建模竞赛-光传送网建模与价值评估

1、内容简介

略
370-可以交流、咨询、答疑

2、内容说明

光纤通信是一种利用光作为信息载体、以光纤作为传输介质的新型通信方式。光传送网是一种基于数字光纤通信技术的数字通信网。相较于传统的微波通信，光纤通信具有通信容量大、中继距离长、抗电磁干扰能力强、保密性好、资源丰富且易于铺设等特点。由于光纤通信独特的通信优势，光传送网自诞生以来迅速推动了整个通信领域的急速发展，光传送网的规划与建设成为进一步推进信息技术革新的重要课题。其中高可靠性和高效的光传送网路是网络规划建设的关键内容。

首先，由于传输介质的传输损耗、信道噪声以及其他干扰噪声的影响，不可避免的会造成数字通信系统中传输信息出现错误。调制解调技术是提升数字通信系统可靠性能的一种重要方法。在数字光纤通信系统中，具有较高抗噪声能力和较高频谱利用率的多进制相位调制和多进制幅度相位联合调制方式成为主要调制手段。本文中分别研究QPSK、8QAM以及16QAM三种调制方式。按照题目中给定的调制方案搭建数字光纤通信系统仿真模型，仿真计算得到三种不同调制方式的误码性能曲线以及误码率为0.02时的信噪比容限值，QPSK调制方式下，BER=0.02的信噪比容限为8db；8QAM调制方式下，BER=0.02的信噪比容限为11.2db；16QAM调制方式下，BER=0.02的信噪比容限为14.2db。该部分主要涉及通信仿真模型的建立以及数学求解的问题。相较于多进制相位调制，MQAM调制打破了星座点位于同一圆周的局限性。星座点均匀的分布在信号平面上，将最小信号距离采用极大化原则进行处理，明显的提高了数字通信系统的抗干扰性能。由于光传送链路由多个相同跨段级联而成，将最大传送距离的计算模型等效为最大跨数求解的数学模型。通过数学的迭代计算分别得到单跨传送距离为80km和100km光传送链路在QPSK调制方式下最大通信距离38400km和48100km，在8QAM调制方式下最大通信距离9120km和11400km，在16QAM调制方式下最大通信距离2640km和3300km。

其次第二问第一小问中，建立了城市与城市之间的连接矩阵，其数值为0（城市无链路）或者1（城市有链路），针对只有16条链路的情况下，建立了目标函数和限制条件，通过遗传算法求解得到最大网络价值为1826300 wTb/s。在16条城市链路确定的情况下增加17条链路，最优化模型的限制条件有了更新，此时不再要求每座城市都连通到网络，因为这个条件在16条链路模型中已经得到了满足，此时求得整个系统最大的网络价值为3652600wTb/s。

最后，以典型的星型16QAM和矩型16QAM星座结构为原型，依据最小欧式距离最大化的主要规则，任意改变16QAM方案中星座点的位置、数量或每个点的概率，探索产生几种较为优越的8QAM调制方案。搭建数字光纤通信系统模型，通过不同调制方式对应的误码性能曲线的比较确定一种具有更低SNR容限点的8QAM调制方案。结果表明，8QAM矩形的误码性能最优，8QAM星型最差，则具有最大最小欧式距离的星座调制方案最优。

3、仿真分析

略

 

 

 

4、参考论文

[1]基于Matlab变成的QPSK的仿真，侯周国，钱盛友，广西师范大学学报（自然科学版），March 2005 21-24

[2] https://map.baidu.com/

[3]基于星座图的8QAM最优结构选取

[4] https://www.mathworks.com/help/gads/ga.html#d120e46268

[5]玄光男, 程润伟. 遗传算法与工程优化[M]. 清华大学出版社有限公司, 2004.