【摘 要】
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当今社会正处在信息急速发展的时代,随着5G的正式商用,互联网产业得到进一步发展。光通信传输网络作为信息时代的基础传输建设,为新技术的发展奠定了基础,同时急剧增长的流量及带宽需求也给通信网络造成巨大的挑战。面对海量数据的传输需求,提高光通信传输网络的性能是通信领域研究者的研究重点。四维调制是在光载波的两个正交偏振上的同相和正交分量构成的四维空间进行调制的方式,增加了星座点之间的最小欧氏距离,解决谱效
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当今社会正处在信息急速发展的时代,随着5G的正式商用,互联网产业得到进一步发展。光通信传输网络作为信息时代的基础传输建设,为新技术的发展奠定了基础,同时急剧增长的流量及带宽需求也给通信网络造成巨大的挑战。面对海量数据的传输需求,提高光通信传输网络的性能是通信领域研究者的研究重点。四维调制是在光载波的两个正交偏振上的同相和正交分量构成的四维空间进行调制的方式,增加了星座点之间的最小欧氏距离,解决谱效率和渐进功率效率之间的矛盾,进而在不增加硬件复杂度的基础上有效提高系统传输容量。本论文在研究高速光通信系统中四维调制技术理论的基础上,重点探索了采用聚类算法进行判决译码的四维调制光传输方案、基于概率整形和信道编码的四维调制光传输方案以及适用于自由空间光通信系统的四维调制光传输方案。本文主要的研究工作如下:（1）提出基于聚类算法的四维调制光传输方案,该方案采用聚类算法对接收四维信号进行判决译码,降低了信号在经过传输后受到非线性影响产生误码的情况。仿真结果表明,当BER=1×10-3时,采用聚类算法判决的128-SP-QAM方案的误码率性能比传统128-SP-QAM提高0.4dB,采用聚类算法判决的PS-QPSK方案要比传统PS-QPSK提高约1dB的性能优势,有效提升了系统的误码率性能。（2）提出了一种基于聚类算法和概率整形技术相结合的四维PSKM-128-SP-QAM调制方案,该方案通过采用概率整形实现信号的非均匀映射,以解决均匀星座图调制的信道容量难以接近香农极限的问题,并采用K-means算法进行信号判决,仿真研究了该方案在不同光信噪比、不同传输距离下的传输性能。仿真结果表明,所提方案对比传统四维调制格式,获得明显的整形编码增益。在传输50km时,PSKM-128-SP-QAM 与 128-SP-QAM 相比获得了 2.7dB 的信噪比增益。（3）提出基于概率整形和纠错编码的四维PSKM-LDPC-SP-QAM调制方案,该方案在PSKM-128-SP-QAM调制方案的基础上采用信道编码提升系统传输的可靠性,以解决非均匀星座点更易受到噪声等因素的影响。仿真结果表明,在背靠背系统和传输距离为50km时,PSKM-LDPC-SP-QAM的性能均提升了约4.5dB,因此采用LDPC码对PSKM-128-SP-QAM进行信道编码可以明显降低系统的误码率,适合用于高速长距离光通信传输系统。（4）提出自由空间光通信系统中四维调制光传输方案,通过研究在自由空间光通信中采用四维调制格式实现信息传输,以提升系统的传输容量,改善误码率性能,分别仿真实现PS-QPSK以及KM-128-SP-QAM调制格式在自由空间光通信系统中的信息传输,仿真结果表明自由空间光通信系统中采用四维调制方案的可行性,并且采用聚类算法进行判决的KM-128-SP-QAM能够降低系统的误码率,更适合在高速长距离传输下进行传输信息。
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