CN113193920A - 概率整形pam-4信号传输方法及装置 - Google Patents

概率整形pam-4信号传输方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113193920A
CN113193920A CN202110461754.7A CN202110461754A CN113193920A CN 113193920 A CN113193920 A CN 113193920A CN 202110461754 A CN202110461754 A CN 202110461754A CN 113193920 A CN113193920 A CN 113193920A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
pam
bits
probability
processing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110461754.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113193920B (zh
Inventor
高明义
刘梦丽
沈纲祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou University
Original Assignee
Suzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou University filed Critical Suzhou University
Priority to CN202110461754.7A priority Critical patent/CN113193920B/zh
Priority to PCT/CN2021/106996 priority patent/WO2022227296A1/zh
Publication of CN113193920A publication Critical patent/CN113193920A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113193920B publication Critical patent/CN113193920B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/5161—Combination of different modulation schemes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/54—Intensity modulation
    • H04B10/541—Digital intensity or amplitude modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03—Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks
    • H04L25/03006—Arrangements for removing intersymbol interference

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)

Abstract

本发明涉及一种概率整形PAM‑4信号传输方法，包括接收比特序列，将比特序列划分为符号比特和初始幅度比特；对初始幅度比特进行分布匹配处理，通过能级分配获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特；对幅度比特和符号比特进行映射处理，获得概率整形的PS‑PAM‑4信号；将PS‑PAM‑4信号发送至接收端，由接收端对PS‑PAM‑4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，并对输出信号进行解映射和解码处理，获得比特序列。本发明能够为任何n个符号类型提供多种概率分布，并具有恒定的PS编码冗余度，大大增强了系统的灵活性并减少了附加比较器的使用，而且与传统PAM‑4信号传输方法相比，其可以将接收器灵敏度提高多达4.2dB，通信质量理想。

Description

概率整形PAM-4信号传输方法及装置
技术领域
本发明涉及光通信网络技术领域，尤其是指一种概率整形PAM-4信号传输方法及装置。
背景技术
概率整形(Probabilistic shaped，PS)脉冲幅度调制(Pulse amplitudemodulation，PAM)由于其优越的性能而在数据中心内部网络中有广泛的应用前景。其中强度调制直接检测(Intensity-modulation direct-detection，IM/DD)四级脉冲幅度调制(PAM-4)因具有更简单的结构和更低的成本能耗而优于其他方案。
为了进一步提高PAM系统的性能，概率整形可以通过球形地限制信号空间中的调制级别来放宽信噪比要求，从而降低平均信号能量。但是，相干光通信系统的常规PS方案具有较高的计算复杂度，其复杂度主要由分布匹配器(Distributed matcher，DM)决定。其中分层分布匹配器(Hierarchical distributed matcher，HiDM)具有完全并行的输入-输出接口和流水线结构，却以较大的速率损失和较高的SNR为代价执行DM/inv-DM。m-out-of-n方法利用缩放和舍入技术,因此在硬件实施方面较为困难。另外基于算术编码的恒定成分分布匹配(Constant composition distribution matching，CCDM)在码长无限制的条件下具有零速率损失的特性，但由于串行编码而在解码时会引起一连串的错误。而基于霍夫曼编码的DM具有较低的实现复杂性，却存在比特率变化和同步问题。因此，具有低复杂性和高性能的PS方案在IM/DD系统中更具吸引力。
剪切和粘贴(cut-and-paste，CAP)方法满足了低复杂度这一条件，该方法将发送比特序列切分为许多个n符号组。对于每个n符号组，经过比特到符号映射后，提取幅度位并根据查找表(Look up table，LUT)进行翻转，然后计算并比较原始幅度位和翻转后幅度位的能量，以选择能量较低的一个进行传输。最后，将标签位粘贴到每个n符号组以区分翻转操作[8]。虽然通过改变每个组的符号长度可以实现不同的概率分布，但是一旦选择了每个组的符号长度，则概率分布将不可更改。
此外，PAM系统的波特率始终受可用光学器件和电气组件的带宽限制。因此，一些改进的PAM-4方案，例如更快的奈奎斯特(Faster-than Nyquist，FTN)PAM-4，部分响应(Partial-response，PR)PAM-4，星座切换(Constellation switching，CS)PAM-4等被提出来以适应更高的波特率的信号在带宽受限的系统中传输[9-12]。这时，各种能减轻带宽限制带来的符号间干扰(Inter-symbol interference，ISI)的均衡技术是必不可少的，例如前馈均衡器(Feed-forward equalizer，FFE)、判决反馈均衡器(Decision feedbackequalizer，DFE)、Tomlinson-Harashima预编码(Tomlinson-Harashima precoding，THP)、最大似然比特序列估计(Maximum likelihood sequence estimation，MLSE)和沃尔泰拉均衡器(Volterra equalizer，VE)等，但是接收器的灵敏度依然存在较低的问题，导致通信质量不理想。
综上所述，现有技术的PAM系统存在符号长度确定后概率分布不可更改、接收器灵敏度低以及通信质量不理想的问题。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中PAM系统存在符号长度确定后概率分布不可更改、接收器灵敏度低以及通信质量不理想的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种由编码模块执行概率整形PAM-4信号传输方法，包括：
接收来自发射端的比特序列，将所述比特序列划分为符号比特和初始幅度比特；
对所述初始幅度比特进行分布匹配处理，通过能级分配获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特；
对所述幅度比特和符号比特进行映射处理，获得概率整形的PS-PAM-4信号；
将所述PS-PAM-4信号发送至接收端，由所述接收端对所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，并对所述输出信号进行解映射和解码处理，获得发射端发送的比特序列。
在本发明的一个实施例中，所述通过能级分配获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特包括：
对所述初始幅度比特进行PAM-4符号映射并对其进行排列组合，计算每个组合的能量；
根据每个组合的能量定义不同的能级，并计算其能级概率；
根据不同能级的概率计算概率分布中“0”和“1”的概率；
将高能级的比特翻转为低能级的比特，获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特。
在本发明的一个实施例中，每个组合的能量计算公式如下：
Figure BDA0003042551070000031
式中，x表示PAM-4符号，n表示每个组合中的符号数。
在本发明的一个实施例中，所述PS-PAM-4信号为具有可变概率分布的信号。
在本发明的一个实施例中，由所述接收端对所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理包括：
将所述PS-PAM-4信号作为训练好的信道均衡算法的输入信号，得到经过信道均衡处理后的输出信号，其中训练好的信道均衡算法如下：
Figure BDA0003042551070000041
式中，X(n)为输入信号，Y(n)为输出信号，M为符号个数，ak为抽头系数。
在本发明的一个实施例中，所述信道均衡算法的训练步骤如下：
获取训练符号，将所述训练符号作为所述信道均衡算法的输入值，求解其输出值与设定的参考值的误差；
使用归一化最小均方算法计算均方误差并调整抽头系数；
再经过迭代训练得到最优权值的抽头系数。
并且，本发明还提供一种由接收端辅助编码模块执行概率整形PAM-4信号传输方法，包括：
接收来自编码模块的PS-PAM-4信号；
将所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，其中所述PS-PAM-4信号由比特序列划分的初始幅度比特经过分布匹配处理得到的幅度比特与符号比特进行映射获得；
对所述输出信号进行解映射处理，得到解映射处理后的信号；
对所述解映射处理后的信号进行解码处理，获得发射端发送的比特序列。
此外，本发明还提供一种由系统执行概率整形PAM-4信号传输方法，所述系统包括编码模块和接收端，方法包括：
由编码模块执行以下步骤：
接收来自发射端的比特序列，将所述比特序列划分为符号比特和初始幅度比特；
对所述初始幅度比特进行分布匹配处理，其中分布匹配处理包括通过能级分配获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特；
对所述幅度比特和符号比特进行映射处理，获得概率整形的PS-PAM-4信号；
将所述PS-PAM-4信号发送至接收端，由所述接收端对所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，并对所述输出信号进行解映射和解码处理，获得发射端发送的比特序列；
由接收端执行以下步骤：
接收来自编码模块的PS-PAM-4信号；
将所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，其中所述PS-PAM-4信号由比特序列划分的初始幅度比特经过分布匹配处理得到的幅度比特与符号比特进行映射获得；
对所述输出信号进行解映射处理，得到解映射处理后的信号；
对所述解映射处理后的信号进行解码处理，获得发射端发送的比特序列。
此外，本发明还提供一种编码模块，包括：
序列划分单元，接收来自发射端的比特序列，所述序列划分单元用于将所述比特序列划分为符号比特和初始幅度比特；
概率分布匹配单元，所述概率分布匹配单元用于对所述初始幅度比特进行分布匹配处理，其中分布匹配处理包括通过能级分配获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特；
映射单元，所述映射单元用于对所述幅度比特和符号比特进行映射处理，获得概率整形的PS-PAM-4信号；
发送单元，所述发送单元用于将所述PS-PAM-4信号发送至接收端，由所述接收端对所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，并对所述输出信号进行解映射和解码处理，获得发射端发送的比特序列。
此外，本发明还提供一种接收端，包括：
接收单元，所述接收单元用于接收来自编码模块的PS-PAM-4信号；
信道均衡单元，所述信道均衡单元用于将所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，其中所述PS-PAM-4信号由比特序列划分的初始幅度比特经过分布匹配处理得到的幅度比特与符号比特进行映射获得；
解映射单元，所述解映射单元用于对所述输出信号进行解映射处理，得到解映射处理后的信号；
解码单元，所述解码单元用于对所述解映射处理后的信号进行解码处理，获得发射端发送的比特序列。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明通过对幅度比特的各种组合的能级分配，可以获得具有可变概率分布的PS-PAM-4信号，如此能够为任何n个符号类型提供多种概率分布，并具有恒定的PS编码冗余度，大大增强了系统的灵活性并减少了附加比较器的使用，而且采用信道均衡处理来减轻由于带宽有限而引起的符号间干扰，与传统PAM-4信号传输方法相比，其可以将接收器灵敏度提高多达4.2dB，通信质量理想。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明实施例一中概率整形PAM-4信号传输方法的原理示意图。
图2是本发明实施例一中DM实现过程的示意图。
图3是图2中每种组合的能量示意图。
图4是本发明实施例一中基于3符号采用ELA-CAP方法获得的具有四个不同概率分布(P1-P4)的PS-PAM-4信号图。
图5是本发明实施例一中均匀PAM-4信号和四个PS-PAM-4信号的GMI曲线图。
图6是本发明实施例一中FFE的结构示意图。
图7是本发明实施例一中均方误差收敛曲线图。
图8是本发明实施例一中用于数据中心内部网络的25G-Baud IM/DD PAM-4的点对点实验设置示意图。
图9是本发明实施例一中均匀PAM-4信号和四个PS-PAM-4信号的BER曲线图。
图10是本发明实施例一中均匀PAM-4信号和四个PS-PAM-4信号在-20dBm时经过FFE的眼图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
首先本发明对下文中需要出现的英文标记做出如下释义：
ELA-CAP：能级分配的剪切和粘贴；DM：分布匹配器；PS：概率整形；PAM：脉冲幅度调制；CCDM：算术编码的恒定成分分布匹配；FFE：前馈均衡器；PRBS：伪随机二进制序列；WDM：波分复用；AWG：任意波形发生器；EDFA：光纤放大器；VOA：可变光衰减器；SSMF：单模光纤；BTB：背靠背；MZM：单驱动调制器。
实施例一
下面对本发明实施例一提供的一种由编码模块执行概率整形PAM-4信号传输方法进行详细的阐述。
请参阅图1所示，本实施例一种由编码模块执行概率整形PAM-4信号传输方法，包括以下步骤：
S100：接收来自发射端的比特序列，将比特序列划分为符号比特和初始幅度比特。
S200：对初始幅度比特进行分布匹配处理，通过能级分配获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特。
示例地，通过能级分配获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特包括以下步骤：S210：对初始幅度比特进行PAM-4符号映射并对其进行排列组合，计算每个组合的能量，能量计算公式为
Figure BDA0003042551070000081
式中，x表示PAM-4符号，n表示每个组合中的符号数；S220：根据每个组合的能量定义不同的能级，并计算其能级概率；S230：根据不同能级的概率计算概率分布中“0”和“1”的概率；S240：将高能级的比特翻转为低能级的比特，获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特。
S300：对幅度比特和符号比特进行映射处理，获得概率整形的PS-PAM-4信号，其中PS-PAM-4信号为具有可变概率分布的信号。
S400：将PS-PAM-4信号发送至接收端，由接收端对PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，并对输出信号进行解映射和解码处理，获得发射端发送的比特序列。
示例地，由接收端对PS-PAM-4信号进行信道均衡处理包括将PS-PAM-4信号作为训练好的信道均衡算法的输入信号，得到经过信道均衡处理后的输出信号，其中训练好的信道均衡算法如下：
Figure BDA0003042551070000091
式中，X(n)为输入信号，Y(n)为输出信号，M为符号个数，ak为抽头系数。
示例地，信道均衡算法的训练内容包括：获取训练符号，将训练符号作为信道均衡算法的输入值，求解其输出值与设定的参考值的误差；使用归一化最小均方算法计算均方误差并调整抽头系数；再经过迭代训练得到最优权值的抽头系数。
为了更加详细的阐述ELA-CAP方法实现DM的内容，请继续参阅图1所示，首先将均匀的比特序列u分为符号比特和幅度比特。为了实现双边MB分配，不允许符号比特进入DM以保持其均匀分布。在进行幅度比特和符号比特多路复用、符号映射、信道传输和符号解映射之后，使用在发射端生成的标签位来实现DM逆运算。对于标签位，“0”表示反转操作，“1”表示不执行任何操作。由于每n个符号增加1个比特，则DM的码率可表示为：
Figure BDA0003042551070000092
式中，m表示每个PAM符号的幅度位数。
以3符号编码为例进行举例说明。请参阅图2所示，使用格雷码进行PAM-4符号映射。对于符号比特，“0”和“1”分别表示“-”和“+”。对于初始幅度比特，“0”和“1”分别对应于“3”和“1”。一个PAM-4符号由一个符号比特和一个初始幅度比特组成，即3个PAM-4符号具有3个初始幅度比特。其中3个初始幅度比特具有23种不同的排列组合，如图2的第一行所示。每个组合的能量计算方式如下：
Figure BDA0003042551070000101
式中，x表示PAM-4符号，n表示每个组合中的符号数。例如，“000”表示幅度为“3”的3符号序列，其能量为32+32+32＝27。图4展示了每种组合的能量。
均匀的3符号组合具有4个能级，即E1、E2、E3和E4，根据图2可以计算其概率分别为1/8、3/8、3/8和1/8，如图2中的第一行所示，其中E1>E2>E3>E4。
由于输入比特是均匀的，所以可以根据不同能级的不同概率计算P1-P4分布中的“0”和“1”的概率，计算公式如下：
Figure BDA0003042551070000102
从上述公式中可以看出，降低高能量等级的概率可以降低传输序列的能量，实现方式也极为简单，只需将高能级的比特转换为低能级的比特。如此通过能级分配实现了如图2所示的四种概率分布(P1-P4)。当然还可以适用于n(n>3)个符号，且可以使用更低的冗余度实现更多的概率分布。
图4显示了基于3符号的ELA-CAP方法获得的具有四个不同概率分布(P1-P4)的PS-PAM-4信号。经过AWGN通道具有上述P1-P4分布，均匀分布的PAM-4信号的GMI曲线和基于CCDM的PS分布的PAM-4信号的GMI曲线如图5所示，其中PS分布具有相同的冗余度(RDM＝3/4)。如图5所示，以均匀分布和基于CCDM的PS分布的交点作为参考(GMI＝1.682bit/symbol)，P1和P4分布分别可以实现1.15-dB和0.7-dB的整形增益。
同时，由于传输装置的带宽限制，接收信号yk可以写为：
Figure BDA0003042551070000111
式中，yk表示第k个接收信号，xk表示第k个发送信号，Ag是由信道脉冲响应决定的模糊函数，τ代表FTN传输的压缩因子，T为采样时间间隔，p为产生ISI的未来符号与过去符号的个数。
因此，在信道均衡器的设计中应同时考虑pre-cursor ISI和post-cursor ISI。
本实施例采用用于信道均衡的T符号间隔的FFE，用以消除pre-cursor ISI和post-cursor ISI，其结构图如图6所示，信道均衡算法的数学表达式如下：
Figure BDA0003042551070000112
其中，X(n)为输入信号，Y(n)为输出信号，M为分别引起pre-cursor ISI和post-cursor ISI的符号个数，ak为抽头系数。在训练实验中有32768个符号，1500个符号用于训练，其余用于测试。首先，训练符号经过FFE之后，其输出值与设定的参考信号作差来获取误差，然后使用归一化最小均方算法计算均方误差并调整抽头系数，再经过迭代训练得到最优权值。最后，测试信号经过具有最优权值的FFE之后得到输出信号。其中均方误差收敛曲线如图7所示，从图中可以看到，仅4次迭代即可达到收敛。
上述通过对幅度比特的各种组合的能级分配，可以获得具有可变概率分布的PS-PAM-4信号，如此能够为任何n个符号类型提供多种概率分布，并具有恒定的PS编码冗余度，大大增强了系统的灵活性并减少了附加比较器的使用，而且采用信道均衡处理来减轻由于带宽有限而引起的符号间干扰，与传统PAM-4信号传输方法相比，其可以将接收器灵敏度提高多达4.2dB，通信质量理想。
为了进一步验证本实施例的有益效果，图8展示了用于数据中心内部网络的25G-Baud IM/DD PAM-4的点对点实验设置。在发射端，首先将PRBS发射到PS编码器中，并通过位到符号映射获得概率整形的PS-PAM-4信号。然后对符号序列进行采样并应用滚降系数为0.4的根升余弦有限脉冲响应滤波器进行脉冲整形以减轻信号发射端带宽受限导致的性能下降。经过滤波和S21补偿的数据被加载到AWG中。同时，在发射端添加一个PN序列以进行信号同步。之后，通过MZM将来自AWG的PS-PAM-4电信号调制为1550.112nm的连续波激光器。调制后的PS-PAM-4光信号的输出功率约为5.7dBm。在经过2km的SSMF传输后，使用VOA和EDFA控制BER测量的噪声水平。另一个VOA用于控制进入10-GHz光电探测器的光信号功率。接收到的电信号由RTO采样后由同步算法处理。然后，离散数字信号通过匹配的RRC FIR滤波器后重新采样为1sps。接着，利用信道均衡算法恢复PS-PAM-4信号。最后，实现解映射和PS解码操作，并计算BER。
图9显示了均匀PAM-4信号和四个PS-PAM-4信号的BER曲线。实验中传输了25G-Baud PAM-4信号，并且均匀信号和PS信号(P1-P4)的信息熵分别为2、1.9486、1.9176、1.8741和1.812bit/symbol。因此，传输比特率分别为50、48.7149、47.9390、46.7853和45.3132bit/s。从图8可以明显看出，与BTB情况相比，2km SSMF传输造成的损失可忽略不计，如实线和虚线所示。在硬判决前向纠错(HD-FEC)阈值3.8×10-3时，un-PAM-4、P1-PAM-4、P2-PAM-4、P3-PAM-4和P4-PAM-4信号的接收光功率分别为-20dBm、-21.2dBm、-22dBm-22.6dBm和-24.2dBm。因此，与均匀PAM-4信号相比，具有P1-P4概率分布的PS-PAM-4信号可以分别将接收器的灵敏度提高1.2dB、2dB、2.6dB和4.2dB。两者在-20dBm时经过FFE的眼图如图10所示。假如没有FFE，严重的ISI效应将导致眼睛闭合。从图中可以看出，通过降低高振幅信号的概率，可以扩大眼睛的睁开程度，从而增加附加噪声引起误差的余量，例如概率分布为P4的PS-PAM-4信号具有更大的余量。
本发明一种概率整形PAM-4信号传输方法中主要有三个执行主体，三个执行主体分别是发射端、编码模块和接收端，其中发射端的执行步骤较为简单，其只是作为发射信号的主体，因此本发明在这里不对发射端这一执行主体做较为详细的阐述。
下面本发明对编码模块、接收端以及由编码模块和接收端构成的系统分别作为执行主体的具体内容进行阐述，其中由编码模块作为执行主体的具体内容已经在上文做出了详细的阐述，本发明在这里不做赘述。
实施例二
本实施例提供一种由接收端辅助编码模块执行概率整形PAM-4信号传输方法，包括：
接收来自编码模块的PS-PAM-4信号；
将PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，其中PS-PAM-4信号由比特序列划分的初始幅度比特经过分布匹配处理得到的幅度比特与符号比特进行映射获得；
对输出信号进行解映射处理，得到解映射处理后的信号；
对解映射处理后的信号进行解码处理，获得发射端发送的比特序列。
其具体内容已经在实施例一中做出了详尽的阐述，本发明在这里不做赘述。
实施例三
本实施例提供了一种由系统执行概率整形PAM-4信号传输方法，系统包括编码模块和接收端，方法包括：
由编码模块执行以下步骤：
接收来自发射端的比特序列，将比特序列划分为符号比特和初始幅度比特；
对初始幅度比特进行分布匹配处理，其中分布匹配处理包括通过能级分配获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特；
对幅度比特和符号比特进行映射处理，获得概率整形的PS-PAM-4信号；
将PS-PAM-4信号发送至接收端，由接收端对PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，并对输出信号进行解映射和解码处理，获得发射端发送的比特序列；
由接收端执行以下步骤：
接收来自编码模块的PS-PAM-4信号；
将PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，其中PS-PAM-4信号由比特序列划分的初始幅度比特经过分布匹配处理得到的幅度比特与符号比特进行映射获得；
对输出信号进行解映射处理，得到解映射处理后的信号；
对解映射处理后的信号进行解码处理，获得发射端发送的比特序列。
其具体内容已经在实施例一中做出了详尽的阐述，本发明在这里不做赘述。
下面对本发明提供的一种概率整形PAM-4信号传输装置进行详细的阐述。
实施例四
本实施例提供了一种编码模块，编码模块包括：
序列划分单元，接收来自发射端的比特序列，序列划分单元用于将比特序列划分为符号比特和初始幅度比特；
概率分布匹配单元，概率分布匹配单元用于对初始幅度比特进行分布匹配处理，其中分布匹配处理包括通过能级分配获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特；
映射单元，映射单元用于对所述幅度比特和符号比特进行映射处理，获得概率整形的PS-PAM-4信号；
发送单元，发送单元用于将所述PS-PAM-4信号发送至接收端，由所述接收端对所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，并对所述输出信号进行解映射和解码处理，获得发射端发送的比特序列。
其具体内容已经在实施例一中做出了详尽的阐述，本发明在这里不做赘述。
实施例五
本实施例提供了一种接收端，接收端包括：
接收单元，接收单元用于接收来自编码模块的PS-PAM-4信号；
信道均衡单元，信道均衡单元用于将PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，其中PS-PAM-4信号由比特序列划分的初始幅度比特经过分布匹配处理得到的幅度比特与符号比特进行映射获得；
解映射单元，解映射单元用于对所述输出信号进行解映射处理，得到解映射处理后的信号；
解码单元，解码单元用于对解映射处理后的信号进行解码处理，获得发射端发送的比特序列。
其具体内容已经在实施例一中做出了详尽的阐述，本发明在这里不做赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种由编码模块执行概率整形PAM-4信号传输方法，其特征在于，包括：
接收来自发射端的比特序列，将所述比特序列划分为符号比特和初始幅度比特；
对所述初始幅度比特进行分布匹配处理，通过能级分配获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特；
对所述幅度比特和符号比特进行映射处理，获得概率整形的PS-PAM-4信号；
将所述PS-PAM-4信号发送至接收端，由所述接收端对所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，并对所述输出信号进行解映射和解码处理，获得发射端发送的比特序列。
2.根据权利要求1所述的由编码模块执行概率整形PAM-4信号传输方法，其特征在于：所述通过能级分配获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特包括：
对所述初始幅度比特进行PAM-4符号映射并对其进行排列组合，计算每个组合的能量；
根据每个组合的能量定义不同的能级，并计算其能级概率；
根据不同能级的概率计算概率分布中“0”和“1”的概率；
将高能级的比特翻转为低能级的比特，获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特。
3.根据权利要求2所述的由编码模块执行概率整形PAM-4信号传输方法，其特征在于：每个组合的能量计算公式如下：
Figure FDA0003042551060000021
式中，x表示PAM-4符号，n表示每个组合中的符号数。
4.根据权利要求1所述的由编码模块执行概率整形PAM-4信号传输方法，其特征在于：所述PS-PAM-4信号为具有可变概率分布的信号。
5.根据权利要求1所述的由编码模块执行概率整形PAM-4信号传输方法，其特征在于：由所述接收端对所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理包括：
将所述PS-PAM-4信号作为训练好的信道均衡算法的输入信号，得到经过信道均衡处理后的输出信号，其中训练好的信道均衡算法如下：
Figure FDA0003042551060000022
式中，X(n)为输入信号，Y(n)为输出信号，M为符号个数，ak为抽头系数。
6.根据权利要求5所述的由编码模块执行概率整形PAM-4信号传输方法，其特征在于：所述信道均衡算法的训练步骤如下：
获取训练符号，将所述训练符号作为所述信道均衡算法的输入值，求解其输出值与设定的参考值的误差；
使用归一化最小均方算法计算均方误差并调整抽头系数；
再经过迭代训练得到最优权值的抽头系数。
7.一种由接收端辅助编码模块执行概率整形PAM-4信号传输方法，其特征在于，包括：
接收来自编码模块的PS-PAM-4信号；
将所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，其中所述PS-PAM-4信号由比特序列划分的初始幅度比特经过分布匹配处理得到的幅度比特与符号比特进行映射获得；
对所述输出信号进行解映射处理，得到解映射处理后的信号；
对所述解映射处理后的信号进行解码处理，获得发射端发送的比特序列。
8.一种由系统执行概率整形PAM-4信号传输方法，其特征在于，所述系统包括编码模块和接收端，方法包括：
由编码模块执行以下步骤：
接收来自发射端的比特序列，将所述比特序列划分为符号比特和初始幅度比特；
对所述初始幅度比特进行分布匹配处理，其中分布匹配处理包括通过能级分配获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特；
对所述幅度比特和符号比特进行映射处理，获得概率整形的PS-PAM-4信号；
将所述PS-PAM-4信号发送至接收端，由所述接收端对所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，并对所述输出信号进行解映射和解码处理，获得发射端发送的比特序列；
由接收端执行以下步骤：
接收来自编码模块的PS-PAM-4信号；
将所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，其中所述PS-PAM-4信号由比特序列划分的初始幅度比特经过分布匹配处理得到的幅度比特与符号比特进行映射获得；
对所述输出信号进行解映射处理，得到解映射处理后的信号；
对所述解映射处理后的信号进行解码处理，获得发射端发送的比特序列。
9.一种编码模块，其特征在于，包括：
序列划分单元，接收来自发射端的比特序列，所述序列划分单元用于将所述比特序列划分为符号比特和初始幅度比特；
概率分布匹配单元，所述概率分布匹配单元用于对所述初始幅度比特进行分布匹配处理，其中分布匹配处理包括通过能级分配获得具有“0”和“1”概率分布的幅度比特；
映射单元，所述映射单元用于对所述幅度比特和符号比特进行映射处理，获得概率整形的PS-PAM-4信号；
发送单元，所述发送单元用于将所述PS-PAM-4信号发送至接收端，由所述接收端对所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，并对所述输出信号进行解映射和解码处理，获得发射端发送的比特序列。
10.一种接收端，其特征在于，包括：
接收单元，所述接收单元用于接收来自编码模块的PS-PAM-4信号；
信道均衡单元，所述信道均衡单元用于将所述PS-PAM-4信号进行信道均衡处理，得到处理后的输出信号，其中所述PS-PAM-4信号由比特序列划分的初始幅度比特经过分布匹配处理得到的幅度比特与符号比特进行映射获得；
解映射单元，所述解映射单元用于对所述输出信号进行解映射处理，得到解映射处理后的信号；
解码单元，所述解码单元用于对所述解映射处理后的信号进行解码处理，获得发射端发送的比特序列。
CN202110461754.7A 2021-04-27 2021-04-27 概率整形pam-4信号传输方法及装置 Active CN113193920B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110461754.7A CN113193920B (zh) 2021-04-27 2021-04-27 概率整形pam-4信号传输方法及装置
PCT/CN2021/106996 WO2022227296A1 (zh) 2021-04-27 2021-07-19 概率整形pam-4信号传输方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110461754.7A CN113193920B (zh) 2021-04-27 2021-04-27 概率整形pam-4信号传输方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113193920A true CN113193920A (zh) 2021-07-30
CN113193920B CN113193920B (zh) 2022-12-30

Family

ID=76979624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110461754.7A Active CN113193920B (zh) 2021-04-27 2021-04-27 概率整形pam-4信号传输方法及装置

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN113193920B (zh)
WO (1) WO2022227296A1 (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113938209A (zh) * 2021-09-03 2022-01-14 华中科技大学 一种针对概率整形的脉冲幅度调制信号的整形方法及系统
CN114024818A (zh) * 2021-11-04 2022-02-08 北京邮电大学 基于幅度平移的概率整形四维qam调制方法及系统
CN114938259A (zh) * 2022-04-13 2022-08-23 苏州大学 概率整形pam-8信号短距离传输方法及系统
CN114980143A (zh) * 2022-05-05 2022-08-30 华南理工大学 一种基于概率成形与ftn传输技术的概率因子寻优方法
CN115441954A (zh) * 2022-08-04 2022-12-06 武汉邮电科学研究院有限公司 一种概率整形的脉冲幅度调制方法、装置及系统
CN115964906A (zh) * 2023-03-17 2023-04-14 巨霖科技(上海)有限公司 基于多边沿响应的pam3差分端口统计眼图仿真方法和装置
CN115987404A (zh) * 2023-03-20 2023-04-18 北京理工大学 基于预编码和概率整形联合优化的光子射频信号生成方法
CN116346239A (zh) * 2022-12-06 2023-06-27 苏州大学 基于概率整形高阶qam相干光通信系统的矩形星座编码方法
WO2024016205A1 (en) * 2022-07-20 2024-01-25 Qualcomm Incorporated Gray mapping for variable-to-fixed distribution matching
WO2024045106A1 (en) * 2022-09-01 2024-03-07 Qualcomm Incorporated Probabilistic amplitude shaping including energy selection, composition determination, and amplitude symbol sequence determination

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106160873A (zh) * 2016-06-16 2016-11-23 复旦大学 一种基于脉冲幅度调制系统的相移编码方法和实现装置
CN110278031A (zh) * 2019-06-10 2019-09-24 华侨大学 基于多对一映射ps-pam4的直接探测光纤通信系统及通信方法
CN111049586A (zh) * 2019-12-25 2020-04-21 南京信息工程大学 一种基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制系统
CN111181652A (zh) * 2019-12-26 2020-05-19 华侨大学 一种基于比特加权分布匹配的ps-pam4系统
CN111628789A (zh) * 2020-05-26 2020-09-04 复旦大学 一种基于混合概率整形和几何整形的信号生成方法及装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10523480B1 (en) * 2018-11-08 2019-12-31 Nxp B.V. K-bit enumerative sphere shaping of multidimensional constellations
US11196594B2 (en) * 2019-02-28 2021-12-07 Nokia Solutions And Networks Oy Probabilistic signal shaping using multiple codebooks
US10742472B1 (en) * 2019-09-06 2020-08-11 Qualcomm Incorporated Probabilistic amplitude shaping

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106160873A (zh) * 2016-06-16 2016-11-23 复旦大学 一种基于脉冲幅度调制系统的相移编码方法和实现装置
CN110278031A (zh) * 2019-06-10 2019-09-24 华侨大学 基于多对一映射ps-pam4的直接探测光纤通信系统及通信方法
CN111049586A (zh) * 2019-12-25 2020-04-21 南京信息工程大学 一种基于降幅式概率成形的脉冲幅度位置调制系统
CN111181652A (zh) * 2019-12-26 2020-05-19 华侨大学 一种基于比特加权分布匹配的ps-pam4系统
CN111628789A (zh) * 2020-05-26 2020-09-04 复旦大学 一种基于混合概率整形和几何整形的信号生成方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘梦丽等: "Multi-distributed probabilistically shaped PAM-4 system for intra-data-center networks", 《CHINESE OPTICS LETTERS》 *
肖庆华: "基于概率整形调制的波分复用无源光网络系统", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113938209A (zh) * 2021-09-03 2022-01-14 华中科技大学 一种针对概率整形的脉冲幅度调制信号的整形方法及系统
CN113938209B (zh) * 2021-09-03 2022-10-28 华中科技大学 一种针对概率整形的脉冲幅度调制信号的整形方法及系统
CN114024818A (zh) * 2021-11-04 2022-02-08 北京邮电大学 基于幅度平移的概率整形四维qam调制方法及系统
CN114938259B (zh) * 2022-04-13 2023-04-25 苏州大学 概率整形pam-8信号短距离传输方法及系统
CN114938259A (zh) * 2022-04-13 2022-08-23 苏州大学 概率整形pam-8信号短距离传输方法及系统
CN114980143B (zh) * 2022-05-05 2023-06-16 华南理工大学 一种基于概率成形与ftn传输技术的概率因子寻优方法
CN114980143A (zh) * 2022-05-05 2022-08-30 华南理工大学 一种基于概率成形与ftn传输技术的概率因子寻优方法
WO2024016205A1 (en) * 2022-07-20 2024-01-25 Qualcomm Incorporated Gray mapping for variable-to-fixed distribution matching
CN115441954A (zh) * 2022-08-04 2022-12-06 武汉邮电科学研究院有限公司 一种概率整形的脉冲幅度调制方法、装置及系统
CN115441954B (zh) * 2022-08-04 2024-06-04 武汉邮电科学研究院有限公司 一种概率整形的脉冲幅度调制方法、装置及系统
WO2024045106A1 (en) * 2022-09-01 2024-03-07 Qualcomm Incorporated Probabilistic amplitude shaping including energy selection, composition determination, and amplitude symbol sequence determination
CN116346239A (zh) * 2022-12-06 2023-06-27 苏州大学 基于概率整形高阶qam相干光通信系统的矩形星座编码方法
CN115964906A (zh) * 2023-03-17 2023-04-14 巨霖科技(上海)有限公司 基于多边沿响应的pam3差分端口统计眼图仿真方法和装置
CN115987404A (zh) * 2023-03-20 2023-04-18 北京理工大学 基于预编码和概率整形联合优化的光子射频信号生成方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113193920B (zh) 2022-12-30
WO2022227296A1 (zh) 2022-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113193920B (zh) 概率整形pam-4信号传输方法及装置
CN109328451B (zh) 用于预编码超奈奎斯特信令的系统和方法
Jana et al. Pre-equalized faster-than-Nyquist transmission
WO2019191099A1 (en) Non-linear adaptive neural network equalizer in optical communication
CN114938259B (zh) 概率整形pam-8信号短距离传输方法及系统
US10148465B2 (en) Training assisted joint equalization
US11223504B2 (en) System and methods for multi-level signal transmission
US10567211B2 (en) Nonlinearity pre-compensation of high order modulation transmissions
CN110061761B (zh) 信号均衡方法及装置、光接收机
US11128500B1 (en) Method and apparatus for a lookup table-based coding mechanism for communication systems
CN105610517A (zh) 相干光接收机的迭代后均衡
Qin et al. Recurrent neural network based joint equalization and decoding method for trellis coded modulated optical communication system
Huang et al. Low-resolution optical transmission using joint shaping technique of signal probability and quantization noise
Bülow et al. Coded modulation of polarization-and space-multiplexed signals
Liu et al. Multi-distributed probabilistically shaped PAM-4 system for intra-data-center networks
CN117319847A (zh) 一种多维整形联合的相干端到端均衡系统
CN110740105B (zh) 信号处理方法和装置
Kuschnerov et al. Advances in deep learning for digital signal processing in coherent optical modems
Chen et al. Blind identification of the shaping rate for probabilistic shaping QAM signal
US11581944B2 (en) Optical transmission system
Cui et al. Trellis-Coded Modulation-Enabled Probabilistic Shaping with Simplified Viterbi Decoder for Bandwidth-Limited IMDD Systems
CN114204993A (zh) 基于多项式映射的特征构建的非线性均衡方法及系统
US20200287560A1 (en) Digital resolution enhancement for high speed digital-to-analog converters
CN115173950B (zh) 数据中心光互连系统及方法
Chen et al. Cost-Effective 40-Gbaud THP PS-PAM-4 C-Band IM/DD Transmission for 50-km Inter-DCI Utilizing 2-bit DAC

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant