机可读介质、计算机程序产品、机器可读介质中。在一些示例中，但不一定是在所有示例中，计算机程序指令可以分布在一个以上的计算机程序上。

虽然存储器182被图示为单一的组件/电路系统，但是它可以实施为一个或多个单独的组件/电路系统，它们中的一些或全部可以被集成/是可移动的，并且/或者可以提供永久/半永久/动态/缓存的存储。

虽然处理器180被图示为单一的组件/电路系统，但是它可以实施为一个或多个单独的组件/电路系统，它们中的一些或全部可以被集成/是可移动的。

对‘计算机可读存储介质’、‘计算机程序产品’、‘有形地体现的计算机程序’等或‘控制器’、‘计算机’、‘处理器’等的引用应被理解为包含专门的电路，诸如，现场可编程门阵列(FPGA)、专用电路(ASIC)、信号处理设备和其他处理电路系统。对计算机程序、指令、代码等的引用应被理解为包含可编程处理器的软件或固件，诸如，例如，硬件设备的可编程内容，无论是处理器的指令，还是固定功能设备、门阵列或可编程逻辑设备的配置设置等。

如本申请所使用的，术语“电路系统”可以指以下硬件电路系统中的一个或多个或全部：

(a)纯硬件电路系统实施方式(诸如，仅仅在模拟和/或数字电路系统中的实施方式)以及

(b)硬件电路和软件的组合，诸如(如果适用的话)：

(i)模拟和/或数字硬件电路(多个)与软件/固件的组合以及

(ii)具有软件(包括数字信号处理器(多个))的硬件处理器(多个)、软件和存储器(多个)的任何部分，它们一起工作使装置(诸如，移动电话或服务器)执行各种功能以及

(c)硬件电路(多个)和/或处理器(多个)，诸如，微处理器(多个)/控制器或微处理器(多个)/控制器(多个)的部分，它们需要软件(例如，固件)运行，但是，当不需要软件运行时，软件可能不存在。

电路系统的这种定义适用于此术语在本申请中(包括在任何权利要求中)的所有使用。作为进一步的示例，如本申请中所使用的，术语“电路系统”还包括硬件电路以及其附属软件和/或固件的实施方式。例如并且如果适用于特定权利要求元素，则术语“电路系统”还包括移动设备的基带集成电路或在服务器、蜂窝网络设备或其他计算或网络设备中的类似的集成电路。

图1、图2、图3A至图3D所示的框可以表示方法中的步骤和/或计算机程序184中的代码段。对框的特定顺序的说明并不一定意味着框要按照需要或优选的顺序，而且框的顺序和布置可以改变。此外，可以省略一些框。

在已经描述了结构特征的情况下，该结构特征可以被执行结构特征的一个或多个功能的部件代替，不论此功能或这些功能是被显式描述还是被隐式描述。

本文中所使用的术语‘包括’具有包容性而非排他性的意义。即，对X包括Y的任何引用都表明X只可以包括一个Y或可以包括一个以上的Y。如果旨在使用具有排他性的意义的‘包括’，则在上下文中通过引用“只包括一个……”或通过使用“由……组成”对其进行阐明。

在这个描述中，已经引用了各个示例。对与示例相关的特征或功能的描述表明这些特征或功能存在于此示例中。无论是否明确规定，在文本中使用术语‘示例’或‘例如’或“可能”或“可以”都表示这些特征或功能都至少存在于所描述的示例中，不管是否作为示例被描述，并且它们可能(但不一定)存在于其他示例的一些或全部中。因此，‘示例’、‘例如’、‘可能’或‘可以’指一类示例中的特定实例。实例的属性可能只是此实例的属性或类的属性或类的子类的属性，该子类包括类中的一些实例，而不是全部实例。因此，隐式地揭露，参考一个示例而不是参考另一个示例描述的特征在可能的情况下可以作为工作组合的部分在该另一个示例中使用，但不一定必须在该另一个示例中使用。

虽然已经参考各个示例在前面的段落中描述了实施例，但是应当理解，在不脱离权利要求的范围的情况下，可以对给出的示例进行修改。

在上述描述中描述的特征可以用于上面明确描述的组合之外的组合。

虽然已经参考某些特征描述了功能，但是这些功能可以由其他特征执行，不管是否被描述。

虽然已经参考某些实施例描述了特征，但是这些特征也可以出现在其他实施例中，不管是否被描述。

本文中所使用的术语‘一’或‘该’具有包容性而非排他性的意义。即，对X包括一/该Y的任何引用都表明X只可以包括一个Y或可以包括一个以上的Y，除非上下文清楚地指出相反的情况。如果旨在使用具有排他性的意义的‘一’或‘该’，则在上下文中对其进行阐明。在一些情况下，‘至少一个’或‘一个或多个’的使用可以用来强调包容性的意义，但是不应将这些术语的缺失作为推断和排除的意义。

特征(或特征的组合)出现在权利要求中是指该特征或(特征的组合)本身，并且也指达到基本上相同的技术效果的特征(等同特征)。例如，等同特征包括作为变型并且以基本上相同的方式达到基本上相同的结果的特征。例如，等同特征包括以基本上相同的方式执行基本上相同的功能，以达到基本上相同的结果的特征。

在该描述中，已经引用了使用形容词或形容词短语来描述示例的特性的各个示例。对与示例相关的特性的这种描述表明，特性在一些示例中表现得与所描述的完全一样，而在其他示例中表现得与所描述的基本上一样。

虽然在上述规范中努力提请注意被认为是重要的那些特征，但是应当理解，申请人可以关于任何可取得专利的特征或之前提到和/或附图中所示的特征的组合通过权利要求寻求保护，不论重点是否已经放在这方面。

Claims

1.一种用于通信的装置，包括：

电路系统，所述电路系统被配置为响应于接收到输入数据，将星座的符号流传输给调制器以用于调制到载波上，其中，

在所述流中符号的出现频率取决于针对所述星座的符号的概率幅度分布，其中所述概率幅度分布具有小于目标值的峰度，并且所述概率幅度分布的形状使低幅度符号在平均上比高幅度符号在所述流中出现得频繁。

2.根据权利要求1所述的装置，其中针对提高用于所述输入数据的数据速率，所述星座的被传输的所述符号流具有以下概率幅度分布，所述概率幅度分布具有恒定或增加的峰度。

3.根据权利要求1所述的装置，其中针对64QAM的所述目标值是1.8。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述目标值是可编程的目标值。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述概率幅度分布受峰度约束，具有适应于盲均衡的峰度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述电路系统包括：

概率性幅度整形符号源电路，所述概率性幅度整形符号源电路被配置为响应于接收到所述输入数据，产生所述星座的所述第一符号流以用于调制，其中在所述第一流中符号的出现频率取决于针对所述星座的符号的概率幅度分布，其中所述概率幅度分布是使低幅度符号在平均上比高幅度符号在所述流中出现得频繁的概率幅度分布；以及

星座重映射器电路，所述星座重映射电路被配置为响应于接收到所述第一符号流，将所述第一符号流映射为所述星座的第二符号流以用于调制，并且产生所述第二符号流，其中所述第二符号流具有比所述第一符号流低的峰度。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述星座重映射器电路被配置为响应于接收到所述第一符号流，将所述第一符号流中的N个符号的非重叠组各个映射为所述星座的所述第二符号流中的N个符号的非重叠组以用于调制，其中N大于或等于2。

8.根据权利要求6所述的装置，其中所述星座重映射器电路包括一个或多个查找表，所述查找表用以将所述第一符号流映射为所述星座的所述第二符号流以用于调制。

9.根据权利要求6所述的装置，其中所述概率性幅度整形符号源电路被配置为针对所述第一符号流分别定义符号的每个比特，所述比特对所述符号的幅度进行编码，每个二进制比特排列具有不同的概率。

10.根据权利要求6所述的装置，其中所述概率性幅度整形符号源电路被配置为针对不同的极化和/或针对不同的实符号和虚符号和/或针对不同的奇符号和偶符号，独立地执行概率性幅度整形。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，所述装置以一个或多个专用电路来实施。

12.一种光通信系统，包括：

传输器，包括根据任何前述权利要求所述的装置，其中所述传输器被配置为传输所述星座的所述符号流已经被调制到的所述载波；以及

接收器，包括电路系统，所述电路系统被配置为响应于接收到所述载波，解调所述载波以获得所述星座的所述符号流，并且使用用于所述星座的符号的所述概率幅度分布来获得对输入数据的估计，

其中所述接收器包括：

用于执行盲均衡以产生信号流的部件，

反向星座重映射器，所述反向星座重映射器被配置为响应于接收到星座的所述符号流，将所述符号流映射为所述星座的不同的符号流，其中所述不同的符号流具有比所述符号流高的峰度。

13.一种通信的方法，包括：

通过将输入数据流映射为星座的第一符号流来引起概率性幅度整形，使得所述第一流具有较低能量的符号，所述较低能量的符号与其他符号相比是更可能的；以及

对所述第一符号流进行重映射，以产生相同的所述星座的第二符号流，使得所述第二流具有以下的所述符号的概率分布，所述符号的概率分布具有比所述第一流的概率分布低的峰度。

14.一种对根据权利要求1至13中任一项所述的对装置编程的方法，包括：

执行约束优化，以针对星座的符号创建多个输入符号到多个输出符号的映射，其中所述输出符号具有使信道容量最大化的概率幅度分布，同时将符号峰度约束为目标值以下；以及

利用所述映射对所述装置中的查找表进行编码。

15.一种用于通信的装置，包括：

数字映射器，所述数字映射器用以通过将输入数据流映射为星座的第一符号流来引起概率性幅度整形，使得所述第一流具有较低能量的符号，响应于所述输入数据流是随机的或伪随机的，所述较低能量的符号与其他符号相比是更可能的；以及

数字重映射器，所述数字重映射器用以将所述第一符号流映射成相同的所述星座的第二符号流，使得响应于所述输入数据流是随机的或伪随机的，所述第二流具有比所述第一流低的峰度的所述符号的概率分布。