CN116582187A - 基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，涉及光通信技术领域，所述方法包括：步骤1：对输入的基带信号进行线性调制，得到线性基带调制信号；步骤2：对线性基带调制信号进行光电转换，得到转换信号，然后将转换信号进行光电转换输出；步骤3：将光电转换输出的转换信号进行线性增益处理后，接收线形增益处理后的转换信号，然后进行线性基带信号解调，得到解调信号；步骤4：计算解调信号与线性增益后的转换信号的线性误差，然后将线性误差和历史线性误差进行组合后，得到组合误差；步骤5：自适应解码器对编码结果进行译码后，再进行解码，得到解码结果。提高了光电通信系统的可靠性、抗干扰能力和传输性能。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别涉及基于线性直驱的光模块通信自适应调制方法。
背景技术
随着信息时代的到来，光纤通信作为一种高速、大容量的通信传输技术，已经广泛应用于各个领域。光纤通信的关键是实现高效、可靠的光电信号转换，其中光电转换模块起着重要的作用。在光电转换模块中，编码解码技术是确保信号传输质量和系统性能的关键环节之一。
在传统的光电通信系统中，常用的编码解码技术包括非线性调制方法和固定编码解码方案。非线性调制方法通过非线性调制函数将基带信号映射到光载波上，以实现信号的传输。然而，非线性调制方法存在一些问题。首先，由于非线性特性，信号在传输过程中容易受到非线性失真的影响，导致信号质量下降。其次，非线性调制方法通常需要较复杂的硬件结构和算法实现，增加了系统的复杂性和成本。此外，非线性调制方法在抗干扰能力和系统稳定性方面也存在一定的挑战。
固定编码解码方案是另一种常用的方法，它通过预先设定的编码和解码规则实现信号的传输。然而，固定编码解码方案存在一些问题。首先，它们通常是针对特定的信道条件和传输环境设计的，对于不同的信道条件可能无法适应和优化系统性能。其次，固定编码解码方案无法应对信道条件的变化和噪声干扰的影响，无法实现动态调节和自适应优化。
为了克服传统方法中存在的问题，近年来出现了一些新的光电通信技术和编码解码方法。然而，这些技术往往还存在一些局限性。例如，某些方法仍然依赖于非线性调制，导致信号传输的非线性失真仍然存在。另一些方法虽然采用了自适应技术，但其自适应性能和解码能力还有待进一步提升。因此，需要寻求一种能够综合考虑传输质量、抗干扰能力和自适应性的编码解码方法，以提高光电通信系统的性能。
发明内容
本发明的目的是提供基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，提高了光电通信系统的可靠性、抗干扰能力和传输性能。
为解决上述技术问题，本发明提供基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，所述方法包括：
步骤1：对输入的基带信号进行线性调制，得到线性基带调制信号；
步骤2：对线性基带调制信号进行光电转换，得到转换信号，然后将转换信号进行光电转换输出；
步骤3：将光电转换输出的转换信号进行线性增益处理后，接收线形增益处理后的转换信号，然后进行线性基带信号解调，得到解调信号；
步骤4：计算解调信号与线性增益后的转换信号的线性误差，然后将线性误差和历史线性误差进行组合后，得到组合误差，将组合误差作为输入，输入到自适应编码器中，自适应编码器将输出编码结果；
步骤5：自适应解码器对编码结果进行译码后，再进行解码，得到解码结果。
进一步的，所述步骤1中对输入的基带信号进行线性调制，得到线性基带调制信号的方法包括：使用如下公式对输入的基带信号进行线性调制：；其中/>是幅度系数，/>表示输入的基带信号的第/>个符号，/>是线性调制函数，/>是符号间隔；/>为信号的长度，表征了输入的基带信号的符号数；/>为得到的线性基带调制信号。进一步的，所述线性调制函数为基于余弦波的高斯函数，使用如下公式进行表示：；其中，/>为载波频率，/>为高斯函数标准差，/>为高斯函数均值。进一步的，所述步骤2中对线性基带调制信号进行光电转换，得到转换信号，然后将转换信号进行光电转换输出的方法包括：使用如下公式对线性基带调制信号进行光电转换：；其中，其中/>是比例系数，/>是光电转换函数，/>是光纤传输响应函数，"/>"表示卷积运算；/>为光电转换得到的转换信号；使用如下公式将转换信号进行光电转换输出：/>；其中，/>为光电转换输出。进一步的，所述光电转换函数为：/>；其中，/>表示矩形函数，当/>时为1，否则为0；/>是光电转换函数的时间宽度参数，表示光电转换器件的响应时间。进一步的，所述光纤传输响应函数为：/>；其中，其中，/>是光纤传输的时间带宽参数，控制着函数的带宽和传输响应。
进一步的，所述步骤3中将光电转换输出的转换信号进行线性增益处理后，接收线形增益处理后的转换信号，然后进行线性基带信号解调，得到解调信号的方法包括：步骤3.1：使用如下公式将光电转换输出的转换信号进行线性增益处理：
其中，/>是接收信号的增益；/>为线形增益处理后的转换信号；
步骤3.2：使用如下公式进行线性基带信号解调，得到解调信号：；其中，其中/>是星座点集合，/>是星座点中的一个，/>为解调信号。
进一步的，所述步骤4包括：
步骤4.1：使用如下公式计算解调信号与线性增益后的转换信号的线性误差：；其中，/>是线性误差；
步骤4.2：将线性误差和历史线性误差进行组合后，得到组合误差，将组合误差作为输入，输入到自适应编码器；所述组合误差使用如下公式进行表示：；其中，/>为组合误差；/>是自适应编码器的系数；/>为历史线性误差；步骤4.3：自适应编码器将输出编码结果为/>，其中：；其中，/>表示自适应编码过程。
进一步的，所述步骤5中自适应解码器对编码结果进行译码的方法包括：使用如下公式对自适应编码结果进行译码：；其中，/>表示自适应译码过程；/>为自适应译码器的系数；/>为历史组合误差；进一步的，所述步骤5中进行解码，得到解码结果的方法包括：使用如下公式对自适应译码的结果进行解码：/>；其中，/>为解码系数。
本发明所提供的基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，具备如下有益效果：
首先，采用线性直驱的光电通信模块是本发明的核心特点之一。通过对输入的基带信号进行线性调制，使用线性调制函数将信号调制到光载波上，得到线性基带调制信号。相比于非线性调制方法，线性直驱模块具有简化硬件结构、降低功耗和减少系统复杂度的优势。线性调制保持了信号的线性性质，减少了非线性失真的影响，从而提高了信号的传输质量和可靠性。
其次，本发明引入了自适应编码解码方法，以优化系统性能。在解调过程中，通过计算解调信号与线性增益后的转换信号的线性误差，得到衡量解调准确性的指标。然后，将线性误差与历史线性误差进行组合，得到组合误差。这样的设计使得系统能够动态地调整编码和解码策略，以适应不同的信道条件和传输环境。自适应编码器根据组合误差进行编码，选择合适的编码结果。自适应解码器根据编码结果进行译码和解码，通过历史解码误差的加权累加，得到解码结果。这种自适应的机制可以提高系统对噪声和干扰的抵抗能力，增强信号的传输可靠性和稳定性。
此外，本发明还考虑了光纤传输响应函数和光电转换函数对系统性能的影响。通过选择合适的光纤传输响应函数和光电转换函数的参数，优化设计光电转换过程，可以进一步提高系统的传输性能和抗噪声干扰能力。光纤传输响应函数描述了信号在光纤中的衰减和失真情况，而光电转换函数描述了光信号转换为电信号的过程。通过合理选择参数和优化设计，可以使得系统在光纤传输过程中降低信号衰减和失真，提高信号的质量和传输距离。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法的方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
请参考图1，基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，所述方法包括：
步骤1：对输入的基带信号进行线性调制，得到线性基带调制信号；
在光电通信中，基带信号是指未经调制的信号，其频谱范围位于零频率附近。线性调制是一种调制技术，通过改变基带信号的幅度、频率或相位，将其转换为适合光纤传输的高频信号。在该步骤中，基带信号经过线性调制处理，产生线性基带调制信号。
步骤2：对线性基带调制信号进行光电转换，得到转换信号，然后将转换信号进行光电转换输出；
光电转换是将光信号转换为电信号的过程。在这一步骤中，线性基带调制信号经过光电转换器件，例如光电二极管或光电探测器，将其转换为相应的电信号。转换信号可以被进一步处理和传输。
步骤3：将光电转换输出的转换信号进行线性增益处理后，接收线形增益处理后的转换信号，然后进行线性基带信号解调，得到解调信号；
转换信号经过线性增益处理后，可以增加信号的强度，以提高信号的传输质量和抗干扰性能。接收端接收经过线性增益处理后的转换信号，并进行线性基带信号解调，将其转换回基带信号的形式，得到解调信号。
步骤4：计算解调信号与线性增益后的转换信号的线性误差，然后将线性误差和历史线性误差进行组合后，得到组合误差，将组合误差作为输入，输入到自适应编码器中，自适应编码器将输出编码结果；
通过比较解调信号和线性增益后的转换信号，计算它们之间的线性误差。然后，将当前的线性误差和历史线性误差进行组合，生成组合误差。接下来，将组合误差作为输入送入自适应编码器中。自适应编码器根据输入的组合误差，通过调整编码参数或编码算法，生成编码结果，以优化信号的传输质量和可靠性。
步骤5：自适应解码器对编码结果进行译码后，再进行解码，得到解码结果。
自适应解码器接收编码结果，首先进行译码操作，将编码结果转换为对应的解码信息。然后，解码器使用特定的解码算法对译码后的信息进行解码，以还原原始的基带信号或数据。最终，得到解码结果，即恢复了最初传输的信息。
优选地，所述步骤1中对输入的基带信号进行线性调制，得到线性基带调制信号的方法包括：使用如下公式对输入的基带信号进行线性调制：；其中/>是幅度系数，/>表示输入的基带信号的第/>个符号，/>是线性调制函数，/>是符号间隔；/>为信号的长度，表征了输入的基带信号的符号数；/>为得到的线性基带调制信号。
在线性调制中，基带信号通过乘以调制函数进行调制。公式中的表示输入基带信号的第/>个符号。通过对每个符号进行调制，可以将基带信号转换为高频信号，以便在光纤通信中传输。
调制函数描述了每个符号在时间上的变化。它可以是一个波形函数，通常是正弦函数或方波函数。调制函数决定了每个符号的频率和相位特性，从而影响了调制信号的频谱特性。
符号间隔表示每个符号的时间持续长度。通过控制符号间隔，可以控制信号的传输速率和带宽占用情况。较短的符号间隔可以实现高速传输，但可能需要更宽的带宽。
幅度系数是一个缩放因子，用于调整调制信号的幅度。它可以根据具体需求进行调整，以确保调制后的信号具有适当的幅度范围。
公式中的求和符号表示对所有符号进行求和操作，通过逐个符号进行调制，得到最终的线性基带调制信号。
优选地，所述线性调制函数为基于余弦波的高斯函数，使用如下公式进行表示：；其中，/>为载波频率，/>为高斯函数标准差，/>为高斯函数均值。
高斯函数是一种常见的连续概率分布函数，具有钟形曲线的形状。在这里，我们将其用于描述线性调制函数的波形特性。
线性调制函数采用余弦波形与高斯函数的乘积形式。余弦波形用于确定调制信号的频率，而高斯函数用于控制调制信号的幅度在时间上的变化。
载波频率决定了调制信号在频域中的位置，它是调制信号在载波上的频率偏移量。
高斯函数的标准差决定了调制信号在时间域上的展宽程度。较大的标准差会导致信号更宽的时间持续性，而较小的标准差则会导致信号更短的时间持续性。
高斯函数的均值控制了调制信号在时间轴上的位置。通过调整均值，可以使得信号在时间轴上向左或向右移动。
采用基于余弦波的高斯函数作为线性调制函数，可以在频域和时间域上实现较好的调制性能。其钟形曲线的特性可以提供较好的频谱集中度和抗干扰性能，同时也可以控制调制信号的时域展宽程度，使其适应不同的传输需求。
优选地，所述步骤2中对线性基带调制信号进行光电转换，得到转换信号，然后将转换信号进行光电转换输出的方法包括：使用如下公式对线性基带调制信号进行光电转换：；其中，其中/>是比例系数，/>是光电转换函数，/>是光纤传输响应函数，"/>"表示卷积运算；/>为光电转换得到的转换信号；使用如下公式将转换信号进行光电转换输出：/>；其中，/>为光电转换输出。
光电转换是将光信号转换为电信号的过程。将线性基带调制信号与光电转换函数/>和光纤传输响应函数/>进行卷积运算，并乘以比例系数/>，得到光电转换的转换信号/>。该过程模拟了光信号经过光电转换器件和光纤传输后的效果。
在每个符号间隔内，对转换信号进行积分操作，得到光电转换的输出信号。这个过程可以看作是对转换信号的时间平均，以获得对应的电信号。
通过以上公式的组合，可以将线性基带调制信号转换为光电信号，并输出对应的电信号。这个过程是光电转换的关键步骤，将调制后的信号转换为可以在电域中处理和传输的形式。这样，信号就可以进入下一步骤进行进一步的处理和解调。
优选地，所述光电转换函数为：；其中，/>表示矩形函数，当/>时为1，否则为0；/>是光电转换函数的时间宽度参数，表示光电转换器件的响应时间。
光电转换函数描述了光电转换器件对输入光信号的响应特性。在这里，我们采用矩形函数作为光电转换函数的形式，以简化计算和分析。
矩形函数在/>范围内为1，表示在光电转换器件响应时间内，对输入光信号进行完全响应。而在超过该范围外，表示光电转换器件不再对输入信号做出响应。
光电转换函数的时间宽度参数表示光电转换器件的响应时间。它决定了光信号转换为电信号的时间窗口长度，也反映了光电转换器件的响应速度和带宽特性。
优选地，所述光纤传输响应函数为：；其中，其中，/>是光纤传输的时间带宽参数，控制着函数的带宽和传输响应。
光纤传输响应函数描述了光信号在光纤传输过程中的衰减和失真情况。采用高斯函数形式的光纤传输响应函数可以描述光纤传输的频谱衰减特性和传输带宽。
高斯函数在数学上是一种钟形曲线，具有指数衰减的特性。光纤传输响应函数的形式采用了高斯函数，以反映光信号在光纤中的衰减和传输特性。
光纤传输响应函数中的是光纤传输的时间带宽参数。它控制了函数的带宽和传输响应，即影响光信号在光纤中传输时的频率响应范围和失真程度。较小的/>值表示更宽的频带和较好的传输响应，而较大的/>值则表示较窄的频带和较差的传输响应。
优选地，所述步骤3中将光电转换输出的转换信号进行线性增益处理后，接收线形增益处理后的转换信号，然后进行线性基带信号解调，得到解调信号的方法包括：步骤3.1：使用如下公式将光电转换输出的转换信号进行线性增益处理：其中，/>是接收信号的增益；/>为线形增益处理后的转换信号；
步骤3.2：使用如下公式进行线性基带信号解调，得到解调信号：；其中，其中/>是星座点集合，/>是星座点中的一个，/>为解调信号。
在光电通信中，星座点是指信号调制中的一组离散的复数值。它们通常用于表示调制信号的不同符号或级别。星座点在调制和解调过程中起着重要的作用，用于编码和解码信息。
以二进制相移键控（BinaryPhaseShiftKeying，BPSK）为例，它是一种常见的数字调制方式。BPSK中使用两个星座点，通常表示为正弦波和反相的正弦波。其中一个星座点表示二进制数字1，另一个表示二进制数字0。解调器通过比较接收到的信号与这两个星座点的相位差来判断传输的二进制信息。
对于更高级别的调制方式，如四进制相移键控（QuadraturePhaseShiftKeying，QPSK）或16进制相移键控（16-QuadratureAmplitudeModulation，16-QAM），会使用更多的星座点来表示不同的符号。星座点的位置和相对位置决定了调制信号的特性和可区分的符号数量。
需要注意的是，星座点的具体位置和数量是根据调制方式和调制器的设计而确定的。它们通常是均匀分布在一个复数平面上，以便在解调过程中准确恢复原始信号。星座点的选择和优化是调制方案设计中的关键部分，以确保高传输效率和低误码率。
在步骤3.1中，通过公式将光电转换输出的信号进行线性增益处理，使用线性增益系数对转换信号进行放大处理，以增加信号的强度，提高信号的可靠性和抗干扰性能。
在步骤3.2中，通过公式进行线性基带信号的解调操作。解调的目标是通过与发送端相同的调制函数和星座点集合/>，从线性增益处理后的转换信号中恢复出原始的基带信号。通过计算转换信号与各个星座点调制后的误差，选择与误差最小的星座点对应的符号作为解调信号的恢复结果。
优选地，所述步骤4包括：
步骤4.1：使用如下公式计算解调信号与线性增益后的转换信号的线性误差：；其中，/>是线性误差；步骤4.2：将线性误差和历史线性误差进行组合后，得到组合误差，将组合误差作为输入，输入到自适应编码器；所述组合误差使用如下公式进行表示：/>；其中，/>为组合误差；/>是自适应编码器的系数；/>为历史线性误差；步骤4.3：自适应编码器将输出编码结果为/>，其中：/>；其中，/>表示自适应编码过程。
在步骤4.1中，计算了解调信号与线性增益后的转换信号之间的线性误差。线性误差表示了解调信号与期望信号之间的差异，用于衡量解调的准确性。
在步骤4.2中，将线性误差和历史线性误差进行组合得到组合误差。历史线性误差通过系数进行加权累加，以考虑先前的误差对当前误差的影响。
在步骤4.3中，组合误差作为输入传入自适应编码器，通过自适应编码算法对其进行编码。自适应编码器根据组合误差的特性和编码策略；通过编码算法将组合误差转换为编码结果。这个过程可以根据具体的编码方案进行设计，以实现对组合误差的有效编码。
优选地，所述步骤5中自适应解码器对编码结果进行译码的方法包括：使用如下公式对自适应编码结果进行译码：；其中，/>表示自适应译码过程；/>为自适应译码器的系数；/>为历史组合误差；优选地，所述步骤5中进行解码，得到解码结果的方法包括：使用如下公式对自适应译码的结果进行解码：；其中，/>为解码系数。
通过自适应译码过程对编码结果进行译码操作，得到自适应译码的结果。该过程利用编码结果/>和历史组合误差/>，通过译码算法进行解码操作，并考虑历史组合误差对当前译码结果的影响。
通过解码算法对自适应译码结果进行解码操作，得到解码结果。该过程根据自适应译码结果/>和历史解码误差/>，通过解码系数/>进行加权累加，得到当前解码结果。解码系数用于调整历史解码误差对当前解码结果的影响。
以上对本发明所提供的详细介绍。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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：对输入的基带信号进行线性调制，得到线性基带调制信号；
步骤2：对线性基带调制信号进行光电转换，得到转换信号，然后将转换信号进行光电转换输出；
步骤3：将光电转换输出的转换信号进行线性增益处理后，接收线形增益处理后的转换信号，然后进行线性基带信号解调，得到解调信号；
步骤4：计算解调信号与线性增益后的转换信号的线性误差，然后将线性误差和历史线性误差进行组合后，得到组合误差，将组合误差作为输入，输入到自适应编码器中，自适应编码器将输出编码结果；
步骤5：自适应解码器对编码结果进行译码后，再进行解码，得到解码结果。
2.如权利要求1所述的基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，其特征在于，所述步骤1中对输入的基带信号进行线性调制，得到线性基带调制信号的方法包括：使用如下公式对输入的基带信号进行线性调制：
；
其中是幅度系数，/>表示输入的基带信号的第/>个符号，/>是线性调制函数，/>是符号间隔；/>为信号的长度，表征了输入的基带信号的符号数；/>为得到的线性基带调制信号。
3.如权利要求2所述的基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，其特征在于，所述线性调制函数为基于余弦波的高斯函数，使用如下公式进行表示：；其中，/>为载波频率，/>为高斯函数标准差，/>为高斯函数均值。
4.如权利要求3所述的基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，其特征在于，所述步骤2中对线性基带调制信号进行光电转换，得到转换信号，然后将转换信号进行光电转换输出的方法包括：使用如下公式对线性基带调制信号进行光电转换：；其中，其中/>是比例系数，/>是光电转换函数，/>是光纤传输响应函数，"/>"表示卷积运算；/>为光电转换得到的转换信号；
使用如下公式将转换信号进行光电转换输出：；其中，/>为光电转换输出。
5.如权利要求4所述的基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，其特征在于，所述光电转换函数为：；其中，/>表示矩形函数，当/>时为1，否则为0；/>是光电转换函数的时间宽度参数，表示光电转换器件的响应时间。
6.如权利要求5所述的基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，其特征在于，所述光纤传输响应函数为：；其中，其中，/>是光纤传输的时间带宽参数，控制着函数的带宽和传输响应。
7.如权利要求6所述的基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，其特征在于，所述步骤3中将光电转换输出的转换信号进行线性增益处理后，接收线形增益处理后的转换信号，然后进行线性基带信号解调，得到解调信号的方法包括：
步骤3.1：使用如下公式将光电转换输出的转换信号进行线性增益处理：其中，/>是接收信号的增益；/>为线形增益处理后的转换信号；
步骤3.2：使用如下公式进行线性基带信号解调，得到解调信号：；其中，其中/>是星座点集合，/>是星座点中的一个，/>为解调信号。
8.如权利要求7所述的基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，其特征在于，所述步骤4包括：
步骤4.1：使用如下公式计算解调信号与线性增益后的转换信号的线性误差：；其中，/>是线性误差；步骤4.2：将线性误差和历史线性误差进行组合后，得到组合误差，将组合误差作为输入，输入到自适应编码器；所述组合误差使用如下公式进行表示：/>；其中，/>为组合误差；/>是自适应编码器的系数；/>为历史线性误差；步骤4.3：自适应编码器将输出编码结果为/>，其中：/>；其中，/>表示自适应编码过程。
9.如权利要求8所述的基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，其特征在于，所述步骤5中自适应解码器对编码结果进行译码的方法包括：使用如下公式对自适应编码结果进行译码：；其中，/>表示自适应译码过程；/>为自适应译码器的系数；/>为历史组合误差。
10.如权利要求9所述的基于线性直驱的光电通信模块自适应编码解码方法，其特征在于，所述步骤5中进行解码，得到解码结果的方法包括：使用如下公式对自适应译码的结果进行解码：；其中，/>为解码系数。
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