【概率整形技术的研究1900字】

概率整形技术的研究综述目录TOC\o"1-3"\h\u18494概率整形技术的研究综述 1178171.星座成形技术 1324851.2概率整形技术 2313911.3加入概率整形的超高阶调制方案 31.星座成形技术星座成形技术的研究始于1980年代，科研人员们想知道使用什么方法可以用来改善成形的损耗问题。香农的信息理论使得科学家们很难找到满足信道输入概率分布约束的新的调制星座图，因此可以使用现有的调制方法来修改星座点的传输概率，这个方法可以促进改善成形损耗目的的实现，进一步促使了星座形成技术的诞生。在通信系统中，星座的位置对通信系统的性能有很大的影响，通过设计星座点，可以优化星座点的位置和出现概率，这些方法称为几何建模和概率建模，分别。通常情况下，星座的几何形状是固定的，例如采用正交振幅调制（QAM）。在这种情况下，仍然可以通过概率整形来提高可达信息率。星座成形技术具有以下优点：不论几何成形还是概率成形都对通信系统有一定的成形增益，使系统的传输容量不断逼近香农极限，有望达到更高的传输容量，显著提升频谱效率传输的灵活性，传输速率可以灵活调整，以便适应不同的传输信道无须调整前向纠错码（FEC）等技术方案。其中提高频谱效率这一优点非常重要，因为目前的通信带宽是有限的，而提高频谱效率能够实现在不扩充通信波段的同时实现更多的通信需求[7]。星座成形技术分为几何成技术形和概率成形技术两种，在几何成形技术中，是通过改变星座图中星座点的位置坐标，使星座点分布服从高斯分布，在此基础上用不同衡量系统传输性能的参量作为目标，并针对其进行优化算法的设计，得到相比于原有的星座图更加接近香农极限的优化星座图。然而在概率成形技术中，通过赋予星座图中的不同的符号以不同的出现概率，来使其服从高斯状分布，改变符号的概率来改变信息速率，通过这个方法来达到逼近香农极限的目的，也叫作非均匀星座分布设计。概率成型技术可以有效地降低传输功率，因为它使得能量相对较低的符号比能量相对较高的符号更频繁地出现。然而，这种非均匀分布会降低发射机输出的熵和平均比特符号数，即比特率，不过能量节省大于平均比特损失的补偿。在能量不变的情况下，通过增加欧氏距离可以提高系统的抗噪声能力。几何形状采用等概率符号的非等距星座。在概率星座中，星座点是等距的，并且每一个星座点都具有不同的概率。概率成形技术相对于几何成形技术的优点有以下几点：首先，不需要改变调制器的结构，因此在实际应用中实现难度较小；其次，概率成形技术可以进行速率调整，在不改变实际FEC速率的情况下改变总冗余度。最后，对于相同星座数的星座，概率建模技术的形成增益大于几何成形技术REF_Ref9861\w\h[8]。1.2概率整形技术概率整形是一种编码调制优化技术，通常用来与QAM相结合。概率整形主要原理是将星座外圈的星座点以一定的概率和规则映射到靠近星座原点的星座点上来进行发送传输。实现概率整形的方法目前主要有两种．第１种是在通信系统中增加分布匹配器和分布解匹配器，第２种实现概率整形的方法是固定符号级标签整形方法。本文使用的是第一种方法，P.Schulte和G.BöchererREF_Ref10798\w\h[11]REF_Ref10801\w\h[12]在文章提出了实现基于MB分布的CCDM算法的，本文采用的即为此算法。为了使得基于CCDM算法的概率整形技术能和现有的QAM调制技术、二进制FEC编码技术兼容，GeorgBöchererREF_Ref10478\w\h[9]REF_Ref10481\w\h[10]在文章中提出的PAS方案。图1.加入概率整形后的通信系统框图如图1.所示为加入概率整形后的通信系统框图。分布匹配器可在编码之前实现“外编码”，从而使得编码映射后的各个QAM符号出现的概率服从麦克斯韦·玻尔兹曼分布（MB分布），见公式（3-1）如下：（3-1）其中v为概率分布因子，可代表概率整形的程度。在通常情况下，v取0到1之间的值，v值越大，概率整形程度越大，从而不同的概率分布因子v可以形成不同的概率分布,进而可以比较不同概率分布因子下的传输性能。1.3加入概率整形的超高阶调制方案图1.21024QAM的概率分布如图所示，图1.2为利用麦克斯韦·玻尔兹曼分布函数得到的对星座点优化后的PS-1024QAM的三维概率分布图。图1.3传统1024-QAM的星座图（b）（c）图1.4不同概率分布因子下的PS-1024QAM信号的接收端星座图（a）v=0，（b）v=0.1，（c）v=0.2（d）（e）（f）图1.5不同概率分布因子下的PS-1024QAM信号的接收端星座图（d）v=0.3，（e）v=0.5，（f）v=0.7如上图所示，图1.4和图1.5为不同概率分布因子下的PS-1024QAM信号的接收端星座图，由前文分析可知概率分布因子，可以用来代表概率整形的程度，因此我们可以通过改变概率分布因子v来改变对信号概率整形的程度。图1.4中的图（a）为v=0时的接收端星座图，可见没有对信号进行整形；图（b）为v=0.1时的接收端星座图，可见