一种用于波分复用系统的光信号编码方法及系统与流程

1.本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种用于波分复用系统的光信号编码方法及系统。


背景技术：

2.随着数据中心流量的快速发展，对数据中心光纤传输系统的容量和成本提出了更高的要求，低复杂度的光信号编码技术显得尤为重要。为保证光纤通信系统在数据中心场景下可靠稳定的运行，需要在不提升系统的功耗和算法的复杂度的情况下，增加系统的信噪比预算。光信号编码是提升光纤通信系统传输性能的最重要的方式之一，高效的编码技术可以显著降低系统的误码率，在数据中心网络中发挥着极其重要的作用。
3.相比于传统的信号编码技术，概率整形技术是在现有已知的星座图上改变星座点出现的概率，因此不会额外增加系统的复杂性，具有实现简单、灵活度高等特点。由于可以用简单的方式实现约1db左右的信噪比提升，该技术也受到了众多研究机构的关注。
4.但是，概率整形技术会引起非线性性能的劣化。在实际的光纤传输系统中，为了提升系统的信噪比预算，会增加入纤光功率，这会产生更多的非线性噪声从而降低概率整形技术所带来的增益。尽管有一些研究用来克服概率整形技术所带来的非线性性能劣化（比如：球形概率整形或者短块长概率整形），但是目前的研究都只考虑了单信道光纤传输系统性能的提升，没有从多信道的角度来考虑整体传输系统性能的提升。当前的光纤传输系统主要是采用波分复用的方式来提升系统的容量，因此需要考虑与波分复用匹配的概率整形技术，用来产生抗光纤传输过程中非线性效应的光信号。


技术实现要素：

5.基于上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种用于波分复用系统的光信号编码方法及系统，在数据中心短距离传输场景下，降低非线性噪声的影响，提升系统的传输性能。
6.本发明提供一种用于波分复用系统的光信号编码方法，包括：s1，获取光信号的信息比特序列，经概率整形后得到多个概率整形块；s2，根据所述概率整形块的数量和块长，获取联合映射符号；s3，根据所述联合映射符号，将所述概率整形块进行联合映射编码，使得所述概率整形块映射到所述光信号的波长通道。
7.本发明一实施例中，在所述步骤s3中，所述使得所述概率整形块映射到所述光信号的波长通道的步骤还包括：使得所述概率整形块根据时间顺序依次映射到所述光信号的所有波长通道。
8.本发明一实施例中，所述步骤s2还包括：所述概率整形块的数量为s，所述概率整形块的块长为k，获取个符号的联合映射符号。
9.本发明一实施例中，所述步骤s3还包括：
将所述概率整形块进行联合映射编码，获得具有个符号的所述概率整形块；根据所述概率整形块的符号，对应映射到第n波长通道的偏振态的实部或虚部。
10.本发明一实施例中，所述波长通道的偏振态包括x偏振态和y偏振态。
11.本发明一实施例中，所述概率整形块的块长k为4n、8n或12n的任一。
12.本发明一实施例中，所述映射采用qam调制方式。
13.本发明一实施例中，所述概率整形采用概率幅度整形编码。
14.本发明还提供一种用于波分复用系统的光信号编码系统，包括概率整形单元，所述概率整形单元使用如前述实施例任一所述的用于波分复用系统的光信号编码方法。
15.本发明的有益效果是：本发明提供的用于波分复用系统的光信号编码方法及系统，获取光信号的信息比特序列，经概率整形后得到多个概率整形块；根据所述概率整形块的数量和块长，获取联合映射符号；根据所述联合映射符号，将所述概率整形块进行联合映射编码，使得所述概率整形块映射到所述光信号的波长通道。本发明通过采用用于波分复用系统的联合编码的方式，可以降低概率整形技术所引起的非线性噪声，提升系统传输性能的同时，并没有显著增加额外的数字信号处理步骤。
附图说明
16.为了更清楚地说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介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1 是本发明实施例的概率整形示意图；图2 是本发明实施例的传统波分复用系统概率整形编码映射图；图3 是本发明实施例的波分复用系统概率整形编码映射图；图4 是本发明实施例的不同概率整形编码映射的结果图。
具体实施方式
18.以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如[上]、[下]、[前]、[后]、[左]、[右]、[内]、[外]、[侧面]等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是用以相同标号表示。
[0019]
本发明提供一种用于波分复用系统的光信号编码方法，所述方法包括：s1，获取光信号的信息比特序列，经概率整形后得到多个概率整形块；s2，根据所述概率整形块的数量和块长，获取联合映射符号；s3，根据所述联合映射符号，将所述概率整形块进行联合映射编码，使得所述概率整形块映射到所述光信号的波长通道。
[0020]
本发明的波分复用场景下概率整形信号的联合映射方法，包括：在发射端对所有波长的光信号采用联合编码映射的方式，其中每个波长的发射信号采用双偏振单载波的调制方式，信号采用概率整形的编码方式。传统的调制方式中，每个波长传输的信息是完全独立不相关联的。本发明所采取的调制方式考虑了所有波长的信息，通过联合映射的方式，使
得每个波长所传输的信息是相关联的。
[0021]
需要说明的是，图1为本发明所使用的概率整形流程图。该图显示的是传统的基于概率幅度整形的概率整形技术。输入的比特流分为两部分，一部分用于前向纠错码的操作，另一部分经过特定的概率匹配后得到单极性的不同概率幅度的序列。然后该序列与经过前向纠错码编码后的符号位序列进行编码，得到双极性的不同概率幅度的序列。该序列也就构成了单载波需要的实部或者虚部。图1中显示的双极性序列有8个值，对应于64qam调制信号的幅度或者虚部。
[0022]
图2给出了本发明实施例的传统的波分复用系统中，光信号在每个波长通道的映射方式。传统的波分复用系统中，各个波长上所携带的光信号是独立的。在图2中，假设一共有n个波长通道，总比特数是m。将长度为m的二进制码流输入概率整形单元，其中概率整形的块长为k，经过概率整形后的块的个数为s。从映射过程中可以发现，第1个概率整形块就映射到第1个波长通道x偏振态的实部，第2个概率整形块就映射到第1个波长通道x偏振态的虚部，第3个概率整形块就映射到第1个波长通道y偏振态的实部，第4个概率整形块就映射到第1个波长通道y偏振态的虚部，第5个概率整形块就映射到第2个波长通道x偏振态的实部......，依次类推，第4n个概率整形块就映射到第n个波长通道y偏振态的虚部。由于一共有s个概率整形块，因此第s-1个概率整形块就映射到第n个波长通道y偏振态的实部，第2个概率整形块就映射到第n个波长通道y偏振态的虚部。因此在后续的解调过程中，只需要对单个通道进行独立解调就可以恢复出原始的信号。从图2中可以看出，传统的概率整形映射方式不仅仅每个信道是独立的，每个信道中的每个偏振，以及实部和虚部之间，都是独立的。
[0023]
如图3所示，给出了本发明所采用的概率整形联合映射编码方法，其中概率整形技术采用概率幅度整形编码的方案。
[0024]
光信号的信息比特序列含有总比特数m；首先经过幅度概率整形后，得到s个概率整形块；其中概率整形的块长为k，获取个符号的联合映射符号。然后这个符号按照时间顺序依次映射到整个波长通道中。
[0025]
需要说明的是，第1个概率整形块的第1个符号映射到波长通道1的x偏振态的实部，第1个概率整形块的第2个符号映射到波长通道1的x偏振态的虚部，第1个概率整形块的第3个符号映射到波长通道1的y偏振态的实部，第1个概率整形块的第4个符号映射到波长通道1的y偏振态的实部，第1个概率整形块的第5个符号映射到波长通道2的x偏振态的实部，第1个概率整形块的第6个符号映射到波长通道2的x偏振态的虚部，第1个概率整形块的第7个符号映射到波长通道2的y偏振态的实部，第1个概率整形块的第8个符号映射到波长通道2的y偏振态的虚部......，依此类推，第1个概率整形块的第个符号映射到波长通道的y偏振态的虚部。
[0026]
图3所示的联合映射编码方式，所述概率整形块长k。在实际的情况下，k的值可以为4n、8n或12n等不同的情况。第2个概率整形块的第1个符号映射到波长通道1的x偏振态的实部，作为波长通道1的x偏振态的实部的第2个符号，然后依照和第1个概率整形块相同的方式进行操作。这种不同的映射方式，可以降低交叉相位调制和四波混频效应所产生的非线性噪声，从而实现波长复用系统整体性能的提升。
[0027]
如图4所示，给出了联合编码映射方式和传统的映射方式在数据中心相干光传输
场景下的结果。
[0028]
两种映射方式均采用64qam的调制方式，波长数n取40，波特率为96gbaud，信道间隔为100ghz。概率整形的概率分布为。传输距离为120公里。从图4的结果可以看出，本发明提出的联合编码映射方式，可以提升有效信噪比约0.25db，即提升了数据中心相干光传输场景下的功率预算。
[0029]
本发明还提供了一种用于波分复用系统的光信号编码系统，包括概率整形单元，所述概率整形单元使用如前述实施例所述的用于波分复用系统的光信号编码方法。在该系统中，每个通道波长的光信号上都被调制上不同的原始数字信号。同时，在经过光纤传输后，每个波长的信号由相干光接收机将光信号转换为电信号，并经过数字信号处理算法恢复发射的信号。最后，每个波长上恢复的信号一起进行解映射操作，实现概率整形解码，并得到整个波分复用系统的原始数字信号。
[0030]
综上所述，本发明实施例提供的用于波分复用系统的光信号编码方法及系统，获取光信号的信息比特序列，经概率整形后得到多个概率整形块；根据所述概率整形块的数量和块长，获取联合映射符号；根据所述联合映射符号，将所述概率整形块进行联合映射编码，使得所述概率整形块映射到所述光信号的波长通道。本发明通过采用用于波分复用系统的联合编码的方式，可以降低概率整形技术所引起的非线性噪声，提升系统传输性能的同时，并没有显著增加额外的数字信号处理步骤。
[0031]
需要说明的是，虽然本发明以具体实施例揭露如上，但上述实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定发范围为准。

技术特征：
1.一种用于波分复用系统的光信号编码方法，其特征在于，包括：s1，获取光信号的信息比特序列，经概率整形后得到多个概率整形块；s2，根据所述概率整形块的数量和块长，获取联合映射符号；s3，根据所述联合映射符号，将所述概率整形块进行联合映射编码，使得所述概率整形块映射到所述光信号的波长通道。2.根据权利要求1所述的一种用于波分复用系统的光信号编码方法，其特征在于，在所述步骤s3中，所述使得所述概率整形块映射到所述光信号的波长通道的步骤还包括：使得所述概率整形块根据时间顺序依次映射到所述光信号的所有波长通道。3.根据权利要求1所述的一种用于波分复用系统的光信号编码方法，其特征在于，所述步骤s2还包括：所述概率整形块的数量为s，所述概率整形块的块长为k，获取个符号的联合映射符号。4.根据权利要求3所述的一种用于波分复用系统的光信号编码方法，其特征在于，所述步骤s3还包括：将所述概率整形块进行联合映射编码，获得具有个符号的所述概率整形块；根据所述概率整形块的符号，对应映射到第n波长通道的偏振态的实部或虚部。5.根据权利要求4所述的一种用于波分复用系统的光信号编码方法，其特征在于，所述波长通道的偏振态包括x偏振态和y偏振态。6.根据权利要求4所述的一种用于波分复用系统的光信号编码方法，其特征在于，所述概率整形块的块长k为4n、8n或12n的任一。7.根据权利要求1所述的一种用于波分复用系统的光信号编码方法，其特征在于，所述映射采用qam调制方式。8.根据权利要求1所述的一种用于波分复用系统的光信号编码方法，其特征在于，所述概率整形采用概率幅度整形编码。9.一种用于波分复用系统的光信号编码系统，其特征在于，包括概率整形单元，所述概率整形单元使用如权利要求1-8任一项所述的用于波分复用系统的光信号编码方法。

技术总结
本发明提供了用于波分复用系统的光信号编码方法及系统，获取光信号的信息比特序列，经概率整形后得到多个概率整形块；根据所述概率整形块的数量和块长，获取联合映射符号；根据所述联合映射符号，将所述概率整形块进行联合映射编码，使得所述概率整形块映射到所述光信号的波长通道。本发明通过采用用于波分复用系统的联合编码的方式，可以降低概率整形技术所引起的非线性噪声，提升系统传输性能的同时，并没有显著增加额外的数字信号处理步骤。并没有显著增加额外的数字信号处理步骤。并没有显著增加额外的数字信号处理步骤。


技术研发人员：杨明 何伟炜 肖潇
受保护的技术使用者：众瑞速联（武汉）科技有限公司
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/7/12