1 烽火通信科技股份有限公司，武汉 430205
2 武汉飞思灵微电子技术有限公司，武汉 430205
【目的】常用的max-log-map与log-map算法相比降低了软信息计算复杂度，但对高阶正交幅度调制（QAM）资源消耗仍较大，如8QAM、16QAM概率整形（PS）和64QAM PS。
【方法】8QAM采用星座区域划分的方式，文章中，软信息采用接收符号到最近比特0与比特1中垂线的距离信息表示，利用角度旋转和区域对称性简化计算距离信息；非麦克斯韦玻尔兹曼（MB）分布的16QAM PS和64QAM PS，比特1所在区域两侧边缘之间的中心界线与区域两侧比特0之间的中心界线不再重合，对区域进行合并近似，处理两界线间区域归属，展开max-log-map算法因式简化距离差计算软信息；基于MB分布的16QAM PS和64QAM PS的软信息可由非MB分布的软信息表达式化简得到。
【结果】经上述简化后，与max-log-map算法相比，8QAM软信息计算乘法次数48次和加减法次数75次分别缩减为12和16次，解调性能仅退化约0.05 dB；MB分布的16QAM PS乘法次数192次和加减法次数260次分别缩减为2和4次，解调性能仅退化约0.05 dB；更高阶的64QAM PS资源消耗缩减程度更大，乘法次数1 152次和加减法次数1 542次分别缩减为3和6次。
【结论】文章提出了适用于8QAM、MB分布的16QAM PS、MB分布的64QAM PS、非MB分布的16QAM PS和非MB分布的64QAM PS 软信息计算方法。当概率满足MB分布时，非MB分布的软信息计算方法可转化为MB分布计算方法；当PS因子为0时，基于MB分布的表达式可转化为均匀分布软信息计算式，非MB分布、MB分布和均匀分布的软信息计算可使用同一电路统一设计，提高电路复用率，降低硬件资源消耗。
光通信 数字信号处理 正交幅度调制 对数似然比 概率整形 optical communication digital signal processing QAM log likelihood ratio PS 光通信研究
2024, 50(1): 23010301
西安理工大学自动化与信息工程学院，西安市无线光通信与网络研究重点实验室，陕西 西安 710048
考虑大气湍流及电解调模块相位噪声对光通信系统性能的影响，基于低密度奇偶校验（LDPC）编码设计了一种自适应概率整形（PS）的实用自由空间光通信编码调制方案，实现以比特度量解码速率为目标函数的速率自适应，采用启发式算法求解M元正交幅度调制（M-QAM）信号星座点概率质量函数（PMF）分布的最优问题。结果表明：在弱湍流与相位噪声的联合影响下，概率整形正交幅度调制（PS-16-QAM）在最优概率分布下的比特度量解码速率比均匀分布16-QAM下更逼近香农容量。当湍流强度一定时，相位噪声增大对低信噪比下选取的PS分布影响更大，当前向纠错译码前的误码率为时，提出的PS方案与均匀分布编码调制系统相比最高可获得4.8 dB的整形增益。
光通信 自由空间光通信 湍流衰落 相位噪声 概率整形 速率自适应 光学学报
2023, 43(24): 2406004
1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
2 上海大学上海市先进通信与数据科学研究院，上海 200444
为了缩小矩形正交幅度调制（QAM）方式和香农极限的差距，探究高斯信道下的星座整形性能，设计一种应用于卫星间激光通信的几何整形与概率整形相结合的方案。将星座点的判决范围视为圆形，从图形的紧密排列角度出发提出几何整形的思路，再利用编码映射技术使各个星座点概率分布符合麦克斯韦-玻尔兹曼分布。几何整形与概率整形相结合可以进行非常规星座点数的星座设计。在功率限制的前提下，进行了信息熵为3和星座点数为8~13、信息熵为4和星座点数为16~23的仿真和相干光通信系统实验。在仿真理论中，误码率约为5×10-3时，相比常规8QAM和16QAM，矩形QAM分别取得了约1 dB和1.3 dB的增益。同时还进行了8点和16点的几何整形的仿真和实验，相较于矩形QAM，分别有约0.1 dB 和0.22 dB的性能提升。
相干光通信 几何整形 概率整形 星座整形 星间通信 光学学报
2023, 43(19): 1906002
1 空军航空维修技术学院，湖南 长沙 410124
2 复旦大学信息科学与工程学院，上海 200433
本文首先从理论上分析了在共极化双泵浦方案中，波长转换不会改变概率整形（PS）信号的概率分布，并且正交频分复用（OFDM）信号子载波的顺序可以保持不变的原因。然后，通过实验验证了全光波长转换后，PS-64QAM-OFDM信号通过高非线性光纤在零差相干检测系统中的传输。最后，通过实验证明，当波特率为20 Gbaud、误码率为1×10-2时，普通64QAM信号的光信噪比（OSNR）损耗为1 dB，PS-64QAM信号的OSNR损耗改善了0.5 dB。
光纤光学与光通信 概率整形 正交频分复用 波长变换 非线性光纤 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1906001
西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
为提高光纤无线电（RoF）系统的传输性能，提出了一种基于概率-几何混合整形的圆形正交振幅调制（PS-GS-Cir-MQAM）矢量太赫兹信号传输方案。在Matlab和VPI环境下联合仿真分析了130 GHz波段PS-GS-Cir-MQAM信号在强度调制器（IM）和同相/正交（I/Q）调制器级联的RoF系统中信号的传输性能，并比较分析了信号的误码性能在不同整形方法后的改善效果。结果表明，提出的PS-GS-Cir-MQAM太赫兹信号的误码性能均优于其他三种整形格式。其中PS-GS-Cir-32QAM信号的误码性能提升效果最为明显，相比其他三种整形格式，分别提升了0.88、1.40、2.48 dB的信号功率增益。尤其是在克服光器件和光纤的非线性效应方面，PS-GS-Cir-MQAM的矢量太赫兹信号具有更大的传输优势。
光纤光学与光通信 矢量太赫兹信号 混合整形 概率整形 几何整形 非线性效应 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0906001
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
概率整形技术通过改变发送信源的概率分布, 可进一步提高可见光通信系统的信道容量。提出一种新的概率整形算法, 首先引入正交频分复用调制建立可见光通信模型, 然后通过理论推导出星座点误符号率, 并根据不同星座点的理论误符号率来生成发送端信源的概率分布。仿真结果表明: 该算法生成的信源不仅能更好地适应当前信道状况, 还避免了多次发送训练求取接收端误符号率的过程; 与现有的概率整形算法相比, 所提算法可以获得更高的信息传输速率。
可见光通信 概率整形 误符号率 正交频分复用调制 visible light communication probabilistic shaping symbol error rate orthogonal frequency division multiplexing modulat
大连海事大学信息科学技术学院，辽宁 大连 116026
提出了一种基于低密度奇偶校验码（LDPC）的概率整形（PS）方案，以优化正交频分复用（OFDM）信号在光载无线（RoF）通信系统中的传输性能。首先，理论分析了PS技术和PS-OFDM信号的生成原理，该方案的冗余度为6.7%，相比传统的OFDM信号平均功率降低了约20%。接着，在理论研究的基础上建立了仿真验证系统，与传统OFDM-RoF系统相比，该系统可明显降低OFDM信号的平均发射功率，在相同平均发射功率下改善系统的峰值平均功率比（PAPR）。最后，对该系统在不同光纤传输距离下的误码率分析结果表明，在基带数据速率为2.5 Gbps，射频载波频率为25 GHz的情况下，基于LDPC的PS-OFDM-RoF系统可以有效改善接收机的灵敏度，并增加系统的可靠传输距离。
傅里叶光学与信号处理 光载无线通信 正交频分复用 概率整形 误码率 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0107002
西南交通大学信息光子与通信研究中心，四川 成都 611756
针对跨洋光纤通信系统中存在严重的噪声累积和非线性效应等问题，将概率整形（PS）技术与子载波复用（SCM）技术相结合以缓解跨洋传输链路损伤，进而实现系统传输性能的提升。通过在商用VPI软件中搭建跨洋光纤传输仿真链路，对单载波和双子载波复用系统进行仿真研究。仿真结果表明，在20%的FEC阈值条件下，均匀（H=4）双子载波和PS（H=3.6，H=3.7，H=3.8）双子载波PDM-16QAM系统的传输距离相比均匀（H=4）单载波PDM-16QAM系统分别提升了2.3% （405 km）、21% （3698 km）、19.7% （3468 km）和14.5% （2549 km）。随后，搭建光纤环路传输实验平台，进一步验证所提方案的可行性。实验结果表明，在20% 的FEC阈值条件下，均匀双子载波和PS（H=3.8）双子载波PDM-16QAM系统的传输距离相比均匀单载波PDM-16QAM系统分别提升了5.6% （282 km）和46.2% （2323 km）。仿真与实验结果表明，在跨洋光纤通信系统中引入PS与SCM可有效提升系统的传输性能。
光通信 概率整形 子载波复用 非线性效应 跨洋光纤通信 光学学报
2022, 42(20): 2006001
1 西南交通大学信息光子与通信研究中心，四川 成都 611756
2 长飞光纤光缆股份有限公司光纤光缆制备技术国家重点实验室，湖北 武汉 430070
3 武汉光迅科技股份有限公司，湖北 武汉 430205
4 鹏城实验室，广东 深圳 518000
近年来网络数据流量呈现爆发式增长，光纤通信系统作为全球宽带网络的基础，已承载着90%以上的数据流量，并继续朝着多维、超大容量、超长距离等方向发展。搭建了一套模拟跨洋传输的超高容量距离积单模光纤传输系统实验平台。在发射端，根据传输信道光信噪比，采用不同信息熵产生不同传输速率的偏振复用概率整形16阶正交幅度调制光信号。光纤传输链路是由国产超低损大有效面积光纤与国产超宽带低噪声C波段掺铒光纤放大器组成。整个系统基于129个波长信道（波长范围为1529.8~1568.2 nm）进行了传输验证，得到的传输容量为28.09 Tbit/s，传输距离为12000 km，总容量距离积达到337 Pbit·s-1·km。
光通信 高速光纤通信 跨洋传输系统 波分复用 偏振复用 概率整形调制格式 光学学报
2022, 42(17): 1706003
