第17届研究生数学建模竞赛A题——ASIC 芯片上的载波恢复 DSP算法设计与实现(3)

摘 要:

光通信技术构建起了全球通信的骨架。光传送链路建模与建设是运营商、设备商以及政府必须考虑的课题。 光数字信号处理芯片以即时处理资料的特性被广泛应用,本文针对芯片的一种典型的载波恢复(CR) 算法进行研究,分别讨论了在多种情况下算法的最优工程设计方案。

针对问题一, 本文首先确定了 16QAM 由格雷映射进行编码的矩形星座图,随后根据确定的调制格式得出 SNR BER 的关系,在 BER=0.02 的情况下确定了 RSNR,然后通过蒙特卡洛模拟法计算 BER Pilot 符号数以及总符号数的关系,进一步确定插值方法后通过插值补偿的方式计算 BER 的增量,最终计算出 Pilot 符号数为 9,总符号数为 826 以及 Pilot 开销为 1.09%

针对问题二, 本文首先确定了 BER 与相位噪声方差的函数关系,随后基于第一问的模型建立了考虑线宽和色散情况的目标规划模型,求解得到 Pilot 符号数与线宽以及色散的定量关系: 最后得出可视化的 Pilot 开销与线宽以及色散的变化关系图。

针对问题三,首先通过分析 RSNR 12.71dB 时高斯白噪声的标准差,得到接收端符号的整数位要求;然后通过定点量化该算法的参数,得出该算法的资源函数; 随后进一步分析定点量化噪声对性能的影响,得到量化噪声对应的等效相位噪声功率;最后构造定点量化的资源最优化模型, 解得: 当 LW 830kHz 时,最佳的定点位宽为 6;当 830kHzLW 897kHz 时,最佳的定点位宽为 7;当 897kHzLW 912kHz 时,最佳的定点位宽为 8;当 912kHzLW 917kHz 时,最佳的定点位宽为 9; 当线宽超过 917kHz 时, 无解。

针对问题四, 本文首先确定了性能以及代价的对应函数关系,并将数据进行归一化处理,然后建立了评价模型,最后以长距干线传输为例输入对应参数,得出当 LW=100kHz时,2长距干线传输的最佳位宽为 7。为了提供一套可自动优化位宽的方案,本文设计了一个判断模型,根据输入参数的不同提供相对应的方案。

最后,本文对模型进行了理论检验和实际检验,保证了模型的可行性,并提出了针对其它类型星座图进行进一步 CR 算法设计的改进方案。

关键词:载波恢复算法; 蒙特卡洛模拟法; 目标规划模

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2020研究生数模A题芯片的相噪算法——ASIC芯片上的载波恢复DSP算法设计与实现

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