CN114024818A - 基于幅度平移的概率整形四维qam调制方法及系统 - Google Patents

基于幅度平移的概率整形四维qam调制方法及系统 Download PDF

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CN114024818A CN202111299785.3A CN202111299785A CN114024818A CN 114024818 A CN114024818 A CN 114024818A CN 202111299785 A CN202111299785 A CN 202111299785A CN 114024818 A CN114024818 A CN 114024818A
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忻向军
武天泽
刘博�
顾宇
姬怡情
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姚海鹏
王光全
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Abstract

本发明涉及一种基于幅度平移的概率整形四维QAM调制方法及系统，方法包括：采用集合分割理论将多个二进制比特进行概率幅度整形和幅度平移获得第一信号，以及将二进制比特进行概率幅度整形和幅度平移获得第二信号，将多个二进制比特进行映射转换获得第三信号；将第一信号、第二信号和第三信号进行组合获得传输信号；并对传输信号进行分离获得第一信号、第二信号和第三信号；将第三信号进行硬判决以及解调获得二进制比特；根据二进制比特和第二信号进行反向幅度平移以及PAS解调处理获得二进制比特；根据二进制比特和第一信号进行反向幅度平移以及PAS解调处理获得二进制比特。本发明将集合分割与概率整形相结合，降低了系统对于信噪比的要求。

Description

基于幅度平移的概率整形四维QAM调制方法及系统
技术领域
本发明涉及数字通信技术领域，特别是涉及一种基于幅度平移的概率整形四维QAM调制方法及系统。
背景技术
随着移动互联网、物联网、云计算、超高清视频等新兴业务的快速发展，对骨干网的传输速度和容量提出了更高的要求，满足快速增长的网络容量需求已经成为未来光纤通信技术面临的严峻挑战。提高信号传输的频谱效率是提升光纤通信系统容量极为重要的途径，因此超高频谱效率光纤传输技术的研究对信息产业发展具有非常重要的意义。
由香农定理可知，信道容量存在理论上的极限。大量理论研究表明，在信号满足高斯分布时可以无限接近这一极限，因此引入概率整形技术(PS)，将信息映射为符合高斯分布的非均匀信号。同时采用尽可能高阶的调制格式是接近这一极限的重要途径，超高阶调制格式可提升有限波长资源的情况下每符号所携带的比特数，提高频谱效率。而随着调制阶数的提高，信号对于信噪比的要求也越来越高。由于器件限制的原因，通信系统的信噪比在提高的某一最大值时将无法增加，这对于超高阶的调制格式来说是一个极大挑战，如何在信噪比不变的情况下提升超高阶调制系统的性能是通信领域研究的热点。
多维调制格式的出现引起了广泛的关注，其将编码与调制相结合，通过引入编码冗余对信号星座点进行集合的分割(SP)，在传输带宽和信息速率不变的情况下获得显著的编码增益，提升系统性能。同时PS可以让能量低的符号比能量高的符号出现的次数更多，在发射功率不变的情况下可增大星座图的最小欧式距离，降低误码率。将概率整形和基于集合分割的多维编码调制相优势相结合的超高阶调制格式，可以实现提升频谱效率的同时提升误码性能。
而传统的多维SP调制格式是通过对信息位进行异或运算来生成“奇偶校验位”，将奇偶校验位合并到信息位共同映射成4D符号进行传输。而在PS系统中，直接产生奇偶校验位和PS产生的优势并不兼容。在进行概率幅度整形(PAS)后，均匀二进制信息比特序列会生成非均匀幅值序列并生成发射信号，如果在这时将发射信号反映射成二进制标记进行异或来产生奇偶校验位，概率整形产生的增益将被抵消。而在概率整形之前进行异或编码，概率整形会重新分配每个符号携带的二进制比特，集合分割产生的增益也将不复存在。如何将二者有机结合降低超高阶QAM信号的误码性能是一个难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于幅度平移的概率整形四维QAM调制方法及系统，以实现将集合分割与概率整形相结合降低超高阶QAM信号的误码性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于幅度平移的概率整形四维QAM调制方法，所述方法包括：
发送端执行以下程序：
步骤S1：采用集合分割理论，将m个二进制比特进行概率幅度整形和幅度平移，获得n个第一信号和2n个二进制比特；
步骤S2：采用集合分割理论，将2n个二进制比特进行概率幅度整形和幅度平移，获得k个第二信号和2k个二进制比特；
步骤S3：将2k个二进制比特进行映射转换，获得k/2个第三信号；
步骤S4：将n个第一信号、k个第二信号和k/2个第三信号进行组合，获得传输信号；
接收端执行以下步骤：
步骤S5：获取传输信号，并对所述传输信号进行分离，获得n个第一信号、k个第二信号和k/2个第三信号；
步骤S6：将k/2个第三信号进行硬判决以及解调，获得2k个二进制比特；
步骤S7：根据2k个二进制比特和k个第二信号进行反向幅度平移以及PAS解调处理，获得2n个二进制比特；
步骤S8：根据2n个二进制比特和n个第一信号进行反向幅度平移以及PAS解调处理，获得m个二进制比特。
可选地，步骤S1具体包括：
步骤S11：将m个二进制比特进行双偏振的概率幅度整形PAS转换，获得n个非均匀幅度的4D偏振信号，所述偏振信号包括X偏振上2D信号和Y偏振上2D信号；
步骤S12：保持X偏振上的2D信号不变，将Y偏振上的2D信号分解为2个1D信号，同时按照子族约束条件SFC选择Y偏振上的2D信号应在的1D子集上进行幅度平移，获得二进制标记位和平移后的1D信号；
步骤S13：对平移后的两个1D信号进行组合，获得Y偏振上的2D组合信号；
步骤S14：将Y偏振上的2D组合信号与X偏振上2D信号再次进行组合，获得第一信号；
步骤S15：重复步骤12-步骤S14直至n次后获得n个第一信号。
可选地，步骤S2具体包括：
步骤S21：将2n个二进制比特进行双偏振的概率幅度整形PAS转换，获得k个非均匀幅度的4D偏振信号，所述偏振信号包括X偏振上2D信号和Y偏振上2D信号；
步骤S22：保持X偏振上的2D信号不变，将Y偏振上的2D信号分解为2个1D信号，同时按照子族约束条件SFC选择Y偏振上的2D信号应在的1D子集上进行幅度平移，获得二进制标记位和平移后的1D信号；
步骤S23：对平移后的两个1D信号进行组合，获得Y偏振上的2D组合信号；
步骤S24：将Y偏振上的2D组合信号与X偏振上2D信号再次进行组合，获得第二信号；
步骤S25：重复步骤22-步骤S24直至k次后获得k个第二信号。
可选地，步骤S13具体为：
判断Y偏振上的1D信号是否满足子族约束条件SFC；如果Y偏振上的1D信号满足子族约束条件SFC，则令
Figure BDA0003337865660000041
其中，sy,I、sy,Q分别表示同相I、正交相Q平移前的1D信号，
Figure BDA0003337865660000042
分别表示同相I、正交相Q平移后的1D信号，label产生二进制标记位0；如果Y偏振上的1D信号不满足子族约束条件SFC，则采用正向平移方法将Y偏振上的1D信号平移至互补1D子集的对应点上，并令二进制标记位为1。
可选地，采用正向平移方法将Y偏振上的1D信号平移至互补1D子集的对应点上，并令二进制标记位为1的具体公式为：
Figure BDA0003337865660000043
其中，sy,I、sy,Q分别表示同相I、正交相Q平移前的1D信号，
Figure BDA0003337865660000044
分别表示同相I、正交相Q平移后的1D信号，d表示相邻1D星座点间的距离，C1D表示1D星座点的幅值集合，min()和max()分别表示最小值和最大值，label表示二进制标记位。
可选地，子族约束条件SFC为A∪D、B∪C、C∪B和D∪A，其中，A、B、C、D分别表示4个2D子集。
本发明还提供一种基于幅度平移的概率整形四维QAM调制系统，所述系统包括：
发送端和接收端；
所述发送端包括：
第一转换模块，用于采用集合分割理论，将m个二进制比特进行概率幅度整形和幅度平移，获得n个第一信号和2n个二进制比特；
第二转换模块，用于采用集合分割理论，将2n个二进制比特进行概率幅度整形和幅度平移，获得k个第二信号和2k个二进制比特；
第三转换模块，用于将2k个二进制比特进行映射转换，获得k/2个第三信号；
组合模块，用于将n个第一信号、k个第二信号和k/2个第三信号进行组合，获得传输信号；
所述接收端包括：
分离模块，用于获取传输信号，并对所述传输信号进行分离，获得n个第一信号、k个第二信号和k/2个第三信号；
第四转换模块，用于将k/2个第三信号进行硬判决以及解调，获得2k个二进制比特；
第五转换模块，用于根据2k个二进制比特和k个第二信号进行反向幅度平移以及PAS解调处理，获得2n个二进制比特；
第六转换模块，用于根据2n个二进制比特和n个第一信号进行反向幅度平移以及PAS解调处理，获得m个二进制比特。
可选地，所述第一转换模块具体包括：
第一概率幅度整形单元，用于将m个二进制比特进行双偏振的概率幅度整形PAS转换，获得n个非均匀幅度的4D偏振信号，所述偏振信号包括X偏振上2D信号和Y偏振上2D信号；
第一幅度平移单元，用于保持X偏振上的2D信号不变，将Y偏振上的2D信号分解为2个1D信号，同时按照子族约束条件SFC选择Y偏振上的2D信号应在的1D子集上进行幅度平移，获得二进制标记位和平移后的1D信号；
第一组合单元，用于对平移后的两个1D信号进行组合，获得Y偏振上的2D组合信号；
第二组合单元，用于将Y偏振上的2D组合信号与X偏振上2D信号再次进行组合，获得第一信号；
第一重复单元，用于重复第一幅度平移单元-第二组合单元直至n次后获得n个第一信号。
可选地，所述第一幅度平移单元具体包括：
判断Y偏振上的1D信号是否满足子族约束条件SFC；如果Y偏振上的1D信号满足子族约束条件SFC，则令
Figure BDA0003337865660000061
其中，sy,I、sy,Q分别表示同相I、正交相Q平移前的1D信号，
Figure BDA0003337865660000062
分别表示同相I、正交相Q平移后的1D信号，label产生二进制标记位0；如果Y偏振上的1D信号不满足子族约束条件SFC，则采用正向平移方法将Y偏振上的1D信号平移至互补1D子集的对应点上，并令二进制标记位为1。
可选地，采用正向平移方法将Y偏振上的1D信号平移至互补1D子集的对应点上，并令二进制标记位为1的具体公式为：
Figure BDA0003337865660000063
其中，sy,I、sy,Q分别表示同相I、正交相Q平移前的1D信号，
Figure BDA0003337865660000064
分别表示同相I、正交相Q平移后的1D信号，d表示相邻1D星座点间的距离，C1D表示1D星座点的幅值集合，min()和max()分别表示最小值和最大值，label表示二进制标记位。
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：
本发明将集合分割与概率整形相结合，在实际通信系统中，牺牲少量频谱效率以保证超高阶QAM信号的误码性能，降低了系统对于信噪比的要求。
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为本发明基于幅度平移的概率整形四维QAM调制方法流程图；
图2为本发明星座集合分割过程示意图；
图3为本发明1024QAM不同调制格式下的误码率曲线图；
图4为本发明基于幅度平移的概率整形四维QAM调制系统结构图。
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基于幅度平移的概率整形四维QAM调制方法及系统，以实现将集合分割与概率整形相结合降低超高阶QAM信号的误码性能。
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。
如图1所示，本发明公开一种基于幅度平移的概率整形四维QAM调制方法，所述方法包括：
发送端执行以下程序：
步骤S1：采用集合分割理论，将m个二进制比特进行概率幅度整形和幅度平移，获得n个第一信号和2n个二进制比特。
步骤S2：采用集合分割理论，将2n个二进制比特进行概率幅度整形和幅度平移，获得k个第二信号和2k个二进制比特。
步骤S3：将2k个二进制比特进行映射转换，获得k/2个第三信号。
步骤S4：将n个第一信号、k个第二信号和k/2个第三信号进行组合，获得传输信号。
接收端执行以下步骤：
步骤S5：获取传输信号，并对所述传输信号进行分离，获得n个第一信号、k个第二信号和k/2个第三信号。
步骤S6：将k/2个第三信号进行硬判决以及解调，获得2k个二进制比特。
步骤S7：根据2k个二进制比特和k个第二信号进行反向幅度平移以及PAS解调处理，获得2n个二进制比特。
步骤S8：根据2n个二进制比特和n个第一信号进行反向幅度平移以及PAS解调处理，获得m个二进制比特。
下面对各个步骤进行详细论述：
本发明中1D代表的是1维，2D代表的是2维，4D代表的是4维，在后续论述中，不再逐一解释。如图2所示，获取1D星座；所述1D星座包括多个1D星座点，所述1D星座点可以在坐标系内表示，其中横轴为星座的幅值，纵轴为出现的概率。
将所述第一星座集合中的1D星座按照等间隔方式进行分割，获得2个1D子集；每个1D子集中包括多个1D星座点，1D星座点又称1D信号。1D子集中各1D星座点的最小欧式距离是未分割之前的2倍。
将2个1D子集进行组合获得4个2D子集，分别用字母A、B、C、D表示；每个2D子集中包括多个2D星座点，2D星座点又称2D信号。4个2D子集组成2D星座。2D子集中的星座点的最小欧式距离是原2D星座的2倍。
将4个2D子集进行组合获得4个4D子族，分别用字母A∪D、B∪C、C∪B、D∪A表示；每个4D子族中包括多个4D星座点，4D星座点又称4D信号。4个4D子族组成4D星座。4D子族集的星座点的最小欧式距离是原4D星座的2倍。
如图2所示，2D星座的每一个1维分量(在光纤通信系统中是同相及正交分量)所在的集合按照1D子集组合成2D子集A、B、C、D，以确保每一个2D子集中的星座点的最小欧式距离是原2D星座的2倍，最终将1D子集组合成4个4D子族(A∪D、B∪C、C∪B、D∪A)，形成4D信号所处的“子族约束条件(SFC)”以确保每一个4D子族中的星座点的最小欧式距离是原4D星座的2倍。本实施例中，子族约束条件SFC为A∪D、B∪C、C∪B和D∪A，其中，A、B、C、D分别表示4个2D子集。
发送端执行以下步骤：
步骤S1：将m个二进制比特(即Bm)进行概率幅度整形和幅度平移，获得n个第一信号(即
Figure BDA0003337865660000091
)和2n个二进制比特(即B2n)，具体包括：
步骤S11：将m个二进制比特进行双偏振的概率幅度整形PAS转换，获得n个非均匀幅度的4D偏振信号，所述偏振信号包括X偏振上2D信号和Y偏振上2D信号；概率幅度整形PAS的概率分布采用麦克斯韦-玻尔兹曼(MB)一族的分布。
同一时刻所对应的两个偏振的2D信号(即X偏振上2D信号和Y偏振上2D信号)分别为以下公式：
sx＝sx,I+isx,Q
sy＝sy,I+isy,Q
其中，sx表示X偏振上2D信号，sy表示Y偏振上2D信号，sx,I表示X偏振上2D信号的同相分量，sx,Q表示X偏振上2D信号的正交分量，sy,I表示Y偏振上2D信号的同相分量，sx,Q表示Y偏振上2D信号的正交分量。
步骤S12：保持X偏振上的2D信号不变，将Y偏振上的2D信号分解为2个1D信号，同时按照子族约束条件SFC选择Y偏振上的2D信号应在的1D子集上进行幅度平移，获得二进制标记位和平移后的1D信号，具体包括：
判断Y偏振上的1D信号是否满足子族约束条件SFC；如果Y偏振上的1D信号满足子族约束条件SFC，则令
Figure BDA0003337865660000092
其中，sy,I、sy,Q分别表示同相I、正交相Q平移前的1D信号，
Figure BDA0003337865660000093
分别表示同相I、正交相Q平移后的1D信号(即第二信号)，label产生二进制标记位0；如果Y偏振上的1D信号不满足子族约束条件SFC，则采用正向平移方法将Y偏振上的1D信号平移至互补1D子集(即另一个1D子集)的对应点上，并令二进制标记位为1。
本实施例中，采用正向平移方法将Y偏振上的1D信号平移至互补1D子集的对应点上，并令二进制标记位为1的具体公式为：
Figure BDA0003337865660000101
其中，sy,I、sy,Q分别表示同相I、正交相Q平移前的1D信号，
Figure BDA0003337865660000102
分别表示同相I、正交相Q平移后的1D信号，d表示相邻1D星座点间的距离，C1D表示1D星座点的幅值集合，min()和max()分别表示最小值和最大值，label表示二进制标记位。
步骤S13：对平移后的两个1D信号进行组合，获得Y偏振上的2D组合信号。
步骤S14：将Y偏振上的2D组合信号与X偏振上2D信号再次进行组合，获得第一信号；
步骤S15：重复步骤12-步骤S14直至n次后获得n个第一信号。
步骤S2：将2n个二进制比特(即B2n)分别进行概率幅度整形和幅度平移，获得k个第二信号(即
Figure BDA0003337865660000103
)和2k个二进制比特(即B2k)，具体包括：
步骤S21：将2n个二进制比特进行双偏振的概率幅度整形PAS转换，获得k个非均匀幅度的4D偏振信号，所述偏振信号包括X偏振上2D信号和Y偏振上2D信号；概率幅度整形PAS的概率分布采用麦克斯韦-玻尔兹曼(MB)一族的分布。
同一时刻所对应的两个偏振的2D信号(即X偏振上2D信号和Y偏振上2D信号)分别为以下公式：
sx＝sx,I+isx,Q
sy＝sy,I+isy,Q
其中，sx表示X偏振上2D信号，sy表示Y偏振上2D信号，sx,I表示X偏振上2D信号的同相分量，sx,Q表示X偏振上2D信号的正交分量，sy,I表示Y偏振上2D信号的同相分量，sx,Q表示Y偏振上2D信号的正交分量。
步骤S22：保持X偏振上的2D信号不变，将Y偏振上的2D信号分解为2个1D信号，同时按照子族约束条件SFC选择Y偏振上的2D信号应在的1D子集上进行幅度平移，获得二进制标记位和平移后的1D信号，具体包括：
判断Y偏振上的1D信号是否满足子族约束条件SFC；如果Y偏振上的1D信号满足子族约束条件SFC，则令
Figure BDA0003337865660000111
其中，sy,I、sy,Q分别表示同相I、正交相Q平移前的1D信号，
Figure BDA0003337865660000112
分别表示同相I、正交相Q平移后的1D信号，label产生二进制标记位0；如果Y偏振上的1D信号不满足子族约束条件SFC，则采用正向平移方法将Y偏振上的1D信号平移至互补1D子集(即另一个1D子集)的对应点上，并令二进制标记位为1。
本实施例中，采用正向平移方法将Y偏振上的1D信号平移至互补1D子集的对应点上，并令二进制标记位为1的具体公式为：
Figure BDA0003337865660000113
其中，sy,I、sy,Q分别表示同相I、正交相Q平移前的1D信号，
Figure BDA0003337865660000114
分别表示同相I、正交相Q平移后的1D信号，d表示相邻1D星座点间的距离，C1D表示1D星座点的幅值集合，min()和max()分别表示最小值和最大值，label表示二进制标记位。
步骤S23：对平移后的两个1D信号进行组合，获得Y偏振上的2D组合信号。
步骤S24：将Y偏振上的2D组合信号与X偏振上2D信号再次进行组合，获得第二信号。
步骤S25：重复步骤22-步骤S24直至k次后获得k个第二信号。
步骤S3：将2k个二进制比特(即B2k)进行映射转换，获得k/2个第三信号(即
Figure BDA0003337865660000121
)。本实施例中的映射转换为PM-QPSK，但不限于QPSK。
步骤S4：将n个第一信号(即
Figure BDA0003337865660000122
)、k个第二信号(即
Figure BDA0003337865660000123
)和k/2个第三信号(即
Figure BDA0003337865660000124
)进行组合，获得传输信号(即
Figure BDA0003337865660000125
)。
在信号产生过程中一个4D信号会产生两个二进制标记位，为了不影响系统的误码性能，将标记位再次经过相同的方法映射到1D星座中，第二转换模块的整形程度与第一转换模块的整形相同，如图2所示，m个二进制比特Bm进入到第一阶段的PAS和幅度平移中，产生n个第一信号
Figure BDA0003337865660000126
和2n个二进制标记比特B2n，标记比特进入到第二转换模块相同的过程产生k个第二信号
Figure BDA0003337865660000127
和2k个二进制比特B2k，步骤S2产生的比特与原始信息比特相比已经相当少，这一部分的比特可以直接映射为较为容易解调的调制格式例如PM-QPSK但不限于QPSK，将原始信息产生的第一信号(即4D-PS-SP-262144QAM信号)、第二信号(即4D-PS-SP-262144QAM信号)和第三信号(即PM-QPSK)按照特定排列方式在相同信道条件下一起进行传输。
按照上述方法产生的4D-PS信号在传输时满足集合分割的条件。在进行了幅度平移后对信号的概率分布会有一定影响，产生一个类MB分布，而在大尺度星座中微小的概率分布改变对于性能的影响微乎其微，因此没有讨论概率分布改变造成的影响。满足概率整形和集合分割后产生的4D信号共有(1024×1024)/4＝262144个星座点，因此命名为4D-PS-SP-262144QAM。4D表示4维信号，SP表示集合分割理论和PS表示概率整形技术，262144表示4D星座点的个数，QAM表示正交幅度调制。
接收端执行以下步骤：
步骤S5：获取传输信号，并对所述传输信号进行分离，获得n个第一信号(即
Figure BDA0003337865660000131
)、k个第二信号(即
Figure BDA0003337865660000132
)和k/2个第三信号(即
Figure BDA0003337865660000133
)。
步骤S6：将k/2个第三信号进行硬判决以及解调，获得2k个二进制比特(即B2k)。
步骤S7：根据2k个二进制比特(即B2k)和k个第二信号(即
Figure BDA0003337865660000134
)进行反向幅度平移以及PAS解调处理，获得2n个二进制比特(即B2n)。具体的，将第二信号(即4D信号)对应的Y偏振的2D信号进行投影，并将投影分解为两个1D分量。判断二进制标记位是否为1；如果二进制标记位为1，则将距离最小的4D子族对应的星座点平移到互补1D子集对应的星座点上，平移方向与发送端的平移反向相反；如果二进制标记位为0，则不作平移。对反向平移后的1D信号进行PAS解调，生成2n个二进制比特。PAS解调包括FEC译码和概率整形的译码。
步骤S8：根据2n个二进制比特(即B2n)和n个第一信号(即
Figure BDA0003337865660000135
)进行反向幅度平移以及PAS解调处理，获得m个二进制比特(即Bm)。具体的，将第一信号(即4D信号)对应的Y偏振的2D信号进行投影，并将投影分解为两个1D分量。判断二进制标记位是否为1；如果二进制标记位为1，则将距离最小的4D子族对应的星座点平移到互补1D子集对应的星座点上，平移方向与发送端的平移反向相反；如果二进制标记位为0，则不作平移。对反向平移后的1D信号进行PAS解调，生成2n个二进制比特。PAS解调包括FEC译码和概率整形的译码。
在步骤S7之前还包括：计算4D信号距离每一个4D子族中的的星座点的最小欧式距离以及最小欧式距离对应星座点，比较出4个4D子族中的最小欧式距离，选择距离最小的4D子族对应的星座点。
图3为信号解调后的误码率曲线图，由于在本发明中两个阶段进行的概率整形程度和集合分割策略相同，则两个阶段的误码性能也相同，所以由第二阶段标记比特产生的4D信号的pre-FEC误码率曲线代替整体性能曲线。从图3中看出在相同整形程度下，4D-PS-SP-262144QAM比普通PS-1024QAM在误码率为10e-3的条件下大约有2.5dB的提升，而频谱效率降低了约1bit/2D-symbol，在实际通信系统中，超高阶调制格式对于信噪比的要求非常高，本发明牺牲少量频谱效率以保证超高阶QAM信号的误码性能，降低了系统对于信噪比的要求。
实施例2
如图4所示，本发明还公开一种基于幅度平移的概率整形四维QAM调制系统，其特征在于，所述系统包括：发送端和接收端；
所述发送端包括：
第一转换模块401，用于采用集合分割理论，将m个二进制比特进行概率幅度整形和幅度平移，获得n个第一信号和2n个二进制比特。
第二转换模块402，用于采用集合分割理论，将2n个二进制比特进行概率幅度整形和幅度平移，获得k个第二信号和2k个二进制比特。
第三转换模块403，用于将2k个二进制比特进行映射转换，获得k/2个第三信号。
组合模块404，用于将n个第一信号、k个第二信号和k/2个第三信号进行组合，获得传输信号。
所述接收端包括：
分离模块405，用于获取传输信号，并对所述传输信号进行分离，获得n个第一信号、k个第二信号和k/2个第三信号。
第四转换模块406，用于将k/2个第三信号进行硬判决以及解调，获得2k个二进制比特。
第五转换模块407，用于根据2k个二进制比特和k个第二信号进行反向幅度平移以及PAS解调处理，获得2n个二进制比特。
第六转换模块408，用于根据2n个二进制比特和n个第一信号进行反向幅度平移以及PAS解调处理，获得m个二进制比特。
作为一种可选的实施方式，本发明所述第一转换模块401具体包括：
第一概率幅度整形单元，用于将m个二进制比特进行双偏振的概率幅度整形PAS转换，获得n个非均匀幅度的4D偏振信号，所述偏振信号包括X偏振上2D信号和Y偏振上2D信号。
第一幅度平移单元，用于保持X偏振上的2D信号不变，将Y偏振上的2D信号分解为2个1D信号，同时按照子族约束条件SFC选择Y偏振上的2D信号应在的1D子集上进行幅度平移，获得二进制标记位和平移后的1D信号。
第一组合单元，用于对平移后的两个1D信号进行组合，获得Y偏振上的2D组合信号。
第二组合单元，用于将Y偏振上的2D组合信号与X偏振上2D信号再次进行组合，获得第一信号。
第一重复单元，用于重复第一幅度平移单元-第二组合单元直至n次后获得n个第一信号。
作为一种可选的实施方式，本发明所述第一转换模块402具体包括：
第二概率幅度整形单元，用于将2n个二进制比特进行双偏振的概率幅度整形PAS转换，获得k个非均匀幅度的4D偏振信号，所述偏振信号包括X偏振上2D信号和Y偏振上2D信号。
第二幅度平移单元，用于保持X偏振上的2D信号不变，将Y偏振上的2D信号分解为2个1D信号，同时按照子族约束条件SFC选择Y偏振上的2D信号应在的1D子集上进行幅度平移，获得二进制标记位和平移后的1D信号。
第三组合单元，用于对平移后的两个1D信号进行组合，获得Y偏振上的2D组合信号。
第四组合单元，用于将Y偏振上的2D组合信号与X偏振上2D信号再次进行组合，获得第二信号。
第二重复单元，用于重复第二幅度平移单元-第四组合单元直至k次后获得k个第二信号。
与实施例1相同的部分在此不再逐一赘述。
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。
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 (10)

1.一种基于幅度平移的概率整形四维QAM调制方法，其特征在于，所述方法包括：
发送端执行以下程序：
步骤S1：采用集合分割理论，将m个二进制比特进行概率幅度整形和幅度平移，获得n个第一信号和2n个二进制比特；
步骤S2：采用集合分割理论，将2n个二进制比特进行概率幅度整形和幅度平移，获得k个第二信号和2k个二进制比特；
步骤S3：将2k个二进制比特进行映射转换，获得k/2个第三信号；
步骤S4：将n个第一信号、k个第二信号和k/2个第三信号进行组合，获得传输信号；
接收端执行以下步骤：
步骤S5：获取传输信号，并对所述传输信号进行分离，获得n个第一信号、k个第二信号和k/2个第三信号；
步骤S6：将k/2个第三信号进行硬判决以及解调，获得2k个二进制比特；
步骤S7：根据2k个二进制比特和k个第二信号进行反向幅度平移以及PAS解调处理，获得2n个二进制比特；
步骤S8：根据2n个二进制比特和n个第一信号进行反向幅度平移以及PAS解调处理，获得m个二进制比特。
2.根据权利要求1所述的基于幅度平移的概率整形四维QAM调制方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
步骤S11：将m个二进制比特进行双偏振的概率幅度整形PAS转换，获得n个非均匀幅度的4D偏振信号，所述偏振信号包括X偏振上2D信号和Y偏振上2D信号；
步骤S12：保持X偏振上的2D信号不变，将Y偏振上的2D信号分解为2个1D信号，同时按照子族约束条件SFC选择Y偏振上的2D信号应在的1D子集上进行幅度平移，获得二进制标记位和平移后的1D信号；
步骤S13：对平移后的两个1D信号进行组合，获得Y偏振上的2D组合信号；
步骤S14：将Y偏振上的2D组合信号与X偏振上2D信号再次进行组合，获得第一信号；
步骤S15：重复步骤12-步骤S14直至n次后获得n个第一信号。
3.根据权利要求1所述的基于幅度平移的概率整形四维QAM调制方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
步骤S21：将2n个二进制比特进行双偏振的概率幅度整形PAS转换，获得k个非均匀幅度的4D偏振信号，所述偏振信号包括X偏振上2D信号和Y偏振上2D信号；
步骤S22：保持X偏振上的2D信号不变，将Y偏振上的2D信号分解为2个1D信号，同时按照子族约束条件SFC选择Y偏振上的2D信号应在的1D子集上进行幅度平移，获得二进制标记位和平移后的1D信号；
步骤S23：对平移后的两个1D信号进行组合，获得Y偏振上的2D组合信号；
步骤S24：将Y偏振上的2D组合信号与X偏振上2D信号再次进行组合，获得第二信号；
步骤S25：重复步骤22-步骤S24直至k次后获得k个第二信号。
4.根据权利要求2所述的基于幅度平移的概率整形四维QAM调制方法，其特征在于，步骤S13具体为：
判断Y偏振上的1D信号是否满足子族约束条件SFC；如果Y偏振上的1D信号满足子族约束条件SFC，则令
Figure FDA0003337865650000021
其中，sy,I、sy,Q分别表示同相I、正交相Q平移前的1D信号，
Figure FDA0003337865650000022
分别表示同相I、正交相Q平移后的1D信号，label产生二进制标记位0；如果Y偏振上的1D信号不满足子族约束条件SFC，则采用正向平移方法将Y偏振上的1D信号平移至互补1D子集的对应点上，并令二进制标记位为1。
5.根据权利要求4所述的基于幅度平移的概率整形四维QAM调制方法，其特征在于，采用正向平移方法将Y偏振上的1D信号平移至互补1D子集的对应点上，并令二进制标记位为1的具体公式为：
Figure FDA0003337865650000031
其中，sy,I、sy,Q分别表示同相I、正交相Q平移前的1D信号，
Figure FDA0003337865650000032
分别表示同相I、正交相Q平移后的1D信号，d表示相邻1D星座点间的距离，C1D表示1D星座点的幅值集合，min()和max()分别表示最小值和最大值，label表示二进制标记位。
6.根据权利要求2所述的基于幅度平移的概率整形四维QAM调制方法，其特征在于，子族约束条件SFC为A∪D、B∪C、C∪B和D∪A，其中，A、B、C、D分别表示4个2D子集。
7.一种基于幅度平移的概率整形四维QAM调制系统，其特征在于，所述系统包括：
发送端和接收端；
所述发送端包括：
第一转换模块，用于采用集合分割理论，将m个二进制比特进行概率幅度整形和幅度平移，获得n个第一信号和2n个二进制比特；
第二转换模块，用于采用集合分割理论，将2n个二进制比特进行概率幅度整形和幅度平移，获得k个第二信号和2k个二进制比特；
第三转换模块，用于将2k个二进制比特进行映射转换，获得k/2个第三信号；
组合模块，用于将n个第一信号、k个第二信号和k/2个第三信号进行组合，获得传输信号；
所述接收端包括：
分离模块，用于获取传输信号，并对所述传输信号进行分离，获得n个第一信号、k个第二信号和k/2个第三信号；
第四转换模块，用于将k/2个第三信号进行硬判决以及解调，获得2k个二进制比特；
第五转换模块，用于根据2k个二进制比特和k个第二信号进行反向幅度平移以及PAS解调处理，获得2n个二进制比特；
第六转换模块，用于根据2n个二进制比特和n个第一信号进行反向幅度平移以及PAS解调处理，获得m个二进制比特。
8.根据权利要求7所述的基于幅度平移的概率整形四维QAM调制系统，其特征在于，所述第一转换模块具体包括：
第一概率幅度整形单元，用于将m个二进制比特进行双偏振的概率幅度整形PAS转换，获得n个非均匀幅度的4D偏振信号，所述偏振信号包括X偏振上2D信号和Y偏振上2D信号；
第一幅度平移单元，用于保持X偏振上的2D信号不变，将Y偏振上的2D信号分解为2个1D信号，同时按照子族约束条件SFC选择Y偏振上的2D信号应在的1D子集上进行幅度平移，获得二进制标记位和平移后的1D信号；
第一组合单元，用于对平移后的两个1D信号进行组合，获得Y偏振上的2D组合信号；
第二组合单元，用于将Y偏振上的2D组合信号与X偏振上2D信号再次进行组合，获得第一信号；
第一重复单元，用于重复第一幅度平移单元-第二组合单元直至n次后获得n个第一信号。
9.根据权利要求7所述的基于幅度平移的概率整形四维QAM调制系统，其特征在于，所述第一幅度平移单元具体包括：
判断Y偏振上的1D信号是否满足子族约束条件SFC；如果Y偏振上的1D信号满足子族约束条件SFC，则令
Figure FDA0003337865650000051
其中，sy,I、sy,Q分别表示同相I、正交相Q平移前的1D信号，
Figure FDA0003337865650000052
分别表示同相I、正交相Q平移后的1D信号，label产生二进制标记位0；如果Y偏振上的1D信号不满足子族约束条件SFC，则采用正向平移方法将Y偏振上的1D信号平移至互补1D子集的对应点上，并令二进制标记位为1。
10.根据权利要求9所述的基于幅度平移的概率整形四维QAM调制系统，其特征在于，采用正向平移方法将Y偏振上的1D信号平移至互补1D子集的对应点上，并令二进制标记位为1的具体公式为：
Figure FDA0003337865650000053
其中，sy,I、sy,Q分别表示同相I、正交相Q平移前的1D信号，
Figure FDA0003337865650000054
分别表示同相I、正交相Q平移后的1D信号，d表示相邻1D星座点间的距离，C1D表示1D星座点的幅值集合，min()和max()分别表示最小值和最大值，label表示二进制标记位。
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