本發(fā)明涉及一種多維星座圖映射增強(qiáng)型正交啁啾復(fù)用光傳輸發(fā)送方法、接收方法及系統(tǒng)，屬于光通信。

背景技術(shù)：

1、隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)以及云計(jì)算等技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)流量的激增對短距離數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容能力提出了挑戰(zhàn)。在短距離光通信系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)低成本的高速、大容量數(shù)據(jù)傳輸，通常采用直接調(diào)制-直接檢測（im-dd）技術(shù)。為了提高傳輸速率和容量，需要使用多電平調(diào)制技術(shù)，其中pam（脈沖幅度調(diào)制）、dd-ofdm（直接檢測-正交頻分復(fù)用）調(diào)制和cap（無載波幅度相位）調(diào)制是國際上的主流方案，而dd-ofdm調(diào)制方案因其頻帶利用率高以及抗信道衰落能力強(qiáng)等特點(diǎn)受到了業(yè)界和學(xué)術(shù)界極大關(guān)注，但也存在光纖色散導(dǎo)致的信號頻率選擇性衰落和循環(huán)前綴（cp）過長導(dǎo)致的頻譜效率降低問題。

2、為了解決這些問題并提高傳輸容量，研究者們開始探索高階星座映射技術(shù)。高階星座映射可以增加每個(gè)符號攜帶的比特?cái)?shù)，從而提高傳輸?shù)男畔⒘?。然而，隨著星座圖階數(shù)的提高，星座點(diǎn)之間的最小歐氏距離（med）減小，星座增益指數(shù)（cfm）降低，導(dǎo)致譯碼錯(cuò)誤率增加。

3、正交啁啾復(fù)用（ocdm）技術(shù)作為一種新型的多載波調(diào)制方案，提供了比ofdm更優(yōu)越的性能和相似的復(fù)雜度。ocdm通過將信號調(diào)制到正交啁啾子載波上并疊加發(fā)送，利用啁啾子載波的脈沖壓縮和擴(kuò)頻能力來有效對抗頻率選擇性衰落。與ofdm相比，ocdm在保持頻譜效率的同時(shí)，具有更好的抗干擾能力和更短的cp。為了進(jìn)一步提高ocdm的傳輸容量，研究者們擴(kuò)展了星座圖的維度，使用高維星座點(diǎn)來攜帶更多的比特?cái)?shù)據(jù)并增加med。但這種維度擴(kuò)展也可能導(dǎo)致傳輸信號帶寬的增加和頻譜效率的降低，這是未來研究需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種多維星座圖映射增強(qiáng)型正交啁啾復(fù)用光傳輸發(fā)送方法、接收方法及系統(tǒng)，能夠使用更高維度的信號空間來表示數(shù)據(jù)，從而在相同的頻譜條件下傳輸更多的信息。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

3、第一方面，本發(fā)明提供一種多維星座圖映射增強(qiáng)型正交啁啾復(fù)用光傳輸發(fā)送方法，包括：

4、獲取待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將所述待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成原始信號比特流；

5、將所述原始信號比特流通過預(yù)設(shè)的四維星座圖模型映射，生成四維星座點(diǎn)信號序列，并將所述四維星座點(diǎn)信號序列進(jìn)行劃分，劃分為第一支路信號和第二支路信號；

6、對所述第一支路信號和第二支路信號分別進(jìn)行ocdm調(diào)制，生成第一時(shí)域發(fā)送信號序列和第二時(shí)域發(fā)送信號序列；

7、將所述第一時(shí)域發(fā)送信號序列和第二時(shí)域發(fā)送信號序列進(jìn)行功率分配并疊加，形成最終的發(fā)送信號。

8、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)的四維星座圖模型，包括：

9、選取二維平面內(nèi)半徑為r的圓上均勻分布的多個(gè)點(diǎn)，并將所述多個(gè)點(diǎn)擴(kuò)展到半徑為r的三維球面上，得到第一三維星座圖；

10、將所述二維平面內(nèi)半徑為r的圓上均勻分布的多個(gè)點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度，形成新二維星座圖，并將所述新二維星座圖擴(kuò)展到半徑為r的三維球面上，得到第二三維星座圖；

11、以所述第一三維星座圖、第二三維星座圖為基，并在所述三維星座圖中添加第四個(gè)維度，得到四維星座圖模型。

12、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步地，所述四維星座圖模型的表達(dá)式為：

13、

14、約束條件：

15、

16、其中，表示四維星座圖的增益指數(shù)的最小值；表示第i個(gè)星座點(diǎn)；表示第n個(gè)星座點(diǎn)；i表示選取的星座點(diǎn)序號；n表示選取的星座點(diǎn)序號；r表示三維球狀星座圖的球半徑；表示四維星座點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角度。

17、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步地，將所述四維星座點(diǎn)信號序列進(jìn)行劃分，包括：

18、將所述四維星座點(diǎn)信號序列中的星座點(diǎn)坐標(biāo)中的四個(gè)實(shí)數(shù)任意組合成兩個(gè)復(fù)數(shù)，形成序列長度為2n的新星座點(diǎn)信號序列；

19、將所述新星座點(diǎn)信號序列在序列長度為n處進(jìn)行劃分，所述n處的前半部分為第一支路信號，所述n處的后半部分為第二支路信號，并在所述第一支路信號添加訓(xùn)練序列ts1和零序列以及第二支路信號添加訓(xùn)練序列ts2和零序列。

20、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步地，所述ocdm調(diào)制的表達(dá)式為：

21、

22、其中，表示已調(diào)制的第一支路信號；表示已調(diào)制的第二支路信號；表示離散逆菲涅爾變換矩陣；表示第一支路信號；表示第二支路信號；表示對第一支路信號按照ocdm子載波數(shù)與符號數(shù)進(jìn)行串并變換；表示對第二支路信號按照ocdm子載波數(shù)與符號數(shù)進(jìn)行串并變換；表示第一附加相位矩陣；表示第二附加相位矩陣；f表示第四維度。

23、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步地，將所述第一時(shí)域發(fā)送信號序列和第二時(shí)域發(fā)送信號序列進(jìn)行功率分配并疊加，包括：

24、將所述第一時(shí)域發(fā)送信號序列和第二時(shí)域發(fā)送信號序列分別依次進(jìn)行并串變換、數(shù)字上變頻操作，并利用ndma中的功率分配技術(shù)對經(jīng)過并串變換、數(shù)字上變頻的第一時(shí)域發(fā)送信號序列和第二時(shí)域發(fā)送信號序列進(jìn)行功率分配，形成多個(gè)pdm信號，且所述pdm信號的表達(dá)式為：

25、

26、其中，表示第一支路分配的權(quán)重；表示第二支路分配的權(quán)重；表示經(jīng)過并串變換和數(shù)字上變頻后的第一支路信號；表示經(jīng)過并串變換和數(shù)字上變頻后的第二支路信號；表示pdm信號；

27、將所述多個(gè)pdm信號進(jìn)行疊加，形成最終的發(fā)送信號。

28、第二方面，一種多維星座圖映射增強(qiáng)型正交啁啾復(fù)用光傳輸接收方法，其特征在于，包括：

29、從信道中接收發(fā)送信號，并對所述發(fā)送信號進(jìn)行ocdm解調(diào)，并利用串行干擾消除技術(shù)，恢復(fù)兩個(gè)支路中的星座點(diǎn)信號；

30、將所述兩個(gè)支路中的星座點(diǎn)信號經(jīng)過所述四維星座圖模型解映射，得到原始信號比特流。

31、結(jié)合第二方面，進(jìn)一步地，所述恢復(fù)兩個(gè)支路中的星座點(diǎn)信號，包括：

32、將從信道中接收的發(fā)送信號經(jīng)過數(shù)字下變頻以及ocdm解調(diào)后，得到頻域接收信號；

33、將所述頻域接收信號經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換后，得到頻域信號；

34、利用串行干擾消除技術(shù)對所述頻域信號再次進(jìn)行解調(diào)，以恢復(fù)兩個(gè)支路中的星座點(diǎn)信號；

35、所述頻域信號的表達(dá)式為：

36、

37、其中，表示頻域信號；表示與第一支路相對于的頻域信道；表示與第二支路相對于的頻域信道；表示第一支路中解調(diào)后的星座點(diǎn)信號；表示第二支路中解調(diào)后的星座點(diǎn)信號；表示時(shí)域加性高斯白噪聲。

38、結(jié)合第二方面，進(jìn)一步地，所述利用串行干擾消除技術(shù)對所述頻域信號再次進(jìn)行解調(diào)，包括：

39、將所述第二支路中的星座點(diǎn)信號視為噪聲，并對所述第一支路中的星座點(diǎn)信號進(jìn)行解調(diào)；

40、利用所述訓(xùn)練序列ts1對所述第一支路中的星座點(diǎn)信號進(jìn)行信道均衡，并采用最大似然準(zhǔn)則對所述星座點(diǎn)信號進(jìn)行解映射，恢復(fù)第一支路的比特流信號；

41、將所述第一支路的比特流信號再次映射到四維星座圖模型中，以得到對應(yīng)的星座點(diǎn)信號，將所述星座點(diǎn)信號乘以信道響應(yīng)，以還原原始的第一支路中的星座點(diǎn)信號；

42、利用所述頻域信號減去所述第一支路中的星座點(diǎn)信號，得到所述第二支路的星座點(diǎn)信號；

43、利用所述訓(xùn)練序列ts2對所述第二支路中的星座點(diǎn)信號進(jìn)行均衡，并采用最大似然準(zhǔn)則對所述星座點(diǎn)信號進(jìn)行解映射，恢復(fù)第二支路的比特流信號。

44、第三方面，一種多維星座圖映射增強(qiáng)型正交啁啾復(fù)用光傳輸系統(tǒng)，包括：

45、系統(tǒng)發(fā)送端：

46、數(shù)據(jù)獲取與轉(zhuǎn)換模塊，用于獲取待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將所述待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成原始信號比特流；

47、星座映射與分配模塊，用于將所述原始信號比特流通過預(yù)設(shè)的四維星座圖模型映射，生成四維星座點(diǎn)信號序列，并將所述四維星座點(diǎn)信號序列進(jìn)行劃分，劃分為第一支路信號和第二支路信號；

48、ocdm調(diào)制模塊，用于對所述第一支路信號和第二支路信號進(jìn)行ocdm調(diào)制，生成第一時(shí)域發(fā)送信號序列和第二域發(fā)送信號序列；

49、功率分配與疊加模塊，用于將所述第一時(shí)域發(fā)送信號序列和第二域發(fā)送信號序列進(jìn)行功率分配并疊加，形成最終的發(fā)送信號；

50、系統(tǒng)接收端：

51、ocdm解調(diào)與干擾消除模塊，用于從信道中接收所述發(fā)送信號，并對所述發(fā)送信號進(jìn)行ocdm解調(diào)，并利用串行干擾消除技術(shù)，恢復(fù)兩個(gè)支路中的星座點(diǎn)信號；

52、解映射模塊，用于將所述兩個(gè)支路中的星座點(diǎn)信號經(jīng)過所述四維星座圖模型解映射，得到原始信號比特流。

53、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

54、本發(fā)明通過這種通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，發(fā)送端能夠高效地處理和傳輸數(shù)據(jù)。首先，系統(tǒng)通過將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為原始信號比特流，為后續(xù)的信號處理打下基礎(chǔ)。利用四維星座圖模型映射這些比特流，不僅增加了信號的維度，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿芏龋彝ㄟ^將星座點(diǎn)信號序列分配到兩個(gè)不同的支路，系統(tǒng)能夠更靈活地管理信號，減少干擾，提高信號的可靠性。對這兩個(gè)支路分別進(jìn)行ocdm調(diào)制，進(jìn)一步增強(qiáng)了信號的抗干擾能力，并優(yōu)化了頻譜的使用。

55、在功率分配和疊加的過程中，系統(tǒng)可以根據(jù)信號的需要調(diào)整各個(gè)支路的功率，確保信號在傳輸過程中的穩(wěn)定性和效率。在接收端，通過ocdm解調(diào)和串行干擾消除技術(shù)，系統(tǒng)能夠有效地從復(fù)雜的信號中恢復(fù)出原始的星座點(diǎn)信號，即使在信道條件不理想的情況下也能保持較高的信號質(zhì)量。最終，通過四維星座圖模型的解映射，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地還原出原始的信號比特流，確保數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。