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随着信息化和新型业务的迅猛发展,光纤通信系统面临着传输容量、频谱效率和灵活性等日益增高的要求。高阶的调制格式是一种提高系统频谱利用率的成熟技术。但是,光纤通信系统中存在非线性效应,发射功率受到限制,无法获得很高的光信噪比。在不增加发射功率的情况下进一步提高系统性能,对星座进行整形是必要的。近年来,非均匀的高阶调制在光纤传输系统中的应用得到了广泛的关注,本文研究了非均匀星座中备受关注的概率整形(Probabilistic Shaping,PS)和几何整形(Geometric Shaping,GS)技术。主要研究工作如下:1.本文通过概率幅度整形(PAS)系统模型来实现概率整形,针对PAS方案中分布匹配与前向纠错码模块,提出一种概率分布和FEC联合实现方案。该方案根据星座符号的比特序列和LDPC校验序列的特征进行系统化的设计,使传输星座的分布不因校验序列的加入而发生变化,而且接收端不需要复杂的FEC译码结构。2.在PS传输系统的接收端,针对PS-QAM的LDPC软判决译码中的对数似然比(LLR)计算方法,提出简化的、考虑先验概率的一种近似的对数似然比方案。仿真和实验结果验证了这种近似方法的有效性,通过12.5Gbaud的单载波16QAM实验,在相同的净传输率下对比不同分布的PS-16QAM的译码后BER性能。实验结果表明,相较于均匀的16QAM,PS-16QAM有1.17dB的增益。另一方面,阐述了使用简化的最大后验概率准则对接收端PS信号进行检测的原理和实现过程。3.研究了迭代极性量化(IPQ)方法设计几何整形星座的分布特点,通过仿真评估IPQ-QAM的整形增益。对比了PS-QAM与IPQ-QAM的性能表现,指出IPQQAM的优势与劣势。虽然IPQ-16QAM和IPQ-64QAM可以实现与PS-QAM近似的互信息性能,但是IPQ-QAM在实际实现复杂度和GMI表现方面处于劣势。4.研究了几何整形中成对优(PO)算法的实现原理及过程。在此基础上,通过广义成对优化(PO)算法来优化8QAM和32QAM的几何分布,并通过仿真对比POQAM和传统方形QAM的广义互信息曲线。仿真表明,优化后的PO-8QAM相较于传统的8PSK有高达0.95dB的增益。优化后的PO-32QAM相较于均匀的32QAM可以实现0.41dB的增益。