一种评估ACO‑OFDM可见光通信系统信号峰均比的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种评估ACO‑OFDM可见光通信系统信号峰均比的方法，本评估方法得出的峰均比具有高度准确性，通过系统仿真与本评估方法得到的理论计算值相校验，本评估方法得到的评估值在子载波数目足够大时具有相当高的准确性；本评估方法得出的峰均比具有简单易算性，对于子载波数目足够大的ACO‑OFDM，只要知道OFDM调制后时域信号的功率，再知道削波的上下界，即可快速得出削波后信号的峰均比，无需实际硬件测量。

【技术实现步骤摘要】
一种评估ACO-OFDM可见光通信系统信号峰均比的方法
本专利技术涉及无线光通信
，尤其是一种评估ACO-OFDM可见光通信系统信号峰均比的方法。
技术介绍
LED灯具有使用寿命长、节能、发光效率高等诸多优点，被广泛的用于室内照明，未来会逐步取代传统的荧光灯和白炽灯等，成为主流的室内照明器件。近来研究表明，LED器件在照明的同时，也可以进行高速的数字通信，且基于LED的室内科技光通信系统具有成本低、传输速率高、保密性好等优点，因此，被认为是一种重要的室内无线通信技术。室内可见光通信与现有的无线电通信相比，具有绿色环保、没有电磁辐射、频谱资源丰富等优势。此外，室内可见光通信特别适合应用在一些无线电设备禁止使用的场合，如飞机、医院等。不同于传统的无线射频通信系统，在可见光通信系统中普遍采用的是强度调制直接检测技术，这是因为在可见光通信系统中，普遍采用的是发光强度来携带信息，而LED的发光强度只能是非负数，因此不能像在传统射频领域一样采用复数信号。因此在可见光通信系统中所要传输的信号都将经历由电信号转化为光信号的过程，即信源处信号转化为非负电信号来驱动LED。为了解决多径效应引起的码间干扰问题，正交频分复用OFDM技术被深入研究并广泛采用。该技术频谱利用率高，抗频率选择性衰落，抗码间干扰，调制解调简单并且易于实现，接收端无需复杂均衡技术，因此，该技术也被广泛的应用到室内可见光通信系统中。但不同于传统射频通信领域的OFDM技术，采用强度调制直接检测技术的可见光通信技术中需要对信号进行削波处理，一种常用的调制方式为ACO-OFDM。OFDM技术中的一大难点即发射信号峰均比过大的问题在ACO-OFDM中仍存在，因此在ACO-OFDM技术中研究削波对峰均比的影响具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种评估ACO-OFDM可见光通信系统信号峰均比的方法，能够得出具有高度准确性和简单易算性的峰均比。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种评估ACO-OFDM可见光通信系统信号峰均比的方法，包括如下步骤：(1)根据ACO-OFDM的系统结构，算出IFFT输出的各子载波时域信号(2)由于频域信号Sk是零均值且是独立同分布的，根据中心极限定理，当子载波数目N足够多时，经过IFFT变换得到的时域信号sn服从高斯分布，即(3)因其有前后对称性：对其采取过零削波不会丢失任何信息，对时域信号进行削波的过程如下：(4)对上削波程度进行规范化处理，得到削波上界为：(5)由此可以得到削波后信号的概率密度函数为：(6)由概率密度函数可以得到削波后信号的平均功率为：其中，c(l,u)是功率因子，c(l,u)＝(l2-1)Φ(l)-(u2-1)Φ(u)+u2+lg(l)-ug(u).(7)当子载波数目足够多，频域符号是QAM调制时，同一OFDM符号上sn,n＝0,1,…,N/2-1是相互独立的，因此由峰均比的定义式：可以推出双边削波后的ACO-OFDM符号的峰均比的互补累积分布函数为：其中，θ0,U＝u2/c(0,u)。本专利技术的有益效果为：本评估方法得出的峰均比具有高度准确性，通过系统仿真与本评估方法得到的理论计算值相校验，本评估方法得到的评估值在子载波数目足够大时具有相当高的准确性；本评估方法得出的峰均比具有简单易算性，对于子载波数目足够大的ACO-OFDM，只要知道OFDM调制后时域信号的功率，再知道削波的上下界，即可快速得出削波后信号的峰均比，无需实际硬件测量。附图说明图1为本专利技术的方法流程示意图。图2为本专利技术的基于ACO-OFDM室内可见光通信系统发射端示意图。图3为本专利技术ACO-OFDM中上削波后的最大峰均比与规范化后上削波边界的关系示意图。图4为本专利技术不同子载波数目下本方法计算得到的峰均比分布值理论值和实际仿真值的示意图。图5为本专利技术1024子载波时ACO-OFDM在各种情况下的峰均比分布曲线示意图。具体实施方式如图1所示，为本专利技术的方法流程示意图。一种评估ACO-OFDM可见光通信系统信号峰均比的方法，包括如下步骤：(1)根据ACO-OFDM的系统结构，算出IFFT输出的各子载波时域信号(2)由于频域信号Sk是零均值且是独立同分布的，根据中心极限定理，当子载波数目N足够多时，经过IFFT变换得到的时域信号sn服从高斯分布，即(3)因其有前后对称性：对其采取过零削波不会丢失任何信息，对时域信号进行削波的过程如下：(4)对上削波程度进行规范化处理，得到削波上界为：(5)由此可以得到削波后信号的概率密度函数为：(6)由概率密度函数可以得到削波后信号的平均功率为：其中，c(l,u)是功率因子，c(l,u)＝(l2-1)Φ(l)-(u2-1)Φ(u)+u2+lg(l)-ug(u).(7)当子载波数目足够多，频域符号是QAM调制时，同一OFDM符号上sn,n＝0,1,…,N/2-1是相互独立的，因此由峰均比的定义式：可以推出双边削波后的ACO-OFDM符号的峰均比的互补累积分布函数为：其中，θ0,U＝u2/c(0,u)。如图2为基于ACO-OFDM室内可见光通信系统发射端框图。一串高速并行的比特流经过串并转多路并行的低速数据流，然后并行低速的数据流通过正交幅度调制映射成一个个星座点。在ACO-OFDM中，只有奇数子载波携带信号而偶数子载波都被设置为0，即，Sk＝0对k＝0,2,4,...,N-2。ACO-OFDM的频域帧结构满足共轭对称条件，即经过IFFT后，时域信号sn可以表示为注意到ACO-OFDM的时域信号具有前后对称性，即：因此，对ACO-OFDM的快速傅里叶反变换输出信号采取过零削波不会丢失任何信息。所以对ACO-OFDM的信号下削波都是过零削波，上削波则视情况而定，削波过程即：由于是过零削波，sclip,n已经是非负实数，因而无需再添加直流偏置。削完波后的时域信号经过数模转换为时域连续信号即可驱动LED发送可见光信息。图3所示为上削波后最大峰均比关于u的分布。可以看到有上削波的ACO-OFDM本身是存在过零的下削波的，因此其削波后峰均比存在最大值，而这个最大峰均比的值是u的单调增函数，即削的越多(u越小)，剩余信号的最大峰均比越小。图4为不同子载波数目下本方法计算得到的峰均比分布评估值和实际仿真值。可以看到子载波数目较小(128子载波)时本方法计算出来的峰均比分布与实际仿真出来的分布略有差异，这是因为频域相互独立的子载波数只有N/4个，当N＝128时频域相互独立的子载波数只有32个，因此中心极限定理的近似条件不够，所以存在一定差异。而当子载波数目足够多时，本方法计算出的峰均比分布能很好的吻合实际仿真的系统。图5是在1024子载波时ACO-OFDM在各种情况下的峰均比的互补累积分布函数曲线。作为比较，同时给出了相同条件下未采取削波的信号的CCDF曲线。可以看到对ACO-OFDM信号进行上削波后其峰均比存在一个最大上界值，该最大峰均比值与规范化上削波程度u是单调递增的，即削的越多(u越小)，最大峰均比值越小。而仔细观察可以得到，就某一特定的峰均比而言，其规范上削波程度参数u越小，其互补累积分布函数值越大，这就体现了削波的双重作用。尽管本专利技术就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种评估ACO‑OFDM可见光通信系统信号峰均比的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据ACO‑OFDM的系统结构，算出IFFT输出的各子载波时域信号

【技术特征摘要】
1.一种评估ACO-OFDM可见光通信系统信号峰均比的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据ACO-OFDM的系统结构，算出IFFT输出的各子载波时域信号(2)由于频域信号Sk是零均值且是独立同分布的，根据中心极限定理，当子载波数目N足够多时，经过IFFT变换得到的时域信号sn服从高斯分布，即(3)因其有前后对称性：对其采取过零削波不会丢失任何信息，对时域信号进行削波的过程如下：(4)对上削波程度进行规范化处理，得到削波上界为：(5)由此可以得到削波后信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家恒，许洋，凌昕彤，梁霄，赵春明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32