非對稱限幅直流偏置光ofdm系統峰均比抑制方法
【專利摘要】本發明提供的是一種非對稱限幅直流偏置光OFDM系統峰均比抑制方法。在發送端，對輸入的信息序列進行串并變換及映射，并保證生成的信息向量具有Hermitian對稱。將此向量分成奇數子載波向量和偶數子載波向量，分別送入ACO?OFDM和DCO?OFDM信號生成模塊。將兩路生成的時域信號相加，添加循環前綴并進行并串轉換，再由光發射機發送出去；在接收端，將接收到的光信號轉化成電信號，然后經過去除循環前綴和串并轉換，再經過FFT變換得到頻域向量，奇數子載波上的發送信號直接從接收到的頻域向量中奇數子載波中直接提取，偶數子載波上的發送信號借助對奇數子載波上的發送信號的估計恢復出來。本發明能有效地抑制峰均比。
【專利說明】
非對稱限幅直流偏置光OFDM系統峰均比抑制方法
技術領域
[0001] 本發明涉及的是一種光無線通信方法，具體地說是一種非對稱限幅直流偏置光 OFDM(asymmetrically clipped DC biased optical OFDM,AD0-0FDM)通信系統峰均比抑 制方法。
【背景技術】
[0002] 光無線通信技術是一種寬帶接入方式，是光通信和無線通信結合的產物，它以大 氣為傳輸媒介，利用激光作為信號載體來實現信息傳輸的通信技術。光無線通信具有安全 保密性強，抗干擾性強、通信容量大、無需頻率許可證和部署快速等特點，在解決目前寬帶 網絡通信中"最后一公里"問題和應急通信等方面有著良好的應用前景。但是，光在大氣中 傳輸是一個非常復雜的過程，其包括大氣分子的散射與吸收、空中懸浮微粒的散射與吸收 和大氣湍流。空中的大量散射元會導致光信號沿不同的傳輸路徑到達接收端，當系統的信 息傳輸速率較高時，碼間干擾對系統性能的影響就十分嚴重。因此，將OFDM技術引入到光無 線通信系統中，以抑制碼間干擾對系統的影響，提高系統的信息傳輸速率。由于光無線通信 系統通常采用光強度調制，對光源進行調制的信號只能是實信號且單極性。為了解決這個 問題，采用了一種特殊的OFDM調制技術，即ADO-OFDM技術。ADO-OFDM技術是ACO-OFDM和DCO-OFDM技術相結合的產物，即在奇數子載波上傳輸ACO-OFDM信號，而在偶數子載波上傳輸 DCO-OFDM信號。與ACO-OFDM和DCO-OFDM系統相比，ADO-OFDM具有更高的光功率效率和頻譜 利用率。
[0003] 高峰均比（Peak to Average Power Ratio，PAPR) -直是AD0-0FDM系統所要克服 的關鍵問題之一。在光無線通信系統中，較高的PAPR不僅會對光調制器的調制效率產生較 大影響，還易對人體器官造成傷害。因此，針對AD0-0FDM系統的PAPR抑制技術研究顯得尤為 重要。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種能有效地抑制峰均比的非對稱限幅直流偏置光OFDM 系統峰均比抑制方法。
[0005] 本發明的目的是這樣實現的：
[0006] 在發送端，對輸入的信息序列進行串并變換及映射，生成具有Hermitian對稱的信 息向量X，將信息向量X分成奇數子載波向量Xodd和偶數子載波向量Xeven并分別送入ACO-(FDM和DC0-0FDM信號生成模塊，所述AC0-0FDM和DC0-0FDM信號生成模塊中分別嵌入PTS模 塊，奇數子載波向量Xc ldd經過第一 PTS模塊變換得到時域信號Xcidd、然后經過限幅得到信號 XAC0;偶數子載波向量Xeven經過第二PTS模塊變換得到時域信號Xeven、添加一個直流偏置B dc、 添加直流偏置BDC后仍是負值的信號通過限幅得到信號XDO)，將信號XAO)和XDO)相加得到信號 X，然后添加循環前綴并進行并串轉換，再由光發射機發送出去；
[0007] 在接收端，光接收機將接收到的光信號轉化成電信號，然后經過去除循環前綴和 串并轉換，再經過FFT變換得到頻域向量Y，奇數子載波上發送的數據Ycidd直接從頻域向量Y 中提取出來;對于偶數子載波上的發送信號要對ACO-OFDM信號進行估計，即從Y中提取出奇 載波上的信號Yodd、從ACO-OFDM信號中計算出估計值y ac。、然后從y中減去yac。，恢復出DCO-OFDM信號。
[0008] 本發明還可以包括：
[0009] 1、所述具有Hermi t ian對稱的信息向量X的信號表征為：
[0010]
[0011 ]其中，N是子載波個數，X;是X1的共輒復數；
[0012] 所述奇數子載波向量Xodd的信號表征為：
[0013] X〇dd=[0,Xi,0,X3,0,-",O1Xn-I],
[0014] 所述偶數子載波向量Xe3ve3n的信號表征為：
[0015] Xeven= [X0，0，X2，0，…，XN-2，0] 〇
[0016] 2、所述奇數子載波向量Xcidd經過第一 PTS模塊變換得到時域信號Xodd的方法為：
[0017] 采用交織的方式將頻域數據的奇數子載波向量Xodd = [0，X1，0，X3，0，…，0，Xn-!]分 割成為互不重疊的M組，并且將每一組擴展成與頻域數據的信息向量X等長的子塊序列，用 {X v，v = l，2,. . .，M}來表示擴展后的子塊序列，子塊序列Xv具有Hermitian對稱，頻域數據的 奇數子載波向量Xodd表不為
[0018]
[0019] 熄個子協序列桉如下方式組合起來：
[0020]
[0021]其中，{bv，v=l，2, · · ·，Μ}是旋轉因子，
[0022] 然后對向量X'dd進行IFFT變換，得到時域信號Xodd = IFFIlX'odd}。
[0023] 本發明是針對非對稱限幅直流偏置光OFDM(asymmetrically clipped DC biased opti caI OFDM，ADO-OFDM)通信系統內存在較高的峰均比這個問題，并根據ADO-OFDM通信系 統結構特點，提出的一種基于部分傳輸序列(Partial Transmit Sequence，PTS)的減小系 統峰均比方法。
[0024] 在ADO-OFDM通信系統中，用奇數子載波傳輸AC〇-(FDM信號，而在偶數子載波上傳 輸DCO-OFDM信號。它結合了 ACO-OFDM與DCO-OFDM通信系統的優點：由于ADO-OFDM通信系統 中所有子載波都傳送數據，ADO-OFDM通信系統的帶寬效率就要高于ACO-OFDM通信系統；由 于ADO-OFDM通信系統用一半的子載波傳輸光功率效率較高的ACO-OFDM信號，所以就整個系 統光功率效率而言，ADO-OFDM通信系統要優于DCO-OFDM通信系統。
[0025]在PTS方法中，將輸入數據符號分為若干數據子塊，然后這些分組乘上相應的旋轉 因子，利用這些旋轉因子對這些數據子塊的相位進行調整，最后再合并這些數據子塊以減 小系統PAPR。ADO-OFDM通信系統的發射部分包含ACO-OFDM信號模塊與DCO-OFDM信號模塊， 這兩個模塊是并行的。因此，在使用PTS方法時，需要在兩個并行的模塊中同時插入PTS模 塊。
[0026] 本發明的優點體現在：
[0027] 1、與現有的限幅類PAPR抑制技術相比，本發明采用的方案并不著眼于降低信號幅 度的最大值，而是通過對原始ADO-OFDM信號實施線性變換來達到降低高峰值出現的概率。 2、AD0-0FDM系統對ACO-OFDM支路上和ACO-OFDM支路上的噪聲較為敏感，而本發明采用的方 案沒有對原始ADO-OFDM信號進行非線性處理，并不會帶來額外的噪聲，這對ADO-OFDM系統 誤碼率性能至關重要。3、本發明采用的方案有效地抑制了 ADO-OFDM通信系統的PAPR。
【附圖說明】
[0028]圖1為ADO-OFDM通信發射部分系統框圖；
[0029] 圖2為ACO-OFDM支路上的PTS原理框圖；
[0030] 圖3為DCO-OFDM支路上的PTS原理框圖；
[0031]圖4為ADO-OFDM通信接收部分系統框圖；
[0032]圖5為米用部分傳輸序列方法前后的ADO-OFDM系統互補累計概率分布曲線圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0034]在發送端，將隨機產生的信息序列經M階QAM調制后生成復數信號，并進行串/并轉 換；
[0035] AD〇-(FDM系統采用的是光強度調制/直接解調，復數信號要具有Hermitian對稱， 其信號表征為：
[0036]
[0037] 其中，N是子載波個數，X;是X1的共輒復數；
[0038] 將信號向量X分成奇數子載波向量Xodd和偶數子載波向量Xe3ve3n，其信號表征為：
[0039] X〇dd=[0,Xi,0,X3,0,---,0,XN-i],X even =[Χο,Ο ,X2,0, ··· ,Xn-2,0]
[0040] 并將Xodd和Xeven分別送入ACO-OFDM信號產生模塊和DCO-OFDM信號產生模塊。
[0041 ]下面以ACO-OFDM信號產生模塊中PTS方法為例進行說明，DC〇-(FDM信號產生模塊 與ACO-OFDM信號產生模塊類似。
[0042]采用交織的方式將頻域數據向量Xodd= [OJ1JJ3，0，···，0，乂^]分割成為互不重 疊的M組，并且將每一組擴展成與頻域數據向量X等長的子塊序列，用{Xv，v=l，2, ...，M}來 表示擴展后的子塊序列，子塊序列Xv要保證具有Hermitian對稱。因此，頻域數據向量Xodd可 以表示為
[0043]
[0044] 然后，將這M個子塊序列按如下方式組合起來：
[0045]
[0046]其中，{bv，v = I，2，. . .，M}是旋轉因子，在ADO-OFDM系統中，由于傳輸的信號是實 信號，所以旋轉因子bv的取值要受到相應的限制。
[0047] 然后對向量X'odd進行IFFT變換，可以得到時域信號1。(1(1 =正?1'{乂'。(1(1}。利用1??1'變 換的線性件質，可以對M個子塊序列單妯講行IFFT變換計算，得到：
[0048]
[0049] 通過適當地選擇旋轉因子{bv，v=l，2, ...，M}，使得ADO-OFDM符號峰值達到最佳 化。要想使ADO-OFDM系統PAPR達到最優，則加權系數應該滿足：
[0050]
[0051] 這樣以1_1次1??1'變換為代價，通過尋找最佳的{1^^=1，2，...，}系數，從而使 得ADO-OFDM系統內的PAPR性能得到改善。
[0052]遍歷搜索方法的計算量非常大，導致系統復雜度增加。因此，要在保證系統PAPR性 能下降不大的條件下，通常采用迭代的次優化算法來找出次優的旋轉因子，具體算法流程 如下：
[0053] (1)將N個子載波分割為M個子序列；
[0054] (2)設置旋轉因子的初始值bv=l，（v=l，2,….，M)，計算此時的峰均比PAPRo=IIiax
，并且令index= 1;
[0055] (3)令bindex = -1，并且重新計算此時的PAPR;
[0056] (4)如果PAPR>PAPRo,貝[Jbindex= 1;否則，PAPRo = PAPR，index = index+Ι;
[0057] (5)如果index<M+l，則返回步驟(3);否則，至Ij步驟(6);
[0058] (6)得到加權系數{bv，v=l，2, . . .，M}，在此條件下所得到的峰均比分布為min (PAPR,PAPRo) 〇
[0059] 在ACO-OFDM路徑中，經過相應變換得到時域信號Xcidd，然后經過限幅得到信號XAC〇;
[0060] 在DCO-OFDM路徑中，經過類似變換得到時域信號xeven。首先要添加一個適當的直 流偏置B dc，添加直流偏置Bdc后仍是負值的信號通過限幅得到信號mo;
[0061] 信號XACQ和XDCQ相加得到信號X，然后添加循環前綴并進行并串轉換，再由光發射機 發送出去；
[0062] 在接收端，光接收機將接收到的光信號轉化成電信號，然后經過模數轉換和串并 轉換，再經過FFT變換得到頻域向量Y;
[0063] FFT變換得到的頻域向量Y中的奇載波Ycidd沒有受到DCO-OFDM限幅噪聲的影響，所 以和傳統ACO-OFDM的系統一樣，Ycidd可以直接從Y中提取出來；
[0064]為了恢復出偶載波上的發送信號，要對ACO-OFDM信號進行估計，也就是從Y中提取 出奇載波上的信號Yodd，從ACO-OFDM信號中計算出估計值yac。，然后從y中減去yac。，即能恢復 出DCO-OFDM信號。
【主權項】
1. 一種非對稱限幅直流偏置光OFDM系統峰均比抑制方法，其特征是： 在發送端，對輸入的信息序列進行串并變換及映射，生成具有化rmitian對稱的信息向 量X，將信息向量X分成奇數子載波向量Xodd和偶數子載波向量Xeven并分別送入ACO-O抑M和 DCO-OFDM信號生成模塊，所述ACO-OFDM和DCO-OFDM信號生成模塊中分別嵌入PTS模塊，奇數 子載波向量Xodd經過第一 PTS模塊變換得到時域信號XDdd、然后經過限幅得到信號XACO;偶數 子載波向量Xeven經過第二PTS模塊變換得到時域信號Xeven、添加一個直流偏置BdC、添加直流 偏置Bdg后仍是負值的信號通過限幅得到信號XDGO，將信號XAG日和祉G日相加得到信號X，然后添 加循環前綴并進行并串轉換，再由光發射機發送出去； 在接收端，光接收機將接收到的光信號轉化成電信號，然后經過去除循環前綴和串并 轉換，再經過FFT變換得到頻域向量Y，奇數子載波上發送的數據Yndd直接從頻域向量Y中提 取出來;對于偶數子載波上的發送信號要對ACO-OFDM信號進行估計，即從Y中提取出奇載波 上的信號Yodd、從ACO-OFDM信號中計算出估計值yac。、然后從y中減去yac。，恢復出DCO-OFDM信 號。2. 根據權利要求1所述的非對稱限幅直流偏置光OFDM系統峰均比抑制方法，其特征是： 所述具有化rm i t i an對稱的信息向量X的信號表征為：其中，N是子載波個數，兩是Xi的共輛復數； 所述奇數子載波向量XckW的信號表征為： Xodd 二[0, Xi, 0, Xs, 0,..., 0, Xn-I ], 所述偶數子載波向量Xeven的信號表征為： Xeven=[X〇,0,X2,0,...,XN-2,0]。3. 根據權利要求2所述的非對稱限幅直流偏置光OFDM系統峰均比抑制方法，其特征是 所述奇數子載波向量XckW經過第一 PTS模塊變換得到時域信號XDdd的方法為： 采用交織的方式將頻域數據的奇數子載波向量Xndd =[0，Xi，0，X3，0，…，0，Xn-I ]分割成 為互不重疊的M組，并且將每一組擴展成與頻域數據的信息向量X等長的子塊序列，用{Xv，v =1，2,. . .，M}來表示擴展后的子塊序列，子塊序列Xv具有化rmitian對稱，頻域數據的奇數 子載波向量Xndd表示為 將運M個子塊序列按如下方式結其中，{bv,V=I,2,... ,M}是旋轉因子， 然后對向量X 'Ddd進行IFFT變換，得到時域信號XDdd = IFFT{X 'Ddd}。4. 根據權利要求3所述的非對稱限幅直流偏置光OFDM系統峰均比抑制方法，其特征是： 對M個子塊序列單獨進行IFFT變換計算，得到：通過選擇旋轉因子{bv，v=l，2,. . .，M}，使得ADO-OFDM符號峰值達到最佳化的加權系數 應該滿足： 5.根據權利要求4所述的非對稱限幅直流偏置光OFDM系統峰均比抑制方法，其特征是 選擇旋轉因子是采用迭代的次優化算法來找出次優的旋轉因子，具體流程如下： (1) 將N個子載波分割為M個子序列； (2) 設置旋轉因子的初始值bv=l，（v = l，2，...，M)，計算此時的峰均比PAPRo=max|x' ^E|x'|2,其 4,并且令 Index=I; (3) 令bindex=-1，并且重新計算此時的PAPR; (4) 如果 PAPR>PAPR〇,現Jbindex=I;否貝 Ij，PAPR〇 = PAPR，index = index+1; (5) 如果index<M+1，則返回步驟(3);否則，到步驟(6); (6) 得到加權系數{bv，v=l，2, . . .，M}，在此條件下所得到的峰均比分布為min(PAPR, PAPRo)O
【文檔編號】H04B10/2575GK105915291SQ201610364225
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】王勇, 宮妍, 張宇
【申請人】哈爾濱工程大學