面向混合 RF-光系统的跨频段调制设计
信号处理
2025-03-24 v1
摘要
我们提出了一种新颖的跨频段调制框架，将 RF 域中的 3D 调制与光学域中的光强调制和直接探测相结合，首次实现这种集成以增强通信可靠性。通过利用跨频段多样性，该框架在 RF 和光学链路之间优化符号映射，显著提升互信息 (MI) 并降低符号错误概率 (SEP)。本文实现了两种实际的调制方案，均采用射频子系统中的正交幅制调制 (QAM)。第一种是线性跨频段映射方案，RF 符号通过可解析的优化映射到光强值，确保 O(1) 检测复杂度，同时最小化 SEP。第二种采用深度神经网络生成 (DNN-Gen) 的 3D 星座，配以自定义损失函数，自适应优化符号位置以最大化 MI 并最小化 SEP。虽然 DNN-Gen 的计算复杂度高于线性方法，但它能根据信噪比 (SNR) 调整 3D 星座，实现显著性能提升。此外，我们推导了线性方案的理论 MI 基准，揭示了 RF-光学跨频段通信的基本极限。广泛的蒙特卡罗仿真表明，两种方案均优于最新方法中已有的跨频段调制技术，包括跨频段脉冲幅制调制，取得显著改进。进一步地，DNN-Gen 在广泛的 RF SNR 范围内保持高性能，减轻了在每种运行条件下进行彻底训练的需求。总体而言，这些结果将我们的跨频段调制框架确立为面向下一代混合 RF-光网络的可扩展、高性能解决方案，在低复杂度与优化符号映射之间取得平衡，以最大化系统可靠性和效率。
引用
@article{arxiv.2503.17296,
title = {Cross-Band Modulation Design for Hybrid RF-Optical Systems},
author = {Thrassos K. Oikonomou and Sotiris A. Tegos and Panagiotis D. Diamantoulakis and George K. Karagiannidis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.17296},
year = {2025}
}