概率整形技术PCS

Waxberrylee

从信息论诞生之时，如何逼近香农极限，缩小它们之间的差距就是通信的主题之一。从过往的PDH-WDM的发展经验来看，通常都是利用电磁波导特性的5个维度来提升传输系统的容量和传输距离：

这上面包括大家所熟悉的提升单载波速率，扩展C+L波段，空分复用以及灵活栅格等技术。在提升单载波速率上，100G与400G所采用的调制技术不一样，100G主要采用QPSK，而400G主要采用QAM调制。但是对于QAM调制，大家知道它有QAM，16QAM,64QAM之分。其波特率分别为 84、64 和44Gbaud左右。为了降低对物理器件的要求， 大家更希翼采用更高阶的QAM。但是这里又出现一个问题，传输距离与调制阶数成反比：即采用更高级QAM会要求更高的信噪比，传输距离就会更短，满足不了长距离传输的要求。

在光纤线路中，当前影响传输系统的最主要因素是非线性干扰，而非线性干扰主要取决于输入信号光功率的大小和符号分布，从而也就限定了可传输的最大信噪比。那么大家的关注点就在于如何取得最优符号分布，如何降低平均发射功率就成为新的突破点。信号整形也就成为当今比较热门的技术。今天大家就来简单先容一种利用先进算法来提升传输容量和传输距离的信号整形技术：PCS概率整形技术。

概率整形，英文为Probabilistic Constellation Shaping，是信号整形技术的一种（另一种是几何整形）。

在概率整形技术中，其对应的星座图中各个星座点的间隔是等距的，但是每个星座点具有不同的概率。相比传统的星座点固定概率分布，概率整形技术可以让能量低的符号比能量高的符号出现的次数更多，也就是能量低的星座点出现概率大，这样就可以降低平均发射功率，减少符号的平均比特数也就是比特率，从而有效的适应噪声等因素带来的损伤。

在上图中，DM分布适配器Distribution Matching是概率整形PCS技术的核心关键。它的主要作用就是在发端将均匀分布数据序列转换为不同概率的特定分布，在收端反过程逆转。

最后，在效率方面，概率整形技术对高级QAM的效果比低级QAM更明显。下图是16QAM和64QAM，在概率整形技术下所获得的SNR增益，可以看出，与香农极限的间隙取决于QAM的层级，越高的层级可改进的空间越大。

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