本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及的是一種將極化碼與光OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiple)信號(hào)結(jié)合的調(diào)制解調(diào)方法及相應(yīng)的系統(tǒng)，用信道編碼與高階調(diào)制同時(shí)提升系統(tǒng)性能。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)流量不斷增長(zhǎng)，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求越來越大。一方面造成原本有限的頻帶資源更加稀缺，另一方面使得數(shù)據(jù)傳輸速率超出了現(xiàn)有技術(shù)所能支持的最大傳輸速率。然而單獨(dú)使用傳統(tǒng)的信道編碼方式或者單獨(dú)使用傳統(tǒng)的高階調(diào)制方式已經(jīng)無法滿足這兩方面的需求。而極化碼作為目前唯一一種通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明達(dá)到信道容量的構(gòu)造性編碼方案，擁有較低的計(jì)算復(fù)雜度和較高的性能表現(xiàn)。通過將極化碼與光OFDM調(diào)制方法結(jié)合的方法，可以靈活地將信息調(diào)制到特定可用的子載波上，有效解決有限的頻帶資源問題。同時(shí)通過高階調(diào)制的方法，使得在數(shù)據(jù)傳輸速率不變的前提下降低信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理、譯碼的符號(hào)速率，降低整個(gè)傳輸過程的誤碼率。即在一定的信號(hào)處理速率下，通過高階調(diào)制提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，同時(shí)通過與極化碼這種高性能的信道編碼的結(jié)合，降低了誤碼率。

經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的檢索，來自Bilkent University的Erdal于2009年在IEEE TRANSACTIONS ON INFORMATION THEORY的第55卷第7期上發(fā)表論文“Channel Polarization:A Method for Constructing Capacity-Achieving Codes for Symmetric Binary-Input Memoryless Channels”，理論提出了極化碼這種碼型的構(gòu)造以及譯碼方法，但是此篇文章只是理論上提出了極化碼，并沒有在應(yīng)用領(lǐng)域做過多的深入研究。

又經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，來自韓國(guó)Pohang University of Science and Technology(POSTECH)的Dong-Min Shin等人于2012年在IEEE COMMUNICATIONS LETTERS的第16卷第6期上發(fā)表論文“Mapping Selection and Code Construction for 2m-ary Polar-Coded Modulation(2的m次冪的極化碼映射選擇與編碼構(gòu)造調(diào)制)”。該作者提出了多種基于極化碼的m-pam調(diào)制中映射規(guī)則的選擇準(zhǔn)則。然而整個(gè)調(diào)制規(guī)則只是完成了在單載波上的調(diào)制，無法靈活地運(yùn)用有限的頻譜資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)的頻帶資源有限，數(shù)據(jù)傳輸速率不斷提高的問題，本發(fā)明提出一種基于極化碼的光OFDM信號(hào)編碼調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)及方法，利用在頻域中極化碼的信道編碼技術(shù)與高階調(diào)制技術(shù)相結(jié)合的光OFDM調(diào)制技術(shù)，可以靈活地將信息調(diào)制到特定可用的載波上，既能充分利用有限的頻帶資源，又能在保證一定誤碼率的前提下提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明的第一目的，提供一種基于極化碼的光OFDM信號(hào)編碼調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

極化碼編碼單元，用于將需要傳送的用戶信息通過極化碼的編碼規(guī)則編碼成所需傳送的碼字；

高階映射單元，用于將極化碼編碼后的碼字進(jìn)行高階映射，映射到星座圖上；

子載波映射單元，將經(jīng)過高階映射后的信號(hào)按順序映射到可用的子載波上；

取導(dǎo)頻單元，按照塊狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)每隔一定數(shù)量的頻域OFDM信號(hào)取導(dǎo)頻，用于后期信道估計(jì)；

OFDM調(diào)制單元，進(jìn)行IFFT變換，將子載波映射單元傳送的頻域OFDM信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域OFDM信號(hào)進(jìn)行傳輸，并在每個(gè)時(shí)域OFDM信號(hào)前加循環(huán)前綴CP；

光發(fā)射與接收單元，用于將OFDM調(diào)制單元發(fā)送的時(shí)域OFDM信號(hào)調(diào)制到光載波上，在光纖介質(zhì)中傳輸，在接收端用光電探測(cè)器進(jìn)行接收；

OFDM解調(diào)單元，去除每個(gè)時(shí)域OFDM信號(hào)的循環(huán)前綴CP，并對(duì)去除CP的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果用于后期信道估計(jì)；

子載波恢復(fù)單元，用于將OFDM解調(diào)單元解調(diào)的頻域OFDM信號(hào)按子載波映射規(guī)則反推恢復(fù)成高階映射后的信號(hào)格式；

高階解映射單元，用于將子載波恢復(fù)后的頻域信號(hào)通過軟解映射成后驗(yàn)概率序列，便于后續(xù)極化碼的譯碼；

極化碼譯碼單元，用于將高階解映射單元產(chǎn)生的后驗(yàn)概率序列經(jīng)過極化碼譯碼產(chǎn)生原始的用戶序列，完成最終的傳輸。

優(yōu)選地，所述的極化碼編碼單元，選擇合適的極化碼編碼碼長(zhǎng)N以及碼率R，其中碼長(zhǎng)N為2的整數(shù)次冪，并根據(jù)碼長(zhǎng)N以及碼率R選擇信息信道以及固定比特信道。

優(yōu)選地，所述的高階映射單元，將極化碼編碼產(chǎn)生的二進(jìn)制比特序列用高階映射的方法映射成相應(yīng)星座圖上各個(gè)點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述的子載波映射單元，將經(jīng)過高階映射后的一幀數(shù)據(jù)的各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)按順序映射到不同的子載波位置上去，具體的映射規(guī)則如下：高階映射后的一幀數(shù)據(jù)格式為，N極化碼的碼長(zhǎng)，m為高階映射的階數(shù)，一個(gè)OFDM信號(hào)中可用的子載波為，p為可用子載波的起始序號(hào)，q為可子載波的終止序號(hào)，可用子載波的總數(shù)為q-p+1，按照序號(hào)順序?qū)⒂成涞?，將映射到，以此類推；若可用子載波數(shù)q-p+1小于一幀數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N/m，則將開始的數(shù)據(jù)按順序映射到下一個(gè)OFDM信號(hào)的可用子載波上；若可用子載波數(shù)q-p+1大于一幀數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N/m，則將下一幀高階映射后的數(shù)據(jù)按順序映射到剩余子載波上；若調(diào)制方法調(diào)制后出現(xiàn)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的情況，通過厄米共軛對(duì)稱的方式將電平對(duì)應(yīng)到子載波上，不使用的頻段的子載波對(duì)應(yīng)位置為0。

優(yōu)選地，所述的OFDM調(diào)制單元，包括IFFT模塊和加循環(huán)前綴CP模塊，IFFT模塊將子載波映射單元發(fā)送的頻域信號(hào)變換為時(shí)域信號(hào)；加循環(huán)前綴CP模塊在每個(gè)時(shí)域信號(hào)前加循環(huán)前綴CP。

優(yōu)選地，所述的OFDM解調(diào)單元包括：去除循環(huán)前綴CP模塊和FFT模塊，F(xiàn)FT模塊將時(shí)域OFDM信號(hào)恢復(fù)成頻域OFDM信號(hào)；去除循環(huán)前綴CP模塊去除每個(gè)時(shí)域OFDM信號(hào)的循環(huán)前綴CP。

優(yōu)選地，所述的子載波恢復(fù)單元，進(jìn)行信道估計(jì)，通過在發(fā)送端保存的導(dǎo)頻X，以及在接收端所取導(dǎo)頻通過傳輸以及相應(yīng)處理后得到的頻域信號(hào)Y，根據(jù)公式計(jì)算頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)，對(duì)每個(gè)導(dǎo)頻計(jì)算的各個(gè)求和取平均，得到作為整個(gè)信道頻率轉(zhuǎn)移概率函數(shù)的估計(jì)值，由此根據(jù)公式恢復(fù)出發(fā)送端對(duì)應(yīng)頻率點(diǎn)的信號(hào)值。

優(yōu)選地，所述的高階解映射單元，根據(jù)貝葉斯公式，計(jì)算用戶信息為0和1的相應(yīng)的后驗(yàn)概率序列，作為后級(jí)極化碼譯碼的輸入。

根據(jù)本發(fā)明的第二目的，提供一種基于極化碼的光OFDM信號(hào)編碼調(diào)制與解調(diào)方法，包括：

極化碼編碼步驟，用于將需要傳送的用戶信息通過極化碼的編碼規(guī)則編碼成所需傳送的碼字；

高階映射步驟，用于將極化碼編碼后的碼字進(jìn)行高階映射，映射到星座圖上；

子載波映射步驟，將經(jīng)過高階映射后的信號(hào)映射到可用的子載波上；

取導(dǎo)頻步驟，按照塊狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)每隔一定數(shù)量的頻域OFDM信號(hào)取導(dǎo)頻，用于后期信道估計(jì)；

OFDM調(diào)制步驟，進(jìn)行IFFT變換，將子載波映射步驟的頻域OFDM信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域OFDM信號(hào)進(jìn)行傳輸，并在每個(gè)時(shí)域OFDM信號(hào)前加循環(huán)前綴CP；

光發(fā)射與接收步驟，用于將OFDM調(diào)制步驟的時(shí)域OFDM信號(hào)調(diào)制到光載波上，在光纖介質(zhì)中傳輸，在接收端用光電探測(cè)器進(jìn)行接收；

OFDM解調(diào)步驟，去除每個(gè)時(shí)域OFDM信號(hào)的循環(huán)前綴CP，并對(duì)去除CP的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果用于后期信道估計(jì)；

子載波恢復(fù)步驟，用于將OFDM解調(diào)步驟解調(diào)的頻域OFDM信號(hào)恢復(fù)成高階映射后的信號(hào)格式；

高階解映射步驟，用于將子載波恢復(fù)后的頻域信號(hào)通過軟解映射成后驗(yàn)概率序列，便于后續(xù)極化碼的譯碼；

極化碼譯碼步驟，用于將高階解映射步驟產(chǎn)生的后驗(yàn)概率序列經(jīng)過極化碼譯碼產(chǎn)生原始的用戶序列，完成最終的傳輸。

本發(fā)明中用戶傳輸數(shù)據(jù)，經(jīng)極化碼編碼后經(jīng)過適當(dāng)?shù)母唠A調(diào)制映射到相應(yīng)載波，經(jīng)IFFT后實(shí)現(xiàn)頻域信號(hào)到時(shí)域信號(hào)的轉(zhuǎn)換，然后調(diào)制到相應(yīng)的信道上進(jìn)行傳輸。接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT，子載波信號(hào)恢復(fù)，高階軟解調(diào)以及極化碼的SC譯碼后恢復(fù)原用戶信號(hào)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的傳輸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明提出了將極化碼與光OFDM信號(hào)編碼調(diào)制結(jié)合起來的技術(shù)，有效解決了光通信系統(tǒng)頻譜資源有限以及數(shù)據(jù)傳輸速率不高的問題。極化碼作為一種能達(dá)到香農(nóng)容限并且有較低編譯碼復(fù)雜度的信道編碼算法，降低了信息傳輸過程中的誤碼率，提高系統(tǒng)的可靠性。高階映射的引入提高了單個(gè)符號(hào)攜帶的信息量，提高了光通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。光OFDM調(diào)制使得整個(gè)系統(tǒng)有了較好的抗頻率選擇性衰落以及窄帶特性?？梢造`活選擇衰減較小的子載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)把信號(hào)集中于一個(gè)窄帶信號(hào)內(nèi)，有效解決頻譜資源有限的問題，提高系統(tǒng)的頻帶利用率。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明一較優(yōu)實(shí)施例的原理框圖；

圖2為本發(fā)明一較優(yōu)實(shí)施例的子載波映射規(guī)則圖；

圖3為本發(fā)明一較優(yōu)實(shí)施例通過將極化碼應(yīng)用于光OFDM實(shí)例的仿真實(shí)驗(yàn)的具體誤碼率曲線。

具體實(shí)施方法

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，一種基于極化碼的光OFDM信號(hào)編碼調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

極化碼編碼單元，用于將需要傳送的用戶信息通過極化碼的編碼規(guī)則編碼成所需傳送的碼字；

高階映射單元，用于將極化碼編碼后的碼字進(jìn)行高階映射，映射到星座圖上；

子載波映射單元，將經(jīng)過高階映射后的信號(hào)按順序映射到可用的子載波上；

取導(dǎo)頻單元，按照塊狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)每隔一定數(shù)量的頻域OFDM信號(hào)取導(dǎo)頻，用于后期信道估計(jì)；此操作在IFFT前完成；

OFDM調(diào)制單元，進(jìn)行IFFT變換，將子載波映射單元傳送的頻域OFDM信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域OFDM信號(hào)進(jìn)行傳輸，并在每個(gè)時(shí)域OFDM信號(hào)前加循環(huán)前綴CP；

光發(fā)射與接收單元，用于將OFDM調(diào)制單元發(fā)送的時(shí)域OFDM信號(hào)調(diào)制到光載波上，在光纖介質(zhì)中傳輸，在接收端用光電探測(cè)器進(jìn)行接收；

OFDM解調(diào)單元，去除每個(gè)時(shí)域OFDM信號(hào)的循環(huán)前綴CP，并對(duì)去除CP的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果用于后期信道估計(jì)；

子載波恢復(fù)單元，用于將OFDM解調(diào)單元解調(diào)的頻域OFDM信號(hào)按子載波映射規(guī)則反推恢復(fù)成高階映射后的信號(hào)格式；

高階解映射單元，用于將子載波恢復(fù)后的頻域信號(hào)通過軟解映射成后驗(yàn)概率序列，便于后續(xù)極化碼的譯碼；

極化碼譯碼單元，用于將高階解映射單元產(chǎn)生的后驗(yàn)概率序列經(jīng)過極化碼譯碼產(chǎn)生原始的用戶序列，完成最終的傳輸。

所述極化碼編碼單元由產(chǎn)生用戶數(shù)據(jù)和極化碼編碼兩部組成。

所述光發(fā)射與接收單元由發(fā)送前調(diào)制，光纖信道傳輸，光電探測(cè)器接收三部分組成。

圖1中，信道估計(jì)與OFDM解調(diào)單元的輸出端、子載波恢復(fù)單元的輸入端相連，利用前期所取得導(dǎo)頻來進(jìn)行信道估計(jì)運(yùn)算。

在一實(shí)施例中，所述極化碼編碼單元，選擇合適的極化碼編碼碼長(zhǎng)N以及碼率R，并根據(jù)碼長(zhǎng)N以及碼率R選擇信息信道以及固定比特信道，其中碼長(zhǎng)N為2的整數(shù)次冪，如512、1024、2048等等；選擇信道的方法可以是巴氏參數(shù)法，高斯近似法或者密度進(jìn)化法。

在一實(shí)施例中，所述的高階映射單元，將極化碼編碼產(chǎn)生的二進(jìn)制比特序列用高階映射的方法映射到相應(yīng)星座圖的各個(gè)點(diǎn)上，其中選用的高階映射方法可以是QPSK、4PAM、4QAM、16QAM、64QAM等等方法。

在一實(shí)施例中，所述的子載波映射單元，將經(jīng)過高階調(diào)制后的一個(gè)符號(hào)的各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)按順序映射到不同的子載波位置上去，若調(diào)制方法調(diào)制后出現(xiàn)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的情況(比如像16QAM之類的調(diào)制方法)，通過厄米共軛對(duì)稱的方式將電平對(duì)應(yīng)到子載波上，不使用的頻段的子載波對(duì)應(yīng)位置為0。

在一實(shí)施例中，所述的OFDM調(diào)制單元，包括IFFT模塊和加循環(huán)前綴CP(Cyclic Prefix)模塊，IFFT模塊將子載波映射單元發(fā)送的頻域信號(hào)變換為時(shí)域信號(hào)；加循環(huán)前綴CP模塊在每個(gè)時(shí)域信號(hào)前加循環(huán)前綴CP。

在一實(shí)施例中，所述的光發(fā)射與接收單元包括將串行信號(hào)調(diào)制到相應(yīng)頻率的光載波上，注入光纖進(jìn)行傳輸，接收端通過光電檢測(cè)器檢測(cè)接收。所用的光調(diào)制器可以采用強(qiáng)度調(diào)制方式，比如馬赫增德爾(MZM，Mach-Zehnder modulator)調(diào)制器，或者直接調(diào)制方式，比如直接調(diào)制激光器(DML，direct modulation laser)。

在一實(shí)施例中，所述的OFDM解調(diào)單元包括：去除循環(huán)前綴CP模塊和FFT模塊，F(xiàn)FT模塊將時(shí)域OFDM信號(hào)恢復(fù)成頻域OFDM信號(hào)；去除循環(huán)前綴CP模塊去除每個(gè)時(shí)域OFDM信號(hào)的循環(huán)前綴CP。

在一實(shí)施例中，所述的子載波恢復(fù)單元，信道估計(jì)，通過在發(fā)送端保存的導(dǎo)頻X，以及在接收端所取導(dǎo)頻通過傳輸以及相應(yīng)處理后得到的頻域信號(hào)Y，根據(jù)公式計(jì)算頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)，對(duì)每個(gè)導(dǎo)頻計(jì)算的各個(gè)求和取平均，得到作為整個(gè)信道頻率轉(zhuǎn)移概率函數(shù)的估計(jì)值。由此可以根據(jù)公式恢復(fù)出發(fā)送端對(duì)應(yīng)頻率點(diǎn)的信號(hào)值。

根據(jù)發(fā)送端子載波映射單元中的映射規(guī)則，恢復(fù)成極化碼編碼與高階調(diào)制后的數(shù)據(jù)格式。

在一實(shí)施例中，所述的高階解映射單元嗎，根據(jù)貝葉斯公式，計(jì)算用戶信息為0和1的相應(yīng)的后驗(yàn)概率序列，作為后級(jí)極化碼譯碼的輸入。

在一實(shí)施例中，所述的極化碼譯碼單元，根據(jù)輸入的后驗(yàn)概率序列以及已知的極化碼編碼過程中的信道信息(傳輸固定比特序列與信息比特序列的信道集合)，可以采用串行抵消譯碼SC方法，也可以采用SCL譯碼等改進(jìn)的SC譯碼方法，或者采用BP，LP等其他譯碼方法，以提高譯碼的準(zhǔn)確率。

與上述系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的，一種基于極化碼的光OFDM信號(hào)編碼調(diào)制與解調(diào)方法，包括如下步驟：

極化碼編碼步驟，用于將需要傳送的用戶信息通過極化碼的編碼規(guī)則編碼成所需傳送的碼字；

高階映射步驟，用于將極化碼編碼后的碼字進(jìn)行高階映射，映射到星座圖上；

子載波映射步驟，將經(jīng)過高階映射后的信號(hào)映射到可用的子載波上；

取導(dǎo)頻步驟，按照塊狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)每隔一定數(shù)量的頻域OFDM信號(hào)取導(dǎo)頻，用于后期信道估計(jì)。

OFDM調(diào)制步驟，進(jìn)行IFFT變換，將子載波映射步驟的頻域OFDM信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域OFDM信號(hào)進(jìn)行傳輸，并在每個(gè)時(shí)域OFDM信號(hào)前加循環(huán)前綴CP；

光發(fā)射與接收步驟，用于將OFDM調(diào)制步驟的時(shí)域OFDM信號(hào)調(diào)制到光載波上，在光纖介質(zhì)中傳輸，在接收端用光電探測(cè)器進(jìn)行接收；

OFDM解調(diào)步驟，去除每個(gè)時(shí)域OFDM信號(hào)的循環(huán)前綴CP，并對(duì)去除CP的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果用于后期信道估計(jì)；

子載波恢復(fù)步驟，用于將OFDM解調(diào)步驟解調(diào)的頻域OFDM信號(hào)恢復(fù)成高階映射后的信號(hào)格式；

高階解映射步驟，用于將子載波恢復(fù)后的頻域信號(hào)通過軟解映射成后驗(yàn)概率序列，便于后續(xù)極化碼的譯碼；

極化碼譯碼步驟，用于將高階解映射步驟產(chǎn)生的后驗(yàn)概率序列經(jīng)過極化碼譯碼產(chǎn)生原始的用戶序列，完成最終的傳輸。

上述基于極化碼的光OFDM信號(hào)編碼調(diào)制與解調(diào)方法每個(gè)步驟具體實(shí)現(xiàn)的技術(shù)對(duì)應(yīng)于基于極化碼的光OFDM信號(hào)編碼調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)單元技術(shù)，再次不再贅述。

根據(jù)上述方法和系統(tǒng)提供以下具體的實(shí)施例：

在一實(shí)施例中，選用極化碼編碼碼長(zhǎng)N＝512，極化碼碼率R＝0.5。極化碼編碼時(shí)信道挑選的方式選擇巴氏參數(shù)法，初始擦除概率為0.5。OFDM信號(hào)一共有512個(gè)子載波，其中可用的數(shù)據(jù)子載波為120個(gè)。IFFT和FFT的點(diǎn)數(shù)為512點(diǎn)。QAM高階映射的階數(shù)為16。光纖傳輸?shù)拈L(zhǎng)度為50Km。

首先由用戶產(chǎn)生需要傳送的信息比特，再由極化碼編碼單元進(jìn)行極化碼編碼，經(jīng)極化碼編碼后一個(gè)符號(hào)由512個(gè)0或1的信息比特組成。

將每個(gè)編碼后的極化碼符號(hào)進(jìn)行16QAM的高階映射，映射方式選擇格雷映射，使得最終在解調(diào)時(shí)若判斷為相鄰點(diǎn)時(shí)最多只有一個(gè)比特的錯(cuò)誤，盡可能地減小誤碼率。每個(gè)符號(hào)經(jīng)過16QAM高階調(diào)制后是128個(gè)復(fù)數(shù)形式的數(shù)據(jù)點(diǎn)，將其稱為一個(gè)用戶信息符號(hào)。

將經(jīng)過高階映射后的用戶符號(hào)映射到可用的頻率子載波上。這里采用厄米共軛對(duì)稱的映射方式，目的是使得經(jīng)后期IFFT后的信號(hào)為實(shí)數(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)到子載波的映射方式，將高階映射后的一個(gè)用戶信息符號(hào)的各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)按順序映射到不同的子載波位置上去。在本實(shí)施例中，具體的映射規(guī)則如下：由于現(xiàn)在有512個(gè)子載波，但是可以用于傳輸信息的子載波數(shù)量只是其中的120個(gè)。由厄米共軛對(duì)稱的映射方式可知第1個(gè)子載波與第257個(gè)子載波上存放的數(shù)據(jù)為零，其余子載波上存放的數(shù)據(jù)分別關(guān)于第257個(gè)子載波共軛對(duì)稱。因此將第一個(gè)用戶信息符號(hào)的第一個(gè)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)存放在第256個(gè)子載波的位置，第258個(gè)子載波的位置存放該復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的共軛形式，以此類推，由于可用的子載波只有120個(gè)，除去最中間的第257個(gè)子載波需要放零，其余能放數(shù)據(jù)的子載波數(shù)共有119個(gè)，因此從第256個(gè)子載波到第138個(gè)子載波存放相應(yīng)的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)，而第258到第376個(gè)子載波存放數(shù)據(jù)的共軛形式。其余不傳輸信息的子載波相應(yīng)位置為零。由此產(chǎn)生了一個(gè)有512個(gè)子載波構(gòu)成的OFDM頻域符號(hào)。由于一個(gè)用戶信息符號(hào)由128個(gè)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)組成，而這里一個(gè)OFDM頻域符號(hào)只用到了119個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，剩下的9個(gè)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)就自然放到了下一個(gè)OFDM頻域符號(hào)。而下一個(gè)OFDM頻域符號(hào)中剩余的可用子載波繼續(xù)存放下一個(gè)用戶信息符號(hào)的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)。根據(jù)上述映射規(guī)則，可得到S個(gè)OFDM頻域符號(hào)，其中每個(gè)OFDM頻域符號(hào)包含512個(gè)子載波數(shù)據(jù)，有效的數(shù)據(jù)子載波為第138到第256，S的大小由用戶信息符號(hào)的數(shù)量決定。

將上述產(chǎn)生的S個(gè)OFDM頻域符號(hào)每隔20個(gè)取一個(gè)OFDM頻域符號(hào)保存作為導(dǎo)頻信號(hào)，用作接收端信道估計(jì)。具體規(guī)則為取第1、21、41、61……等等作為導(dǎo)頻信號(hào)。

將上述產(chǎn)生的S個(gè)OFDM頻域符號(hào)作512點(diǎn)的IFFT變換，將頻域信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)镾個(gè)OFDM時(shí)域符號(hào)，從而才能在實(shí)際的通信系統(tǒng)中傳輸。

為了防止信息在傳輸過程中由色散引起的符號(hào)間干擾和載波間干擾，必須在每個(gè)OFDM時(shí)域符號(hào)前加入循環(huán)前綴CP，此處假設(shè)CP的長(zhǎng)度為OFDM時(shí)域符號(hào)長(zhǎng)度的25％。因此實(shí)施例中可以取出每個(gè)OFDM時(shí)域符號(hào)末尾的128個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)放到其前面，使得原本的512位OFDM時(shí)域符號(hào)變?yōu)?40位的OFDM時(shí)域符號(hào)。

對(duì)信號(hào)進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換，即將上述S個(gè)640位的OFDM時(shí)域符號(hào)進(jìn)行首尾相連，變?yōu)楹蠸*640個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)域信號(hào)。

由于在實(shí)際系統(tǒng)中，接收端信號(hào)的起始位置未知，因此有必要在發(fā)送端的信號(hào)前面加入時(shí)鐘同步序列，此處加入長(zhǎng)度為127位的0、1比特m序列。為了與實(shí)際發(fā)送的信號(hào)幅度上保持一致，將加入時(shí)鐘同步序列的每個(gè)比特乘以O(shè)FDM時(shí)域信號(hào)采樣點(diǎn)的最大值。

由此產(chǎn)生了含有S*640+127個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的OFDM時(shí)域采樣信號(hào)，其中信號(hào)的前127個(gè)采樣點(diǎn)是時(shí)鐘同步序列，不攜帶任何信息。從第128個(gè)采樣點(diǎn)開始每640個(gè)采樣點(diǎn)為一組，是一個(gè)OFDM時(shí)域符號(hào)。其中每個(gè)640位OFDM時(shí)域信號(hào)中前128個(gè)采樣點(diǎn)為加入的循環(huán)前綴。

此處采用的傳輸系統(tǒng)為載波波長(zhǎng)1550nm的光傳輸系統(tǒng)，信息傳輸速率為10Gbit/s，采用的光纖長(zhǎng)度為50Km。通過將上述產(chǎn)生的串行時(shí)域采樣信號(hào)經(jīng)過MZM調(diào)制產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，經(jīng)過50Km長(zhǎng)度的光纖傳輸，通過光衰減器產(chǎn)生合適的光功率用于接收。在接收端利用光電探測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。

由于發(fā)送端是循環(huán)發(fā)送一連串OFDM的時(shí)域采樣信號(hào)，因此接收端接收到的數(shù)據(jù)也是循環(huán)的，信號(hào)的起始位置未知。因此將接收到的數(shù)據(jù)和前期加入進(jìn)去的時(shí)鐘同步序列作循環(huán)移位的卷積運(yùn)算，根據(jù)時(shí)鐘同步序列自身的性質(zhì)可知，當(dāng)卷積運(yùn)算結(jié)果出現(xiàn)峰值時(shí)，便是時(shí)鐘同步序列與自身的卷積運(yùn)算結(jié)果。因此，在取得的一系列循環(huán)移位卷積運(yùn)算結(jié)果中的峰值處可以判定是所加的時(shí)鐘同步序列，它的往后是信號(hào)的起始位置。

從信號(hào)的起始位置處開始，取S*640個(gè)接收到的數(shù)據(jù)點(diǎn)便是所傳輸?shù)腛FDM時(shí)域采樣序列，然后再以640個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)為一組進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換，恢復(fù)出發(fā)送前的每個(gè)OFDM時(shí)域符號(hào)。

根據(jù)前面加的循環(huán)前綴可知每個(gè)OFDM信號(hào)的有效信息位為第129到第640一共512個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，前128個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)為所加循環(huán)前綴CP。因此將有效的512個(gè)采樣點(diǎn)分別作512點(diǎn)的FFT變換，恢復(fù)出一系列OFDM的頻域信號(hào)。

由于信號(hào)傳輸過程中進(jìn)過MZM調(diào)制，光纖傳輸，光衰減器控制功率以及光電探測(cè)器進(jìn)行接收，整個(gè)信道的頻率特性曲線并不是一條水平的直線，即各個(gè)頻點(diǎn)的幅頻特性H是不同的，因此要想恢復(fù)出原信號(hào)就必須進(jìn)行信道估計(jì)。通過在發(fā)送端保存的導(dǎo)頻X，以及在接收端所取導(dǎo)頻通過傳輸以及相應(yīng)處理后得到的頻域信號(hào)Y，根據(jù)公式計(jì)算頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)，對(duì)每個(gè)導(dǎo)頻計(jì)算的各個(gè)求和取平均，得到作為整個(gè)信道頻率轉(zhuǎn)移概率函數(shù)的估計(jì)值。由此可以根據(jù)公式恢復(fù)出發(fā)送端對(duì)應(yīng)頻率點(diǎn)的信號(hào)值。由此恢復(fù)出了發(fā)送端發(fā)送的S個(gè)OFDM的頻域符號(hào)。

根據(jù)前期數(shù)據(jù)到子載波的映射關(guān)系，從S個(gè)OFDM的頻域符號(hào)中恢復(fù)出用戶信息符號(hào)。每個(gè)用戶信息符號(hào)含有128個(gè)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

將恢復(fù)出的用戶信息符號(hào)進(jìn)行16QAM軟解調(diào)，輸出每個(gè)用戶比特傳輸0和1時(shí)的后驗(yàn)概率。具體的每個(gè)用戶信息符號(hào)含有128個(gè)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)，包含有512個(gè)用戶數(shù)據(jù)比特。因此經(jīng)16QAM軟解調(diào)后輸出的是512個(gè)用戶比特為0的后驗(yàn)概率以及512個(gè)用戶比特為1的后驗(yàn)概率。

將上述后驗(yàn)概率序列輸入至極化碼譯碼單元，進(jìn)行極化碼的SCL譯碼，搜索路徑數(shù)L取1、2、4，從而使接收端得到發(fā)送端發(fā)送的原始用戶數(shù)據(jù)比特。具體的誤碼率曲線見圖3。同時(shí)圖3也對(duì)比了不加極化碼時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的誤碼率，對(duì)比發(fā)現(xiàn)極化碼的引入很大程度上降低了整個(gè)系統(tǒng)的誤碼率，提高了系統(tǒng)性能。

上述實(shí)施例采用基于極化碼的光OFDM信號(hào)編碼調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)和方法，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.極化碼作為一種能達(dá)到香農(nóng)容限并且有較低編譯碼復(fù)雜度的信道編碼算法，降低了信息傳輸過程中的誤碼率，提高系統(tǒng)的可靠性。

2.高階映射的引入提高了單個(gè)符號(hào)攜帶的信息量，提高了光通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。

3.光OFDM調(diào)制使得整個(gè)系統(tǒng)有了較好的抗頻率選擇性衰落以及窄帶特性?？梢造`活選擇衰減較小的子載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)把信號(hào)集中于一個(gè)窄帶信號(hào)內(nèi)，有效解決頻譜資源有限的問題，提高系統(tǒng)的頻帶利用率。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。