CN113541797B - 一种六模光纤的自适应概率成形方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种六模光纤的自适应概率成形方法及系统，涉及光纤通信技术领域，包括：获取六模光纤的六个模式的模场；根据六个模式的模场得到六模光纤的模式串扰；确定六模光纤的非简并模之间存在的模式时延；根据模式串扰和模式时延建立六模光纤信道模型；将原始信号输入六模光纤信道模型，得到输出信号；原始信号和输出信号均为六路16QAM信号；对比原始信号和输出信号，得到六模光纤的误码分布；根据六模光纤的误码分布确定原始信号中容易出现误码的信号和不容易出现误码的信号；对原始信号进行反馈调节，降低容易出现误码的信号的概率，提高不容易出现误码的信号的概率。本发明能够降低误码率。

Description

一种六模光纤的自适应概率成形方法及系统

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，特别是涉及一种六模光纤的自适应概率成形方法及系统。

背景技术

近年来随着大数据、人工智能等互联网热门技术大规模兴起，以及信息数据化的需求，信息行业对带宽和容量的需求飞速上升。因此，具有大带宽、高容量、高速率等优点的光纤通信系统会成为未来通信网络的趋势。到目前为止，光信号的振幅、相位、频率、偏振等已经得到充分利用。为了提高光纤容量，必须开辟光纤通信的新维度——空间维度，即空分复用(Spatial Division Multiplexing,SDM)。空分复用又包括两个方面：多芯光纤和少模光纤。其中，少模光纤中存在几个相互正交的本征模式，可以视为独立的信道。但是受到光纤自身缺陷和外界干扰的作用，模式正交受到破坏，模式之间发生模式串扰。以六模的少模光纤，即六模光纤为例，六模光纤存在模式串扰和模式时延两个问题，因而误码率高。

目前，概率整形(Probabilistic Shaping,PS)，即概率成形已经广泛应用于单芯单模光纤通信系统中，单芯单模光纤的概率成形采用麦克斯韦-玻尔兹曼分布(M-B)，可以降低误码率和发射功率，但是PS在信号中添加了冗余，导致互信息速率下降。而且目前仅有的单芯单模光纤的概率成形方法并不适用于六模光纤。基于六模光纤存在模式串扰和模式时延，因而误码率高的现状，本领域亟需一种针对于六模光纤的概率成形方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种六模光纤的自适应概率成形方法及系统，以降低误码率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种六模光纤的自适应概率成形方法，所述方法包括：

获取六模光纤的六个模式的模场；

根据所述六个模式的模场得到六模光纤的模式串扰；

确定六模光纤的非简并模之间存在的模式时延；

根据所述模式串扰和所述模式时延建立六模光纤信道模型；

将原始信号输入所述六模光纤信道模型，得到输出信号；所述原始信号和所述输出信号均为六路16QAM信号；

对比所述原始信号和所述输出信号，得到六模光纤的误码分布；

根据所述六模光纤的误码分布确定所述原始信号中容易出现误码的信号和不容易出现误码的信号；

对所述原始信号进行反馈调节，降低所述容易出现误码的信号的概率，提高所述不容易出现误码的信号的概率。

可选地，所述根据所述六个模式的模场得到六模光纤的模式串扰，具体包括：

根据光纤段之间的位移和旋转确定所述六模光纤的模式串扰。

可选地，所述根据光纤段之间的位移和旋转确定所述六模光纤的模式串扰，具体包括：

确定第m+1段光纤相对于第m段光纤的位移和旋转角度；其中，m和m+1表示相邻光纤段；

确定所述第m段光纤的第j模式的模场和所述第m+1段光纤的第i模式的模场；其中，i和j均表示所述六个模式中的任一模式；

根据所述位移、所述旋转角度、所述第j模式的模场和所述第i模式的模场，确定第m段光纤的第j模式到第m+1段光纤的第i模式的串扰大小；

根据所述第m段光纤的第j模式到第m+1段光纤的第i模式的串扰大小，得到所述六模光纤的模式串扰。

可选地，所述对比所述原始信号和所述输出信号，得到六模光纤的误码分布，具体包括：

确定所述原始信号的星座图和所述输出信号的星座图；

对比所述原始信号的星座图和所述输出信号的星座图，确定所述原始信号的星座图中发生错误的各星座点；

根据各所述星座点发生错误的数量占错误总数的比例，确定各所述星座点对应的误码分布；各所述星座点对应的误码分布共同构成六模光纤的误码分布。

可选地，所述根据所述六模光纤的误码分布确定所述原始信号中容易出现误码的信号和不容易出现误码的信号，具体包括：

根据所述原始信号的星座图确定内圈各所述星座点、中圈各所述星座点和外圈各所述星座点；

确定内圈各所述星座点对应的误码分布的平均值、中圈各所述星座点对应的误码分布的平均值和外圈各所述星座点对应的误码分布的平均值；

比较内圈各所述星座点对应的误码分布的平均值、中圈各所述星座点对应的误码分布的平均值和外圈各所述星座点对应的误码分布的平均值，将最大误码分布的平均值对应的各所述星座点作为容易出现误码的星座点；将最小误码分布的平均值对应的各所述星座点作为不容易出现误码的星座点；

将所述容易出现误码的星座点对应的信号作为容易出现误码的信号，将所述不容易出现误码的星座点对应的信号作为不容易出现误码的信号。

可选地，所述根据所述原始信号的星座图确定内圈各所述星座点、中圈各所述星座点和外圈各所述星座点，具体包括：

确定所述原始信号的星座图的中心点；

以所述中心点为原点，以第一半径、第二半径和第三半径分别作圆，得到包含内圈各所述星座点的第一圆、包含中圈各所述星座点的第二圆和包含外圈各所述星座点的第三圆；其中，所述第一半径小于所述第二半径，所述第二半径小于所述第三半径；所述第一圆包含4个星座点；所述第二圆包含8个星座点；所述第三圆包含4个星座点。

可选地，所述对所述原始信号进行反馈调节，降低所述容易出现误码的信号的概率，提高所述不容易出现误码的信号的概率，具体包括：

将所述最大误码分布的平均值作为所述不容易出现误码的信号的概率；将所述最小误码分布的平均值作为所述容易出现误码的信号的概率。

本发明还提供了如下方案：

一种六模光纤的自适应概率成形系统，所述系统包括：

模场获取模块，用于获取六模光纤的六个模式的模场；

模式串扰获得模块，用于根据所述六个模式的模场得到六模光纤的模式串扰；

模式时延确定模块，用于确定六模光纤的非简并模之间存在的模式时延；

六模光纤信道模型建立模块，用于根据所述模式串扰和所述模式时延建立六模光纤信道模型；

输出信号获得模块，用于将原始信号输入所述六模光纤信道模型，得到输出信号；所述原始信号和所述输出信号均为六路16QAM信号；

误码分布获得模块，用于对比所述原始信号和所述输出信号，得到六模光纤的误码分布；

误码信号确定模块，用于根据所述六模光纤的误码分布确定所述原始信号中容易出现误码的信号和不容易出现误码的信号；

原始信号反馈调节模块，用于对所述原始信号进行反馈调节，降低所述容易出现误码的信号的概率，提高所述不容易出现误码的信号的概率。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开的六模光纤的自适应概率成形方法及系统，根据模式串扰和模式时延建立六模光纤信道模型；将原始信号输入六模光纤信道模型，得到输出信号；对比原始信号和输出信号，得到六模光纤的误码分布；根据六模光纤的误码分布确定原始信号中容易出现误码的信号和不容易出现误码的信号；对原始信号进行反馈调节，降低容易出现误码的信号的概率，提高不容易出现误码的信号的概率，从而降低误码率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明六模光纤的自适应概率成形方法实施例的流程图；

图2为本发明六模光纤通信系统模型示意图；

图3为本发明六个模式的模场示意图；

图4为本发明位移和旋律理论少模光纤展示图；

图5为本发明K₂₆重积分计算示意图；

图6为本发明模式串扰后六个模式的星座图；

图7为经过CMMA均衡后的六个模式的星座图；

图8为本发明16QAM星座点的分类示意图；

图9为M-B分布的概率成形示意图；

图10为本发明六个模式的误码分布示意图；

图11为本发明自适应分布的概率成形示意图；

图12为本发明误码率图；

图13为本发明总互信息速率图；

图14为本发明六模光纤的自适应概率成形系统实施例的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种六模光纤的自适应概率成形方法及系统，以降低误码率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明六模光纤的自适应概率成形方法实施例的流程图。参见图1，该六模光纤的自适应概率成形方法包括：

步骤101：获取六模光纤的六个模式的模场。

步骤102：根据六个模式的模场得到六模光纤的模式串扰。

该步骤102具体包括：

根据光纤段之间的位移和旋转确定六模光纤的模式串扰。

其中，根据光纤段之间的位移和旋转确定六模光纤的模式串扰，具体包括：

确定第m+1段光纤相对于第m段光纤的位移和旋转角度；其中，m和m+1表示相邻光纤段。

确定第m段光纤的第j模式的模场和第m+1段光纤的第i模式的模场；其中，i和j均表示六个模式中的任一模式。

根据位移、旋转角度、第j模式的模场和第i模式的模场，确定第m段光纤的第j模式到第m+1段光纤的第i模式的串扰大小。

根据第m段光纤的第j模式到第m+1段光纤的第i模式的串扰大小，得到六模光纤的模式串扰。

步骤103：确定六模光纤的非简并模之间存在的模式时延。

步骤104：根据模式串扰和模式时延建立六模光纤信道模型。

步骤105：将原始信号输入六模光纤信道模型，得到输出信号；原始信号和输出信号均为六路16QAM信号。

步骤106：对比原始信号和输出信号，得到六模光纤的误码分布。

该步骤106具体包括：

确定原始信号的星座图和输出信号的星座图。

对比原始信号的星座图和输出信号的星座图，确定原始信号的星座图中发生错误的各星座点。

根据各星座点发生错误的数量占错误总数的比例，确定各星座点对应的误码分布；各星座点对应的误码分布共同构成六模光纤的误码分布。

步骤107：根据六模光纤的误码分布确定原始信号中容易出现误码的信号和不容易出现误码的信号。

该步骤107具体包括：

根据原始信号的星座图确定内圈各星座点、中圈各星座点和外圈各星座点。

确定内圈各星座点对应的误码分布的平均值、中圈各星座点对应的误码分布的平均值和外圈各星座点对应的误码分布的平均值。

比较内圈各星座点对应的误码分布的平均值、中圈各星座点对应的误码分布的平均值和外圈各星座点对应的误码分布的平均值，将最大误码分布的平均值对应的各星座点作为容易出现误码的星座点；将最小误码分布的平均值对应的各星座点作为不容易出现误码的星座点。

将容易出现误码的星座点对应的信号作为容易出现误码的信号，将不容易出现误码的星座点对应的信号作为不容易出现误码的信号。

其中，根据原始信号的星座图确定内圈各星座点、中圈各星座点和外圈各星座点，具体包括：

确定原始信号的星座图的中心点。

以中心点为原点，以第一半径、第二半径和第三半径分别作圆，得到包含内圈各星座点的第一圆、包含中圈各星座点的第二圆和包含外圈各星座点的第三圆；其中，第一半径小于第二半径，第二半径小于第三半径；第一圆包含4个星座点；第二圆包含8个星座点；第三圆包含4个星座点。

步骤108：对原始信号进行反馈调节，降低容易出现误码的信号的概率，提高不容易出现误码的信号的概率。

该步骤108具体包括：

将最大误码分布的平均值作为不容易出现误码的信号的概率；将最小误码分布的平均值作为容易出现误码的信号的概率。根据不容易出现误码的信号的概率和容易出现误码的信号的概率对原始信号进行反馈调节，具体为：根据不容易出现误码的信号的概率去调节不容易出现误码的信号，根据容易出现误码的信号的概率去调节容易出现误码的信号，以提高不容易出现误码的信号的概率，降低容易出现误码的信号的概率。

下面以具体实施例说明本发明的技术方案：

本发明六模光纤的自适应概率成形方法为一种基于六模光纤16QAM信号的自适应分布的概率成形方法，包括：

1、首先建立六模光纤通信系统模型，如图2所示。六模光纤的六个模式依次为LP01、LP11a、LP11b、LP21a、LP21b、LP02，各个模式的模场分别满足如下公式，模场示意图如图3所示。六个模场公式是六模光纤本身的属性，和信号无关。根据模场公式去建立六模光纤信道模型。六模光纤有模式串扰和模式时延两个内容。根据六个模式的模场公式得到六模光纤的模式串扰。模式串扰是少模光纤自身造成的，和信号无关。

六个模式LP01、LP11a、LP11b、LP21a、LP21b、LP02的模场公式(模场)依次为：

上述公式中，r和ψ是极坐标，ζ是模场直径，见表2。

如图4所示，将模式串扰等效为光纤段之间的位移和旋转，根据光纤段之间的位移和旋转确定六模光纤的模式串扰，虚线圆表示第m段光纤，实线圆表示第m+1段光纤。确定第m+1段光纤相对于第m段光纤的位移和旋转角度；其中，m和m+1表示相邻光纤段。确定第m段光纤的第j模式的模场和第m+1段光纤的第i模式的模场；其中，i和j均表示六个模式中的任一模式。根据位移、旋转角度、第j模式的模场和第i模式的模场，确定第m段光纤的第j模式到第m+1段光纤的第i模式的串扰大小。K_ij表示第m段的第j模式到第m+1段的第i模式的串扰大小，K_ij计算方式为两个模式的模场函数的重积分的归一化。其中第m段光纤模场不变，第m+1段光纤模场由于光纤段之间的位移和旋转发生同样的位移和旋转。归一化重积分K_ij具体公式如下：

上述公式中，分母是常数，用来进行归一化。以K₂₆为例，重积分过程如图5所示。

将模场公式代入归一化重积分公式中，根据第m段光纤的第j模式到第m+1段光纤的第i模式的串扰大小，得到六模光纤的模式串扰，经计算得到六模光纤的全部模式串扰K_ij如表1所示，表1中各个参数的取值如表2所示。将总的模式串扰表示为K：

表1 模式串扰表达式表

表2 位移和旋转理论的参数表

对于模式时延，简并模如：LP11a、LP11b、LP21a、LP21b之间没有模式时延，非简并模如LP01、LP11、LP21、LP02之间存在模式时延，具体数值如表3所示。确定六模光纤的非简并模之间存在的模式时延，模式时延表示为M：

表3 模式时延表

根据模式串扰和模式时延建立六模光纤信道模型，则信道函数(六模光纤信道模型)T可以用M和K表示为：

式中，Π是累乘，[]是向下取整。

将原始信号输入六模光纤信道模型，得到输出信号；原始信号和输出信号均为六路16QAM信号。假设六个模式的发送信号表示为X，接收信号表示为Y，将发送信号表示为矩阵X，接收信号表示为矩阵Y，信道函数为T，则满足：

Y＝ifft(T·fft(X))

式中，ifft和fft分别是傅里叶逆变换和傅里叶变换。以上建立了六模光纤信道模型

用该信道模型计算误码分布，进而进行自适应分布的概率成形。

2、然后测定六模光纤的误码分布。将六路的已知的、未进行PS的16QAM信号

分别送入六模光纤的六个模式，

代表六路信号a、b、c、d、e、f的组合，即已知的测试信号。测试信号经过六模光纤信道模型T，六个模式的星座图受到了不同程度的影响，如图6所示。对比原始信号和输出信号，得到六模光纤的误码分布。通过多模均衡技术(CMMA)，星座图得到了较好的恢复(CMMA可以均衡信号，对于无PS和自适应分布的信号，都需要采用CMMA进行均衡)，如图7所示。将原始信号和未进行MIMO均衡的接收信号(MIMO均衡会消除一部分串扰的影响，而本发明需要串扰导致的误码分布，即必须保留完整的串扰影响，因此未MIMO均衡的信号和原始信号对比，得到误码分布)，如图6所示做对比，即确定(获取)原始信号的星座图和输出信号的星座图，对比原始信号的星座图和输出信号的星座图，确定原始信号的星座图中发生错误的各星座点，根据各星座点发生错误的数量占错误总数的比例，确定各星座点对应的误码分布，各星座点对应的误码分布共同构成六模光纤的误码分布，即将接收到的信号和测试信号做对比，记录哪些原始信号(测试信号)和接收信号不同，具体为：记录测试信号哪些星座点和接收信号不同，即发生了错误，将这些星座点的数量除以错误总数(将某个星座点的错误数量除以错误总数)，得到误码分布，如图10所示。简单来说，误码分布就是某个星座点发生错误的数量占全体错误信号(所有星座点发生的错误数量之和)的比例。

3、接下来进行概率成形。概率成形是让星座点不均匀分布从而提高系统性能的技术，需要采用合适的分布方案。单模单芯光纤通常采用M-B分布方案，本发明提出适应六模光纤的自适应分布方案。如图8所示，将16QAM星座点分类为外圈、内圈和中圈，进一步的，中圈又可分为中a圈和中b圈。

a、首先是M-B分布的概率成形，根据M-B分布的概率成形公式：

设置成形参数υ＝0.1，x_i为星座点的坐标，则概率分布为内圈概率＝0.1190，中圈概率＝0.0535，外圈概率＝0.0240，如下式所示：

M-B:

内圈＝0.1190

中圈＝0.0535

外圈＝0.0240

星座点的概率分布如图9所示。

b、然后是自适应分布的概率成形。根据六模光纤的误码分布确定原始信号中容易出现误码的信号和不容易出现误码的信号。通过得到的误码分布，如图10所示，可以看出误码分布具有“凹”型(如图10中的第二幅图等)和“凸”型(如图10中的第一幅图等)。图10中展示了，如果内圈误码高于中圈误码，且高于外圈误码，在星座图上展示就是一个“凸”型，误码分布就是“凸”型。反之则是“凹”型。

对于“凹”型和“凸”型分别进行不同的自适应概率成形：对“凹”型的误码分布进行凸型的概率成形，设内圈、中圈、外圈的平均误码分布分别为E1、E2、E3，以内圈四个点的误码分布为例，取内圈四个点的误码分布的平均值作为内圈的平均误码分布，或者说是误码分布的平均值，则概率分布：内圈概率＝E3、中圈概率＝E2、外圈概率＝E1；对“凸”型的误码分布进行一个类似于凹型的概率成形，则概率分布：内圈概率＝E3、外圈概率＝E2、中a圈概率＝E1、中b圈概率＝E2，总结为下式：

自适应:

误码分布平均值：内圈E1，中圈E2，外圈E3

以图10的误码分布为例，对于采用如上的自适应分布的星座点的概率分布如图11所示。以上完成了自适应概率成型。对于“凸”型、“凹”型分别进行不一样的概率分布。对“凹”型举例。已知“凹”型的E1<E2<E3，即内圈的误码低，中圈的误码中等，外圈的误码高。为了降低误码率，就需要让容易出现误码的点的出现概率低，不容易出现误码的点的出现概率高。最后的结果是外圈的出现概率低，中圈的出现概率中等，内圈的出现概率低。

对“凸型举例。首先和“凹”型一样进行概率分布，得到的结果是外圈的出现概率大于中圈大于内圈。

然后分析特殊性：当外圈的出现概率高时，外圈由于模式串扰而造成的对其他激光模式信号的干扰也相应增大。同时外圈信号功率高，自身相应的高斯噪声也会更大。这两点要求降低外圈的出现概率，而误码分布要求提高外圈的出现概率。综合考虑这些因素，可以让外圈的相对降低一些，可以将外圈(4个点)的出现概率和中圈(8个点)一半的点的出现概率交换，在串扰、高斯噪声、误码分布之间取一个折中。

自适应分布，是根据六模光纤的误码分布，对输入信号进行反馈调节，降低容易出现误码的信号的概率，提高不容易出现误码的信号的概率的技术。反馈调节可以为：原始信号通过一个分布匹配器硬件，变成概率成形信号。分布匹配器采用分布匹配算法，可以根据需求调整信号的概率。算法通过向原始比特中添加冗余比特，比如000变成0001，这样改变了总体信号概率，可以看作降低了传输速率，比如传输4比特，其中属于信号的只有3比特。

4、最后评价系统性能。系统性能有两个指标：误码率和互信息速率。互信息速率表示系统有效信号的速率，以六个模式的互信息熵I之和表示。互信息速率I是系统性能的一个指标。互信息熵(互信息速率)I公式如下：

I(X；Y)＝H(Y)-H(Y|X)

其中H(Y)和H(Y|X)分别是边缘熵和条件熵，公式如下：

H(Y)＝-∑P(y)log(P(y))

H(Y|X)＝-∑P(x)H(Y|X＝x)

＝-∑P(x)∑P(y|x)log(P(y|x))

＝-∑∑P(x,y)log(P(y|x))

如图12误码率所示，M-B分布和自适应分布分别在SNR为14dB和16dB时满足通信阈值(3.8e-3)，且高信噪比下误码率性能接近，而无PS一直不能满足通信阈值。如图13总互信息速率所示，在M-B分布和自适应分布满足通信阈值后，自适应分布由于更加适应少模光纤的误码分布，互信息速率会大于M-B分布和无PS，此时自适应分布在误码率性能优于无PS和M-B分布。自适应分布是根据误码分布对输入信号进行反馈调节，相对于无PS和M-B分布而言，更加适应六模光纤。综上，采用自适应分布的概率成形，相较于无PS，在误码率性能和信息速率都有提升；而相较于M-B分布的概率成形，在误码率性能有小幅下降但是获得了信息速率的大幅提升。

下面对M-B分布的概率成形过程和本发明提出的自适应分布的概率成形过程进行对比说明：

对M-B分布的概率成形的具体实现过程：

M-B分布包含一个成形参数υ，设置υ＝0.1。M-B分布中的星座点的模值和出现概率是负相关，即模值越大出现概率越小，模值越小出现概率越大。针对16QAM信号，可以根据星座点的模值大小，将星座点分为三组：模值最小的四个点为内圈，模值最大的四个点为外圈，其余模值处于中间的八个点为内圈。根据公式

进行M-B分布的概率成形，在接收端进行MIMO均衡后，测量误码率和信息速率。M-B分布以信息速率为代价获得了更好的误码率性能，最终提高了有效信息速率。

本发明提出的自适应分布的具体实现过程简述如下：

首先是得到误码分布的过程。在发射端发送6路已知的、未进行PS的16QAM信号，分别进入六模光纤的六个模式。通过六模光纤信道之后，每一个模式的接收端对接收到的信号进行判决，和原始信号对比后得到误码信号。再将误码信号对应的原始信号的星座点进行累计，然后除以误码信号总数，即某个星座点出现错误占全部错误的比例，定义为误码分布。

然后是根据误码分布进行自适应分布的概率成形。在得到各个模式的误码分布后，分别求出内、中、外圈的误码分布。根据传输系统模型，误码分布主要有三种：“凸”型(内圈大于中圈，且大于外圈)和“凹”型(内圈小于中圈，且小于外圈)，以及已经无明显凹凸性(概率较低)。

对无明显凹凸性，执行M-B分布的概率成形。

对“凹”型误码分布进行自适应分布的概率成形。将内圈和外圈误码分布等同于概率分布：内圈的出现概率等于外圈的误码分布，外圈的出现概率等于内圈的误码分布，中圈的出现概率等于中圈的误码分布。

对“凸”型误码分布，如果同“凹”型的规律进行自适应分布的概率成形，即提高外圈出现概率，降低内圈出现概率，会降低自身的误码率。但是考虑到模式串扰的影响，当一个模式的外圈出现概率大时，其对其他模式造成的影响也会更大，同时信号功率提升还会造成更大的非线性。再考虑到“凸”型的误码分布，如果提高内圈的出现概率，则误码信号会更多。综合以上因素，将中圈的八个点再细分为中a圈的四个点和中b圈的四个点。首先外圈的出现概率等于中圈的误码分布，内圈的出现概率等于外圈的误码分布，中a圈的出现概率等于外圈的误码分布，中b圈的出现概率等于中圈的误码分布。如此就在单个模式的误码、六个模式的总误码、信息速率之间综合考虑，以实现更好的总体性能。

本发明主要展示了六模光纤通信系统(六模光纤的传输系统)中，建立通信系统模型

添加模式串扰和模式时延，在发射端进行M-B分布的PS过程，和根据六模光纤的误码分布进行自适应分布的PS过程。相较于传统的M-B分布，自适应分布根据误码分布对信号进行反馈，更加适应六模光纤信道，具有较好的误码率性能和信息速率。自适应分布是本发明相对于现有技术M-B分布的改进之处，M-B分布是针对高斯噪声的。自适应分布是根据测量得到的六模光纤的误码分布，对输入信号进行反馈调节的，更加适应信道。

本发明首先根据位移和旋转理论建立六模光纤的信道传输模型(通信系统模型)，信号在经过信道时受到了高斯白噪声、模式串扰和模式时延的影响。这里不考虑色散和非线性的影响，因为光纤长度较短。然后对输入信号进行M-B分布的概率成形和自适应分布的概率成形，在接收端测量误码率和信息速率。

本发明提供的一种基于六模光纤的自适应概率成形设计方法，在数字通信数字领域中可被广泛应用，该方法适用于六模光纤的16QAM信号的自适应概率成形方案。本发明针对于六模的少模光纤进行自适应概率成形，根据六模光纤的模式串扰影响下的误码分布，设计了适用于六模光纤的自适应分布的概率成形方案，综合考虑了对BER性能、互信息速率和信号功率的影响，获得了BER和信息速率的综合优化。本发明建立六模光纤的传输系统，提升信道容量，并在发送端采用PS技术对信号进行预处理，以提升信号的误码率性能。本发明提出基于PS技术的六模光纤的误码率性能提升方法，可以在接收端得到误码率性能和信息速率都较高的概率成形方案。

图14为本发明六模光纤的自适应概率成形系统实施例的结构图。参见图14，该六模光纤的自适应概率成形系统包括：

模场获取模块1401，用于获取六模光纤的六个模式的模场。

模式串扰获得模块1402，用于根据所述六个模式的模场得到六模光纤的模式串扰。

模式时延确定模块1403，用于确定六模光纤的非简并模之间存在的模式时延。

六模光纤信道模型建立模块1404，用于根据所述模式串扰和所述模式时延建立六模光纤信道模型。

输出信号获得模块1405，用于将原始信号输入所述六模光纤信道模型，得到输出信号；所述原始信号和所述输出信号均为六路16QAM信号。

误码分布获得模块1406，用于对比所述原始信号和所述输出信号，得到六模光纤的误码分布。

误码信号确定模块1407，用于根据所述六模光纤的误码分布确定所述原始信号中容易出现误码的信号和不容易出现误码的信号。

原始信号反馈调节模块1408，用于对所述原始信号进行反馈调节，降低所述容易出现误码的信号的概率，提高所述不容易出现误码的信号的概率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种六模光纤的自适应概率成形方法，其特征在于，所述方法包括：

获取六模光纤的六个模式的模场；

根据所述六个模式的模场得到六模光纤的模式串扰；

确定六模光纤的非简并模之间存在的模式时延；

根据所述模式串扰和所述模式时延建立六模光纤信道模型；

将原始信号输入所述六模光纤信道模型，得到输出信号；所述原始信号和所述输出信号均为六路16QAM信号；

对比所述原始信号和所述输出信号，得到六模光纤的误码分布；

根据所述六模光纤的误码分布确定所述原始信号中容易出现误码的信号和不容易出现误码的信号；

对所述原始信号进行反馈调节，降低所述容易出现误码的信号的概率，提高所述不容易出现误码的信号的概率；

所述根据所述六个模式的模场得到六模光纤的模式串扰，具体包括：

根据光纤段之间的位移和旋转确定所述六模光纤的模式串扰；

所述对比所述原始信号和所述输出信号，得到六模光纤的误码分布，具体包括：

确定所述原始信号的星座图和所述输出信号的星座图；

对比所述原始信号的星座图和所述输出信号的星座图，确定所述原始信号的星座图中发生错误的各星座点；

根据各所述星座点发生错误的数量占错误总数的比例，确定各所述星座点对应的误码分布；各所述星座点对应的误码分布共同构成六模光纤的误码分布。

2.根据权利要求1所述的六模光纤的自适应概率成形方法，其特征在于，所述根据光纤段之间的位移和旋转确定所述六模光纤的模式串扰，具体包括：

确定第m+1段光纤相对于第m段光纤的位移和旋转角度；其中，m和m+1表示相邻光纤段；

确定所述第m段光纤的第j模式的模场和所述第m+1段光纤的第i模式的模场；其中，i和j均表示所述六个模式中的任一模式；

根据所述位移、所述旋转角度、所述第j模式的模场和所述第i模式的模场，确定第m段光纤的第j模式到第m+1段光纤的第i模式的串扰大小；

根据所述第m段光纤的第j模式到第m+1段光纤的第i模式的串扰大小，得到所述六模光纤的模式串扰。

3.根据权利要求1所述的六模光纤的自适应概率成形方法，其特征在于，所述根据所述六模光纤的误码分布确定所述原始信号中容易出现误码的信号和不容易出现误码的信号，具体包括：

根据所述原始信号的星座图确定内圈各所述星座点、中圈各所述星座点和外圈各所述星座点；

确定内圈各所述星座点对应的误码分布的平均值、中圈各所述星座点对应的误码分布的平均值和外圈各所述星座点对应的误码分布的平均值；

比较内圈各所述星座点对应的误码分布的平均值、中圈各所述星座点对应的误码分布的平均值和外圈各所述星座点对应的误码分布的平均值，将最大误码分布的平均值对应的各所述星座点作为容易出现误码的星座点；将最小误码分布的平均值对应的各所述星座点作为不容易出现误码的星座点；

将所述容易出现误码的星座点对应的信号作为容易出现误码的信号，将所述不容易出现误码的星座点对应的信号作为不容易出现误码的信号。

4.根据权利要求3所述的六模光纤的自适应概率成形方法，其特征在于，所述根据所述原始信号的星座图确定内圈各所述星座点、中圈各所述星座点和外圈各所述星座点，具体包括：

确定所述原始信号的星座图的中心点；

以所述中心点为原点，以第一半径、第二半径和第三半径分别作圆，得到包含内圈各所述星座点的第一圆、包含中圈各所述星座点的第二圆和包含外圈各所述星座点的第三圆；其中，所述第一半径小于所述第二半径，所述第二半径小于所述第三半径；所述第一圆包含4个星座点；所述第二圆包含8个星座点；所述第三圆包含4个星座点。

5.根据权利要求3所述的六模光纤的自适应概率成形方法，其特征在于，所述对所述原始信号进行反馈调节，降低所述容易出现误码的信号的概率，提高所述不容易出现误码的信号的概率，具体包括：

将所述最大误码分布的平均值作为所述不容易出现误码的信号的概率；将所述最小误码分布的平均值作为所述容易出现误码的信号的概率。

6.一种六模光纤的自适应概率成形系统，其特征在于，所述系统包括：

模场获取模块，用于获取六模光纤的六个模式的模场；

模式串扰获得模块，用于根据所述六个模式的模场得到六模光纤的模式串扰；所述根据所述六个模式的模场得到六模光纤的模式串扰，具体包括：根据光纤段之间的位移和旋转确定所述六模光纤的模式串扰；

模式时延确定模块，用于确定六模光纤的非简并模之间存在的模式时延；

六模光纤信道模型建立模块，用于根据所述模式串扰和所述模式时延建立六模光纤信道模型；

输出信号获得模块，用于将原始信号输入所述六模光纤信道模型，得到输出信号；所述原始信号和所述输出信号均为六路16QAM信号；

误码分布获得模块，用于对比所述原始信号和所述输出信号，得到六模光纤的误码分布；所述对比所述原始信号和所述输出信号，得到六模光纤的误码分布，具体包括：确定所述原始信号的星座图和所述输出信号的星座图；对比所述原始信号的星座图和所述输出信号的星座图，确定所述原始信号的星座图中发生错误的各星座点；根据各所述星座点发生错误的数量占错误总数的比例，确定各所述星座点对应的误码分布；各所述星座点对应的误码分布共同构成六模光纤的误码分布；

误码信号确定模块，用于根据所述六模光纤的误码分布确定所述原始信号中容易出现误码的信号和不容易出现误码的信号；

原始信号反馈调节模块，用于对所述原始信号进行反馈调节，降低所述容易出现误码的信号的概率，提高所述不容易出现误码的信号的概率。

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