下一代光通信网络：自适应FEC速率LDPC与高阶概率整形星座的融合创新

为突破6G时代信道容量瓶颈，印度理工学院（ISM）Dhanbad团队提出了一种结合自适应前向纠错(FEC)速率低密度奇偶校验(LDPC)编码与高阶概率星座整形(PCS)的创新框架。该研究通过64/256-QAM调制、150 Gbaud符号速率及1 MHz线宽激光噪声环境下的系统验证，实现了5 dB OSNR优化及10-6误码率(BER)目标，为下一代光网络提供了兼具高容量与强鲁棒性的解决方案。

　　

在数字通信爆炸式发展的今天，6G网络和下一代光通信系统正面临严峻的容量与可靠性挑战。传统方案难以兼顾高传输速率与低误码性能，特别是在存在相位噪声和色散的光纤信道中。这一领域长期存在"三难困境"：提升调制阶数会降低抗噪能力，增加纠错冗余会牺牲频谱效率，而提高符号速率又加剧相位噪声影响。如何突破香农极限的理论边界，成为全球通信研究者亟待解决的难题。

印度理工学院（ISM）Dhanbad的Sunil Narayan Thool与Devendra Chack团队在《Optical Fiber Technology》发表的研究中，开创性地将自适应FEC速率的LDPC编码与高阶概率星座整形(PCS)技术深度融合。他们摒弃传统恒定组成分布匹配(CCDM)算法的高冗余缺陷，采用稀疏奇偶校验矩阵(PCM)设计，在64-QAM和256-QAM系统中实现了150 Gbaud的创纪录符号速率。通过理论分析结合MATLAB仿真，研究人员系统评估了5/6、8/9、9/10三种LDPC编码速率在1 MHz商用激光线宽条件下的性能表现。

关键技术方法包括：构建基于Galois域gf(2)的稀疏PCM矩阵实现自适应FEC；采用标准单模光纤(SSMF)模拟色散(CD)和偏振模色散(PMD)效应；通过互信息(MI)、广义互信息(GMI)和归一化GMI(NGMI)等多维度指标评估系统性能；对比分析PCS与均匀分布QAM信号的误差矢量幅度(EVM)和BER特性。

低密度奇偶校验(LDPC)部分
研究采用(N-K)×N维稀疏PCM矩阵，其中N=64,800为固定块长度。通过优化gf(2)域上的可逆矩阵结构，在5/6、8/9、9/10三种码率下均实现低于10^-6的BER。值得注意的是，该设计避免了传统Turbo码的复杂迭代解码，仅用置信传播算法即完成高效解码。

仿真设置部分
150 Gbaud符号速率系统在256-QAM PCS方案中展现出7%的传输距离优势。当OSNR达到24 dB时，9/10码率LDPC能使64-QAM系统BER骤降至2×10^-7，较传统方案提升5 dB增益。相位噪声测试表明，1 MHz线宽激光仅引起0.3 dB的GMI劣化。

结论部分
该研究证实自适应FEC速率LDPC与PCS的协同作用可突破现有光通信系统瓶颈。在保持150 Gbaud超高符号速率的同时，256-QAM系统实现1.53 dB的整形增益，64-QAM系统NGMI值达0.98。这些突破为6G网络提供了兼具高谱效率(8.4 b/s/Hz)与强鲁棒性的技术路径。

这项工作的创新性体现在三方面：首先，采用无冗余位PCM矩阵设计，解决了CCDM算法的效率损失问题；其次，首次在PCS系统中实现150 Gbaud符号速率，较现有技术提升30%；最后，基于商用激光器参数建立的OSNR-BER关系模型，为实际系统部署提供了精准设计指南。研究成果不仅推进了光通信理论发展，更为太比特级光纤传输系统的工程实现奠定了关键技术基础。