本发明涉及一种光概率成型编码方法，特别是一种基于星型24QAM映射的光概率成型编码方法。

背景技术：

接入网是指用户终端与主干网络之间的所有设备，长度从几百米到几公里不等，因而常常被称为"最后一公里"。当用户上传或者下载数据时，信号需要通过主干网络以及接入网，由于主干网中的传输介质一般是光纤，传输速度快，传输容量大，于是接入网就成为了数据传输的短板，所以接入网信号传输速度以及信号质量的好坏就直接影响到每一个用户的直观体验。随着社会的发展人们的精神文明生活以及娱乐方式不断在丰富，几年前2M的带宽就可以满足人们的需求，转眼到现在HDTV(High Definition Television)、蓝光视频、高速下载、网络游戏已经成为了家家户户日常的需求，百兆宽带甚至都难以满足三口之家的网络需求，这就对接入网有了更高的要求。

为了尽可能地提高信号的处理速度以及传输速率，近年来人们开始向提高单信道载波的传输承载能力使之接近香农限的方向开始寻求突破，概率成形作为提高信道容量、降低信息误码率的一种有效的办法，受到了广泛地关注。通过概率成型与低密度奇偶校验(LDPC)编码、幅度相移键控(APSK)信号成形、QAM以及星座成形相结合，发现可以有效的提高处理信号的各方面性能。

QAM是一种同时以载波信号的幅度和相位来代表不同比特信息的调制方式。这种调制格式把多进制电平幅度与正交载波技术结合起来，进一步提高频带利用率。由于其具有优良特性，目前已经被广泛应用于卫星通信、数字电视高速数据传输等领域。但是，QAM信号依然受限于最小欧式距离无法在星座图原点集中大量星座点导致系统信道容量的降低，所以概率成形提供了一种解决方案。

目前的概率成形主要是针对常规的星座图做映射，例如8PSK、16QAM、32QAM星座图等。常规星座图空间利用率低，相同欧式距离下空间间隙过大，会限制系统性能，增加传输功率冗余，降低传输速率和信道容量。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于星型24QAM映射的光概率成型编码方法，增加了系统的信道容量和传输性能。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于星型24QAM映射的光概率成型编码方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：信号输入后首先进行串并变换；

步骤二：通过概率匹配器，把输入的信号映射为星型32QAM信号，通过概率匹配的方式把星型32QAM信号映射成为星型24QAM；

步骤三：成形信号输出并进行星座映射。

进一步地，所述步骤二中星型32QAM信号需要五个字节来表示信息，前两个字节代表了该星座点所在的圈数，后三个字节代表了星座点的相位信息。

进一步地，所述步骤二中把星型32QAM信号映射成为星型24QAM过程为

A、把最外圈的星座点分为三份，映射入相同相位的内三圈中；

B把第三圈的星座点也分为三份，映射入包括自己原来星座点的相同相位的内三圈中；

C、把第二圈的星座点分为两份，映射入最内圈相同相位点和原先所在星座点，同时最内圈星座点不变。

进一步地，所述步骤二中，

由于Eavg＝∑ipi×Ei，

其中i下标表示对应的星座点，Ei表示相应星座点的能量值；

那么，由此可得均匀分布的星型32QAM星座图的平均能量值为

经过成形后的新型星型24点星座图的平均能量值为

PAPR＝max(Ei)/Eavg，

其中PAPR表示峰均功率比，max(Ei)表示星座图的最大功率点；那么有

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明提出了基于概率成形的星型24QAM调制，原始数据的星座图首先映射为星型32QAM，然后通过概率匹配器再次映射为星型24QAM，这种方式在满足了最小欧式距离的条件下，密集了星座图的空间优势，同时提高了传输信道的非线性容忍度，因此增加了系统的信道容量和传输性能。

附图说明

图1是本发明的基于星型24QAM映射的光概率成型编码方法的流程图。

图2是本发明的实施例的原始32QAM的星座图。

图3是本发明的实施例的星型32QAM的星座图。

图4是本发明的实施例的星型32QAM星座图转24QAM星座图的示意图。

图5是本发明的实施例的星型24QAM的星座图。

图6是本发明的实施例的星型24QAM的概率分布图。

图7是本发明的实施例的接收端星座图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本发明的基于星型24QAM映射的光概率成型编码方法，

当信号输入后首先进行串并变换，然后通过概率匹配器，概率匹配器主要分为两个部分，第一个部分是把输入的信号映射为星型32QAM信号，第二部分则是通过概率匹配的方式把星型32QAM信号映射成为星型24QAM。

常规的32QAM的星座图是方形的，映射方式如图2所示。通过概率匹配器先映射为星型32QAM的星座图，星型32QAM映射方式如图3所示，星型32QAM需要五个字节来表示信息，前两个字节代表了该星座点所在的圈数，后三个字节代表了星座点的相位信息。

通过概率匹配器，用图4的方式把原先的星型32QAM转化为24QAM。把最外圈的星座点分为三份，映射入相同相位的内三圈中；把第三圈的星座点也分为三份，映射入包括自己原来星座点的相同相位的内三圈中；把第二圈的星座点分为两份，映射入最内圈相同相位点和原先所在星座点，同时最内圈星座点不变。映射完成后的星座图入图5所示。

由于Eavg＝∑ipi×Ei，

其中i下标表示对应的星座点，Ei表示相应星座点的能量值。

那么，由此可得均匀分布的星型32QAM星座图的平均能量值为

经过成形后的新型星型24点星座图的平均能量值为

从中我们可以明显的看出经过概率成形和星座图改进后信号的平均功率有了极大的降低。

PAPR＝max(Ei)/Eavg，

其中PAPR表示峰均功率比，max(Ei)表示星座图的最大功率点。那么有

从中可以看出峰均功率比在经过概率成形和星座图改进后信号的平均功率得到了明显的提高。这说明了经过概率成形和星座图改进后信号的能量集中度有了极大的提高，基本打到了成形对于降低信号发射功率的要求。也正是因为信号平均能量的降低，也就意味着同等信号发送功率条件下，经过星座成形后的信号分到的能量值要远大于未经过成形的信号能量，这样从相对的角度提高了信号的信噪比，提高了信道容量值。

由于通过了概率匹配器，当信号映射为星型24QAM后信号的概率分布发生了变化，可以从图6看到，星座图内圈概率明显高于外圈概率。

输入单路二进制比特流到串并转换单元，经过串并转换后输出五路并行二进制流信号。对于生成的五路二进制数据进行识别和添加标签，通过识别信号所归属的标签集确认最终的输出信号。经过概率成形匹配器后，输出信号中星座点的分布已经达到了提升低能量星座点的分布概率、降低高能量星座点的分布概率的目的。在QAM星座映射中，结合星型24QAM映射的方式，在满足最小欧式距离的要求下，通过缩紧多余空间，进一步降低信号的总发射功率，实现信号成形的性能最大化。到此完成了概率成形与星型24QAM星座图的编码调制。

在接收端，放大器用于调整信号功率，使之便于接收。解调器用来将光信号变换为电信号，QAM调制器解调24QAM信号，然后分布匹配器解分布器将中心化的信号去冗余得到原输入信号。

通过仿真模拟和实验测试分别得到了接收端的星座图，如图7所示是经过加性白高斯噪声道后接收到的星座图，星座点的概率分布符合本发明提出的星型概率分布。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。