具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

现有技术中常采用均匀QAM调制格式来产生能在光纤中传输的目标光信号，但是，采用上述调制方式的系统传输容量与香农容量之间的差距较大，所以存在容量浪费的技术问题。有鉴于此，本发明实施例提供了一种光信号生成方法，用以缓解上文中所提出的技术问题。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种光信号生成方法的流程图，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤S102，获取原始二进制信号序列和几何整形后的目标QAM星座图。

本发明实施例采用了一种新型的概率几何混合整形策略，通过获取概率整形技术和几何整形技术两者的整形增益，以进一步缩小系统传输容量与香农容量之间的差距。

具体的，首先获取原始二进制信号序列，以及经过几何整形后的目标QAM星座，其中，原始二进制信号序列为用于承载待发送信息的信号序列，例如，10011010100011，一般地，原始二进制信号序列可选择均匀二进制序列，也即，原始二进制信号序列中，1和0出现的概率相同，各为50％。

在本发明实施例中，目标QAM星座图的中心星座点为坐标原点，且目标QAM星座图中任意两个相邻星座点之间的距离为定值，也就是说，目标QAM星座图中，坐标原点也做为星座图中的星座点，且任意相邻星座点之间的距离均为最小欧式距离；其中，最小欧式距离表示星座结构中所有相邻星座点的欧式距离中的最小值。

步骤S104，对原始二进制信号序列进行概率整形，得到目标序列。

在获取到原始二进制信号序列之后，本发明实施例将对原始二进制信号序列进行概率整形，概率整形技术的核心思想是将原始比特数据处理成分布概率具有类高斯分布特征的信号进行传输，进而获得整形增益，通过获取整形增益来在一定程度上提升系统传输容量。本发明实施例不对概率整形的方式进行具体限制，用户可以根据实际需求进行选择。

概率整形之后可得到目标序列，其中，目标序列为非均匀概率分布的二进制序列；用户可以通过调节概率整形的整形因子来调整对原始二进制信号序列的整形程度，也即，可以通过调节整形因子的方式来控制目标序列中二进制数1或0的出现概率。

步骤S106，基于预设映射关系将目标序列映射到目标QAM星座图上，得到目标序列对应的星座点序列。

IQ坐标图中所有的星座点构成目标QAM星座，且每个星座点分别对应一个I轴坐标值和Q轴坐标值，每个坐标值均预设有相应的载波幅度。因此，在经概率整形得到目标序列之后，需进一步根据预设映射关系将目标序列映射到目标QAM星座图上，以得到相应的星座点序列，其中，预设映射关系表示二进制码字序列与星座点编号之间的对应关系。

若目标QAM星座图为16QAM星座图，则每个星座点对应一个16进制码字，可选择该16进制码字作为上述星座点编号，并且，对于目标序列中的二进制数据，通过将每四个划分为一组，利用预设映射关系可匹配到相应的星座点，以此类推，可确定出目标序列对应的星座点序列。其他QAM调制格式，例如32QAM、64QAM等，可参考上述处理方法进行映射。

下述表1为目标QAM星座图为16QAM星座图时，一种可选的预设映射关系的表现形式：

表1

步骤S108，基于星座点序列对预设光波进行调制，得到目标光信号。

通过上文中的描述可知，每个星座点均预设有相应的载波幅度，因此，在通过映射处理得到星座点序列之后，根据星座点序列即可对预设光波进行调制，得到目标光信号，通过这种方式使光波携带信息。一般地，预设光波为相互正交的光波。

本发明提供的光信号生成方法为一种概率几何混合整形方案，在获取到原始二进制信号之后，首先对其进行概率整形，得到目标序列；然后根据预设映射关系，将目标序列映射到几何整形后的目标QAM星座图中，以得到相应的星座点序列；最后利用星座点序列对预设光波进行调制，得到目标光信号。该方法将概率整形技术与几何整形技术相结合，同时获得两者的整形增益，进一步缩小了系统传输容量与香农容量之间的差距，从而有效地缓解了现有技术中的光信号生成方法存在的容量浪费的技术问题。

上文中对本发明实施例提供的光信号生成方法进行了简要的描述，下面对该方法中所涉及的一些方法步骤以及相关技术特征进行具体介绍。

在一个可选的实施方式中，上述步骤S102中，获取几何整形后的目标QAM星座图，具体包括如下步骤：

步骤S1021，将坐标原点作为目标QAM星座图的中心星座点。

步骤S1022，将中心圆形与目标坐标轴的交点作为目标QAM星座图的星座点。

鉴于每个星座点对应的信号发送功率为该星座点到原点距离的平方，因此，星座点与坐标原点的欧式距离越近，其发送功率越低；且坐标原点的发送功率为0。为了得到能够提升概率整形后系统性能的QAM星座图，本发明实施例需要有效利用坐标原点处发送功率为0的星座点。因此，在构建目标QAM星座图时，如图2所示，首先将坐标原点作为目标QAM星座图的中心星座点，并生成中心圆形，其中，中心圆形为以坐标原点为中心，预设欧式距离为半径的圆形。为了便于描述，将坐标原点的星座点编号设置为1，预设欧式距离选择1，本发明实施例不对坐标原点编号的顺序以及预设欧式距离的取值进行具体限制，用户可以根据实际需求进行设置。

接下来，将中心圆形与目标坐标轴的交点作为目标QAM星座图的星座点；其中，目标坐标轴包括以下任意一个坐标轴：I坐标轴，Q坐标轴。图3为当目标坐标轴为Q坐标轴时，中心圆形与目标坐标轴的交点的示意图。为了便于描述，将中心圆形与目标坐标轴的交点的星座点编号分别设置为2，3。至此，得到了目标QAM星座图中的3个星座点。

接下来，重复执行以下步骤S1023，直至得到目标QAM星座图的所有星座点：

步骤S1023，以目标星座点为圆心，预设欧式距离为半径作圆，得到多个圆形，并基于当前坐标系下所有圆形的交点更新目标QAM星座图的星座点。

在一个可选的实施方式中，目标QAM星座图包括：16QAM星座图。下面以目标QAM星座图为16QAM星座图为例，对步骤S1023进行具体说明，在本发明实施例中，目标星座点为当前QAM星座图中与坐标原点之间的欧式距离最大的星座点。根据步骤S1022得到的结果可知，当前QAM星座图中与坐标原点之间的欧式距离最大的星座点为星座点2和星座点3，那么按照步骤S1023的方法，如图4所示，分别以星座点2和星座点3为中心，预设欧式距离为半径作圆，得到2个新的圆形，并基于当前坐标系下所有圆形(3个圆形)的交点更新目标QAM星座图的星座点，此时新增交点为星座点4，星座点5，星座点6，星座点7，也即，当前QAM星座图中的星座点为7个，未得到16QAM星座图中的所有星座点，不满足重复执行结束的条件，因此，需要再次执行步骤S1023。

此时，当前QAM星座图中与坐标原点之间的欧式距离最大的星座点为星座点2，星座点3，星座点4，星座点5，星座点6和星座点7，如图5所示，以上述星座点为中心，预设欧式距离为半径作圆，可得到4个新的圆形，并基于当前坐标系下所有圆形(7个圆形)的交点更新目标QAM星座图的星座点，此时新增交点为星座点8至星座点13，也即，当前QAM星座图中的星座点为13个，未得到16QAM星座图中的所有星座点，不满足重复执行结束的条件，因此，需要再次执行步骤S1023。

此时，当前QAM星座图中与坐标原点之间的欧式距离最大的星座点为星座点8至星座点13，如图6所示，以上述星座点为中心，预设欧式距离为半径作圆，可得到6个新的圆形，并基于当前坐标系下所有圆形(13个圆形)的交点更新目标QAM星座图的星座点，此时新增交点为星座点14至星座点16，也即，当前QAM星座图中的星座点为16个，得到了目标QAM星座图的所有星座点，满足重复执行结束的条件。

在一个可选的实施方式中，上述步骤S104，对原始二进制信号序列进行概率整形，得到目标序列，具体包括如下内容：将原始二进制信号序列输入预设分布匹配器中进行概率整形，得到目标序列。

分布匹配器是一种用于产生非均匀信号、实现概率整形的技术。如图7所示，本发明实施例利用预设分布匹配器对原始二进制信号序列进行概率整形，将原始二进制信号序列输入到预设分布匹配器中，可以根据需要输出具有不同整形程度且具有麦克斯韦玻尔兹曼分布信号，也即，非均匀概率分布的二进制序列(目标序列)。

通过上文中的描述可知，距离坐标原点越近的星座点，其发送功率越低，因此，本发明实施例的预设映射关系中，第一星座点对应的码字信号出现概率不小于第二星座点对应的码字信号出现概率；其中，第一星座点与坐标原点之间的距离小于第二星座点与坐标原点之间的距离。

也就是说，坐标原点作为目标QAM星座图中的星座点，其对应的二进制码字信号的出现概率最高；与坐标原点之间的欧式距离越远的星座点，其对应的二进制码字信号的出现概率越低。若目标QAM星座图为16QAM星座图，且星座点以图8(图6的简图形式)中的形式进行分布，并且已知概率整形得到的目标序列中，1比0出现的概率更大，那么上文中表1提供的映射关系表满足上述预设映射关系要求，根据表1提供的预设映射关系将目标序列映射到目标QAM星座图上，可得到目标序列对应的星座点序列，图9为经过映射后各个星座点的概率分布关系示意图。根据发送功率的计算方式可知，相比传统的均匀QAM调制方法，利用本发明实施例提供的光信号产生方法可以有效地降低系统发送功率。

在一个可选的实施方式中，上述步骤S108，基于星座点序列对预设光波进行调制，得到目标光信号，包括：

步骤S1081，获取星座点序列中每个星座点的IQ坐标信息。

步骤S1082，基于IQ坐标信息确定星座点序列中每个星座点的载波幅度，得到载波幅度序列。

步骤S1083，基于载波幅度序列对预设光波进行调制，得到目标光信号。

已知QAM星座图中，每个坐标点均预设有相应的载波幅度，因此，在得到星座点序列之后，基于上文中构建目标QAM星座图的方法，通过数学计算即可获得星座点序列中各个星座点的IQ坐标信息，接下来，再将每个IQ坐标信息匹配到相应的载波幅度，进而得到星座点序列对应的载波幅度序列；最后，再利用上述载波幅度序列对预设光波进行调制，即可得到目标光信号，在本发明实施例中，预设光波为相互正交的光波。

对原始二进制信号序列进行处理之后得到的目标光信号可以在光纤信道中进行传送，如果光信号生成时使用了预设分布匹配器进行概率整形，那么接收端在接收到上述目标光信号之后，首先需要对其进行解调，然后对解调后的信息序列进行逆映射得到非均匀概率分布的二进制序列(目标序列)，最后，再将目标系列输入到与光信号生成时所使用的预设分布匹配器相逆的结构中进行逆分布匹配，即步骤S104的逆过程，进而可得到原始的二进制信号序列。

本发明实施例提供的光信号生成方法，将概率整形技术与几何整形技术相结合，同时获得两者的整形增益，进一步缩小了系统传输容量与香农容量之间的差距；并且，在相同发射功率下，本发明方法与现有技术中的均匀QAM调制方法相比，目标QAM星座图的最小欧式距离更大，因此还能够进一步提升系统的接收判决能力，降低系统误码率。

实施例二

本发明实施例还提供了一种光信号生成装置，该光信号生成装置主要用于执行上述实施例一所提供的光信号生成方法，以下对本发明实施例提供的光信号生成装置做具体介绍。

图10是本发明实施例提供的一种光信号生成装置的功能模块图，如图10所示，该装置主要包括：获取模块10，概率整形模块20，映射模块30，调制模块40，其中：

获取模块10，用于获取原始二进制信号序列和几何整形后的目标QAM星座图；其中，目标QAM星座图的中心星座点为坐标原点，且目标QAM星座图中任意两个相邻星座点之间的距离为定值。

概率整形模块20，用于对原始二进制信号序列进行概率整形，得到目标序列；其中，目标序列为非均匀概率分布的二进制序列。

映射模块30，用于基于预设映射关系将目标序列映射到目标QAM星座图上，得到目标序列对应的星座点序列。

调制模块40，用于基于星座点序列对预设光波进行调制，得到目标光信号。

本发明实施例提供的光信号生成装置所执行的光信号生成方法为一种概率几何混合整形方案，在获取到原始二进制信号之后，首先对其进行概率整形，得到目标序列；然后根据预设映射关系，将目标序列映射到几何整形后的目标QAM星座图中，以得到相应的星座点序列；最后利用星座点序列对预设光波进行调制，得到目标光信号。该装置将概率整形技术与几何整形技术相结合，同时获得两者的整形增益，进一步缩小了系统传输容量与香农容量之间的差距，从而有效地缓解了现有技术中的光信号生成方法存在的容量浪费的技术问题。

可选的，预设映射关系中，第一星座点对应的码字信号出现概率不小于第二星座点对应的码字信号出现概率；其中，第一星座点与坐标原点之间的距离小于第二星座点与坐标原点之间的距离。

可选的，获取模块10包括：

第一确定单元，用于将坐标原点作为目标QAM星座图的中心星座点。

第二确定单元，用于将中心圆形与目标坐标轴的交点作为目标QAM星座图的星座点；其中，中心圆形为以坐标原点为中心，预设欧式距离为半径的圆形；目标坐标轴包括以下任意一个坐标轴：I坐标轴，Q坐标轴。

重复执行单元，用于重复执行以下步骤，直至得到目标QAM星座图的所有星座点：以目标星座点为圆心，预设欧式距离为半径作圆，得到多个圆形，并基于当前坐标系下所有圆形的交点更新目标QAM星座图的星座点；其中，目标星座点为当前QAM星座图中与坐标原点之间的欧式距离最大的星座点。

可选的，概率整形模块20具体用于：

将原始二进制信号序列输入预设分布匹配器中进行概率整形，得到目标序列。

可选的，调制模块40包括：

获取单元，用于获取星座点序列中每个星座点的IQ坐标信息。

第三确定单元，用于基于IQ坐标信息确定星座点序列中每个星座点的载波幅度，得到载波幅度序列。

调制单元，用于基于载波幅度序列对预设光波进行调制，得到目标光信号。

可选的，目标QAM星座图包括：16QAM星座图。

实施例三

参见图11，本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：处理器60，存储器61，总线62和通信接口63，所述处理器60、通信接口63和存储器61通过总线62连接；处理器60用于执行存储器61中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器61可能包含高速随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口63(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线62可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图11中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器61用于存储程序，所述处理器60在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器60中，或者由处理器60实现。

处理器60可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器60中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器60可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器61，处理器60读取存储器61中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本发明实施例所提供的一种光信号生成方法、装置和电子设备的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。