一代(3,1)没有预编码矢量信号基于概率成形技术

文摘

在本文中,我们介绍了概率塑造(PS)技术的正常(3,1)矢量信号和模拟生成的PS(3,1)光子矢量信号在光传输系统。PS(3,1)光子矢量信号是由一个射频(RF)信号在12 GHz驾驶马赫曾德耳调制器——(MZM)基于光载波抑制(OCS)翻倍,和PS(3,1)光子不是预编码矢量信号。PS(3,1)光子矢量信号和正常使用(3、1)光子矢量信号传输在5公里,10公里,分别和单模光纤(SMF) 20公里。仿真结果表明,PS的误比特率(BER)(3,1)矢量信号小于前向纠错(FEC)阈值为3.810⁻³,误码性能优于正常(3,1)矢量信号4 Gbit / s和8 Gbit / s传播率。

1。介绍

光纤通信是一种通信方法使用激光作为载波,光纤作为传输介质,具有巨大的优势载体资源和传输衰减小。互联网业务已经爆炸,人们对信息的需求急剧膨胀,和带宽对网络数据服务的需求继续增加。现在,越来越多的视频流,以及云计算和移动数据传输提出了更高的要求在光学通信系统网络规模、通信速度、沟通能力,和通信距离。radio-over-fiber(学院)通信结合光通信和无线传输,提供高带宽的优势,低损耗,低功耗,和灵活的操作1- - - - - -6]。此外,矢量调制格式具有高频谱效率和允许更多的信息传播在有限的带宽,从而减少带宽要求光学设备(7]。传输能力是有效地增加了高射速的矢量调制系统,它被广泛用于驱动外部调节器使用低成本的射频(RF)信号,产生更稳定的光子矢量信号基于光载波抑制(OCS)技术(3- - - - - -6]。

因为电力限制引起的光纤通道,信号必须优化提高频谱效率和传输容量不会增加传输功率。概率塑造(PS)技术是一个很好的解决这些问题,因为它的目的是降低信号位置的概率高能源和增加信号位置的概率较低的能量,从而减少平均传输能量。从最近的研究,可以看出可以看出PS可以提供更长的传输距离、传输容量大,和更高的传输速率(8- - - - - -16),已成为一个热点问题的讨论。

目前,肖et al。17)证明(3,1)矢量信号的误比特率(BER)性能比正交相移键控(QPSK)矢量信号光传输。这个方案不需要振幅预编码,数据(3,1)矢量信号的获得主要是相位信息。结合的平方律特性光电探测器(PD),(3,1)之间的欧几里得距离矢量信号星座是平衡,有效地避免了阶段性预编码操作,减少系统的复杂性。调用本文PS技术进一步优化系统性能,和(3,1)光子矢量信号生成基于PS技术,以下简称PS(3,1)光子矢量信号。PS(3,1)光子信号生成的PS(3,1)电子矢量信号作为射频信号在12 GHz驱动外部马赫曾德耳调制器(MZM)。然后,PS(3,1)光子矢量信号由光传输系统传输模拟在5公里,10公里,分别和单模光纤(SMF) 20公里。仿真结果证明了方法的误码率低于前向纠错(FEC)阈值为3.8×10⁻³在光传输4 Gbit / s和8 Gbit / s的传输速率,和PS的误码性能(3,1)矢量信号比正常(3,1)的矢量信号。

2。原则

2.1。PS技术原理

PS调制优化技术,遵循我们的预定义的概率分布为每个符号的概率发生后的信号编码和映射。这个概率分布的特点是增加midzero位置星座点的发生概率,减少外三位置星座点的发生概率比正常(3,1)信号均匀分布,如图1。结果,发生概率低的误码率的星座位置的发生概率增加,高误码率下降星座位置,从而提高系统的误码性能。图1(一)显示正常的概率分布(3,1)信号星座位置,和图1 (b)显示了PS的概率分布(3,1)信号星座位置,分别。此外,PS的平均功率(3,1)信号的平均功率将低于正常(3,1)信号后减少的可能性的发生位置和更高的振幅,从而节约传输能量和有助于解决权力限制问题的非线性光学通信。

本文使用的概率分布是麦克斯韦玻耳兹曼分布如下: 一维符号,这是一个公式可以计算出每个分布的概率(3,1)信号的位置,在那里比例因子,其大的值代表一个更高层次的PS, M代表星座位置的数量。对多个信号,也可以写成

在这里,我们第一次设置的值的概率为0.4,然后外三位置星座点和星座点出现midzero立场是0.222626675641,0.222626675641,0.222626675641,和0.332119973077,分别。因此,实现信息率(空气)达到1.9756位/符号。由以下功率计算公式, 的平均相对实力PS(3,1)信号可以发现是0.6679,而正常(3,1)信号的平均功率为0.7500,这是1.1230倍的PS(3,1)信号。有必要设置这两个的平均功率等于增加可比性;因此,每个符号的振幅的PS(3,1)信号应该增加了1.0587倍,如图2。图2(一个)显示正常的星座(3,1)信号,和图2 (b)显示了星座的扩大PS(3,1)信号。

2.2。PS原理(3,1)光子信号生成向量

图3显示一个原理图的OCS-based PS(3,1)光子信号生成向量。首先,我们产生伪随机二进制序列(PRBS)在MATLAB,然后让每个符号(3,1)信号的编码和映射PS,使其发生概率服从我们的预定义的分布。之后,生成的PS(3,1)信号分为I和Q通道和混合两个正交的正弦射频信号阶段 ,分别,然后upconverted中频(IF)信号。最后,这两个信号叠加生成PS(3,1)电子矢量信号,如图3(a)。PS(3,1)电子向量作为射频信号,和PS(3,1)光子生成矢量信号然后通过MZM由RF驱动的。图3(b)显示了MZM输出功率之间的关系和直流(DC)偏置电压。的直流偏压MZM需要设置为最小传输点商务技术实现。生成的两个一阶显然,光载波的频率 。MZM输出的光信号的频谱图所示3(c), PD转换遵循平方律和数字3(d)和3(e)显示星座点PD之前和之后的变化,这是逐点映射具有相同的颜色。在比较,可以看出,星座点PD已经改变了阶段后“10”和“11”,只需要改变解码方法来纠正这种错误由于相变。

3所示。仿真系统的建设

图4研究显示了系统仿真平台建立了PS(3,1)矢量信号。在传输系统中,PS(3,1)电子矢量信号放大和作为射频驱动MZM生成PS(3,1)光子矢量信号。PS(3,1)电子矢量信号是在12 GHz MATLAB生成离线编程。伪随机位序列的长度是2¹⁴GSa,采样率设置为64 / s。可调谐外腔激光器(ECL)太赫兹传输中心频率为191.1,线宽设置100 kHz,和平均功率设定16 dBm。图4(一个)显示了PS的谱图(3,1)光子矢量信号MZM后= 0.4。PS(3,1)光子矢量信号后通过SMF传播一个掺铒光纤放大器(EDFA),和SMF的长度设置为5公里,10公里,20公里。SMF的衰减系数是0.210⁻³db / m, 1550海里的色散是1610⁻⁶s / m²和色散斜率为0.0810³s / m³。PD有1 a / W的敏感性,和图4(b)显示了PS的谱图(3,1)矢量信号后PD = 0.4,这是一个24 GHz载波带宽翻倍频后。最后,二进制序列恢复是通过数字信号处理(DSP),包括downconversion、色散补偿(CD),时钟提取、常数multimodulus算法(CMMA),盲目阶段搜索(BPS)算法和误码率的计算。

图5显示了星座PS(3、1)矢量信号的生成= 1.5 4 Gbit / s的传输速率在5公里SMF的光学系统。这些DSP步骤包括(a)原始信号的星座,(b)时钟提取后的星座,(c) CMMA后的星座,星座和(d)后个基点。外三位置的概率星座点和星座点出现midzero立场是0.133659657679,0.133659657679,0.133659657679,和0.599021026963,分别。更好的结果,显示了DSP在这里当接收到的光功率−27 dBm。很明显的图,数据集中在midzero位置,这是由于PS技术。

4所示。仿真结果

我们传送单载波正常(3,1)矢量信号和PS(3,1)矢量信号在4 - 8 = 0.4在5公里SMF Gbaud,分别。图6显示了误码率和波特率的两种情况当接收到的光功率−23 dBm。PS(3,1) 7点矢量信号Gbaud已经有一个误码率低于联邦选举委员会阈值为3.810⁻³,因此可实现的最大传输速率的单载波PS(3,1)矢量信号在5公里SMF的接收光功率达到7 Gbaud−23 dBm。PS的空气(3,1)矢量信号1.9756比特/符号,所以这里的最大比特率PS(3,1)矢量信号可以达到71.9756 = 13.8292 Gbit / s。7 Gbaud相同的波特率、误码率的正常(3,1)矢量信号高于3.810⁻³下面,这是联邦选举委员会在6 Gbaud阈值。因此,实现正常的最大传输速率与空气(3,1)矢量信号的2位/符号是6的接收光功率Gbaud−23 dBm。正常的最大比特率(3,1)矢量信号可以达到6= 12 Gbit / s,比PS的值小(3,1)矢量信号。仿真结果表明,PS的方方面面(3,1)信号是更好的比正常(3,1)信号在4 - 8 Gbaud,可以概括为PS技术是牺牲少量的谱熵大奖励的误码率性能。在下面,我们进一步研究改善通过PS技术系统的误码率性能。

考虑到谱熵的PS(3,1)矢量信号将会小于2位/符号,相同的波特率代表一个小偏离信息率,因此有必要比较误码性能在相同的比特率。数据7和8显示一个载波的方方面面正常(3,1)矢量信号和PS(3,1)矢量信号与接收光功率为5公里,20公里SMF传输4 Gbit / s和8 Gbit / s,分别。PS(3,1)光子生成矢量信号这里使用= 0.4,然后外三位置星座点的概率和midzero星座点位置出现是0.222626675641,0.222626675641,0.222626675641,和0.332119973077,分别。图7显示了误码率与接收到的光功率为四种不同的情况:(1)正常(3,1)信号5公里SMF 4 Gbit / s, (2) PS(3,1)信号5公里SMF 4 Gbit / s,(3)正常(3,1)信号20公里SMF 4 Gbit / s,和(4)PS(3,1)信号20公里SMF 4 Gbit / s。仿真结果表明,PS的方方面面(3,1)矢量信号在SMF小于20公里联邦选举委员会阈值为3.810⁻³当接收到的光功率−25 dBm,和整体的误码性能优于正常(3,1)矢量信号。这个结果与理论分析完全一致。图8也显示了误码率与接收到的光功率为四种不同的情况:(1)正常(3,1)信号5公里SMF 8 Gbit / s, (2) PS(3,1)信号5公里SMF 8 Gbit / s,(3)正常(3,1)信号20公里SMF 8 Gbit / s,和(4)PS(3,1)信号20公里SMF 8 Gbit / s。仿真结果表明,PS的方方面面(3,1)矢量信号在SMF小于20公里联邦选举委员会阈值为3.810⁻³当接收到的光功率−23 dBm和整体误码性能比正常(3,1)矢量信号。

图9显示正常的方方面面(3,1)矢量信号和PS(3,1)矢量信号与接收光功率为5公里,10公里,16岁和20公里SMF传输Gbit / s,分别。我们还设置了PS(3,1)光子生成矢量信号= 0.4。仿真结果表明,PS的方方面面(3,1)矢量信号超过5公里SMF的选举委员会的阈值小于3.810⁻³当接收到的光功率−22 dBm和PS的方方面面(3,1)矢量信号在10公里SMF小于选举委员会的阈值为3.810⁻³当接收到的光功率−20 dBm。此外,仿真结果表明,PS(3,1)矢量信号超过20公里SMF不到联邦选举委员会阈值为3.810⁻³16岁Gbit / s。然而,PS的总体系统性能(3,1)矢量信号仍比正常(3,1)的矢量信号。

5。结论

在本文中,我们介绍了PS技术正常(3,1)矢量信号和模拟生成的PS(3,1)光子矢量信号的光学系统。仿真结果表明,PS的最大可靠信息速率(3,1)矢量信号高于正常(3,1)矢量信号的仿真系统,和PS(3,1)矢量信号具有更好的误码性能比正常(3,1)矢量信号在同一4 Gbit / s的传输速率,8 Gbit / s, 16 Gbit / s。从上面的结果可以看出,PS技术平衡频谱效率和误码性能,使光传输系统的有效性和可靠性得到保证。

数据可用性

所有的数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由资金支持国家重点研究和发展项目的中国干细胞与转化研究(2018 yfb1801500);中国国家自然科学基金(61675048);研究项目信息科学重点实验室的电磁波(MOE) (EMW201911)。

引用

1. 李x, y, z张,j·肖和j . Yu”示范光学mm-wave 60 Gb / s w频段信号的全双工传输fiber-wireless-fiber网络,”IEEE通信信,18卷,不。12日,第2108 - 2105页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. 曹j . x Wang, z, j·肖和l .陈“SSBI缓解60 GHz OFDM-ROF系统基于训练序列的优化,“光学表达,19卷,不。9日,第8846 - 8839页,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. 肖张x, j . j ., z, y, j . Yu,”w频段8 qam信号向量代MZM-based光子频率八倍,”IEEE光子学技术信,27卷,不。12日,第1260 - 1257页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. j·肖,x, y, z, l . Chen和j . Yu”w频段OFDM信号光子向量生成雇佣一个马赫曾德耳调制器和预编码,“光学表达,23卷,不。18日,第24034 - 24029页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. l .赵l, m .辽、j .夏y彭日成,x史,”w频段8 qam向量毫米波信号生成基于两倍的频率没有pre-coding阶段,“IEEE访问7卷,第156983 - 156978页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. 李x”,优化预编码阶段分布向量信号倍频一代,“IEEE光子学》杂志,9卷,不。第三条ID 5502207, p . 2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. C.-T。林,P.-T。施,W.-J。江,E.-Z。黄、陈j。j和太极,“光子信号生成矢量在微波/毫米波波段采用光学频率四倍计划,”光学信,34卷,不。14日,第2173 - 2171页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. b . Liu x, y . Zhang et al .,“概率塑造为学院信息系统与外差相干检测,”APL光子学,卷2,不。5、文章ID 056104, 2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. b . Liu y . Zhang et al .,“PS star-16QAM性能比较和PS方形16 qam (square-16QAM)”IEEE光子学》杂志,9卷,不。6、文章ID 2760347, 1 - 8, 2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. m·p·Yankov d . Zibar k . j . Larsen l·p·b·克里斯坦森和s . Forchhammer”塑造为光纤通道QAM星座和高频谱效率,”IEEE光子学技术信,26卷,不。23日,第2410 - 2407页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. f . Buchali g . Bocherer w .空转,l . Schmalen p .肖特和f·施泰纳”演示实验的能力提高和rate-adaptation概率型64 - qam,”光通信的欧洲会议(ECOC)2015年12月,布鲁塞尔,比利时,。视图:谷歌学术搜索
12. c .锅和f·r·Kschischang概率16-QAM塑造在WDM系统中,“光波技术杂志》,34卷,不。18日,第4292 - 4285页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. w .空转、f . Buchali和l . Schmalen”现场演示1 Tbit / s super-channel网络使用概率型星座,”光学的欧洲会议沟通,杜塞尔多夫,德国,2016年9月。视图:谷歌学术搜索
14. t . Fehenberger a·阿尔瓦拉多g . Bocherer, n . Hanik”概率形成的非线性光纤通道正交调幅,”光波技术杂志》,34卷,不。21日,第5073 - 5063页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. f . Buchali f·施泰纳g . Bocherer l . Schmalen p .肖特和w .空转,“速度适应和达到增加概率型64 - qam:一个演示实验,”光波技术杂志》,34卷,不。7,1599 - 1609年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. m .香港和j . Yu”,性能改进概率形成的MIMO radio-over-fiber系统,”光学通信卷,407年,第91 - 87页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. 周j·肖,x, w . et al .,“代(3,1)矢量信号基于光载波抑制没有pre-coding,”光学信,45卷,不。4、2020。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2020年江南小et al。这是一个开放分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。