一种基于时域限幅噪声消除的HACO-OFDM系统接收方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于时域限幅噪声消除的HACO‑OFDM系统接收方法，与现有的频域限幅噪声消除方法相比，本发明专利技术方法的优点是PAM‑DMT支路的误码性能不受ACO‑OFDM支路误码性能的影响，而且计算量大幅降低。本发明专利技术提出的方法根据HACO‑OFDM信号的结构特性，通过简单的时域处理将ACO‑OFDM支路信号和PAM‑DMT支路信号在时域实现分离，然后分别进行FFT变换及解调。本发明专利技术提出的方法不需要在频域中对落在PAM‑DMT支路上的ACO‑OFDM信号的非对称限幅噪声进行再生及消除，使得PAM‑DMT支路性能独立于ACO‑OFDM支路。此外本发明专利技术提出的方法只需要两次实数FFT变换，显著降低了接收机的复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时域限幅噪声消除的HACO-OFDM系统接收方法
本专利技术属于可见光通信领域，涉及应用于混合非对称限幅光正交频分复用(HACO-OFDM)系统的接收端，是一种基于时域限幅噪声消除的HACO-OFDM系统接收方法。
技术介绍
可见光通信(VLC)是一种能够利用LED灯光同时进行照明和数据传输的新兴无线通信技术，具有带宽不受限制，功耗低，无电磁辐射，安全可靠等优点，已经被提出作为下一代室内无线通信的补充方案。为了在使用强度调制和直接检测(IM/DD)的VLC系统中实现高速率传输，光频分复用(O-OFDM)得以应用，因为光强度不能为负，O-OFDM时域信号必须是非负的实数值。用于IM/DDVLC系统的OFDM方案已经提出了一些，例如直流偏置光OFDM方案(DCO-OFDM)，非对称限幅光OFDM方案(ACO-OFDM)，脉冲幅度调制离散多音频(PAM-DMT)方案，以及基于DCO-OFDM，ACO-OFDM和PAM-DMT的其它改进方案。DCO-OFDM方案中因直流偏置不携带信息致使光功率方面效率不高。ACO-OFDM和PAM-DMT两种方案都仅利用了一半子载波，导致在频谱效率方面是低效的。为了同时提高功率效率和频谱效率，出现了混合非对称限幅光正交频分复用(HACO-OFDM)方案，其中ACO-OFDM支路信号仅仅占用被复数符号调制的奇数子载波，PAM-DMT支路信号仅仅占用被实数符号调制的偶数子载波的虚部。为了满足可见光通信中OFDM时域信号必须是非负的实数值的约束要求，经过OFDM调制后的ACO-OFDM时域信号和PAM-DMT时域信号需要进行非对称限幅操作，将时域信号中的负值限幅到零。非对称限幅操作将产生限幅噪声干扰，具体来说，占用奇数子载波的ACO-OFDM信号在非对称限幅操作中产生的限幅噪声只落入偶数子载波上；占用偶数子载波的PAM-DMT信号在非对称限幅操作中产生的限幅噪声只落入偶数子载波的实部上。换句话说，限幅噪声干扰只存在于偶数子载波上，奇数子载波上是没有限幅噪声干扰的。非对称限幅处理后的ACO-OFDM时域离散信号和非对称限幅处理后的PAM-DMT时域离散信号的组合信号作为系统的传输信号，经过处理后加载到LED光源上，通过可见光信道进行传输。在接收端，首先用一个光电检测器将光信号恢复成模拟电信号，经过处理恢复出时域离散信号。HACO-OFDM系统中，已有的频域限幅噪声消除接收方法思想如下：对处理恢复出的时域离散信号先进行快速傅里叶变换(FFT)，变换到频域，因为奇数子载波上是没有限幅噪声干扰的，所以利用奇数子载波上的频域信号直接恢复出ACO-OFDM频域信号，进而恢复出M-QAM符号进行解调处理，然后用解调后的信号再重复调制操作、IFFT操作和非对称限幅操作，从而估计出ACO-OFDM信号的限幅噪声，接着将估计得到的ACO-OFDM限幅噪声从PAM-DMT子载波上减去，利用偶数子载波虚部上的信号进而恢复出M-PAM符号进行解调处理。已有的频域限幅噪声消除接收方法存在的问题：(1)虽然ACO-OFDM支路信号不受限幅噪声影响，但PAM-DMT支路信号误码性能受ACO-OFDM支路限幅噪声的估计准确性的影响较大，因此，PAM-DMT支路的误码性能依赖于ACO-OFDM信号的检测性能，当Eb/No较低或QAM星座尺寸较大时，已有的频域限幅噪声消除接收方法中ACO-OFDM信号非对称限幅噪声的估计误差较大，导致PAM-DMT支路的误码性能显著恶化，误码性能不稳定。(2)已有的频域限幅噪声消除接收方法需要在频域对ACO-OFDM信号的非对称限幅噪声进行估计和去除，需要较多的模块，包括ACO-OFDM信号检测模块、1个IFFT模块、2个FFT模块，一个非对称限幅模块，这增加了接收机的计算复杂度。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种基于简单时域处理消除限幅噪声干扰的接收方法，该方法不需要在频域对ACO-OFDM信号的非对称限幅噪声进行估计，避免了ACO-OFDM支路性能对PAM-DMT支路性能的影响，从而使PAM-DMT支路性能更加稳健。同时，本专利技术提出方法大幅度降低了接收机的计算复杂度。实现本专利技术目的的技术方案为：一种基于时域限幅噪声消除的HACO-OFDM系统接收方法，步骤如下：步骤1：恢复出完整的HACO-OFDM符号{rn}。在接收端用一个光电检测器将光信号恢复成模拟电信号，通过模/数转换模块、符号同步模块、串/并转换模块、去除循环前缀，得到完整的HACO-OFDM符号{rn}。电路器件和周围环境噪声引起的噪声在接收端建模为加性高斯白噪声(AWGN)。rn＝zn+wnwn表示加性高斯白噪声的离散时间抽样。zn是由非对称限幅ACO-OFDM时域离散信号和非对称限幅PAM-DMT时域离散信号组合而成的HACO-OFDM时域信号，是ACO-OFDM时域信号前半部分的限幅信号，是ACO-OFDM时域信号后半部分的限幅信号，是PAM-DMT时域信号前半部分的限幅信号，是PAM-DMT时域信号后半部分的限幅信号，且有步骤2：对HACO-OFDM离散时域信号rn进行时域分离。根据HACO-OFDM离散时域信号rn的如下结构特点，将HACO-OFDM离散时域信号rn分离为r1,n和r2,n两个信号，r1,n是rn的前半部分信号，r2,n是rn的后半部分信号，w1,n是wn的前半部分，w2,n是wn的后半部分。步骤3：再生出ACO-OFDM时域信号。根据r1,n和r2,n的结构特点，用r1,n减去r2,n，再生恢复出ACO-OFDM时域信号raco,n，raco,n＝r1,n-r2,n＝xaco,n+w3,nw3,n＝w1,n-w2,n表示残留的噪声，如果噪声w3,n忽略不计，raco,n即为ACO-OFDM时域信号的前半部分信号xaco,n。步骤4：再生出ACO-OFDM频域信号，进而解调出ACO-OFDM支路携带的数据信息。对ACO-OFDM时域信号raco,n进行N点FFT后，因为奇数子载波上是没有限幅噪声干扰的，所以可以从奇数子载波上直接恢复出ACO-OFDM频域信号，进而得到M-QAM符号以解调出ACO-OFDM支路携带的数据信息。步骤5：对再生出的ACO-OFDM时域信号进行非对称限幅。对再生恢复的ACO-OFDM时域信号raco,n进行非对称限幅，得到再生的非对称限幅ACO-OFDM时域信号w4,n表示非对称限幅操作之后的残留噪声。步骤6：再生出带有噪声干扰的限幅PAM-DMT时域信号。用HACO-OFDM离散时域信号的前半部分r1,n减去非对称限幅ACO-OFDM时域信号可以得到带有噪声干扰的非对称限幅PAM-DMT时域信号w5,n表示相减操作之后的残留噪声。如果噪声w5,n忽略不计时，即为非对称限幅PAM-DMT时域信号的前一半，它包含了PAM-DMT支路所携带的数据信息。步骤7：在PAM-DMT支路上利用成对限幅方法进一步进行噪声抑制。根据PAM-DMT时域信号的反对称性，如下式，ypam,n＝ypam,N/2-n,n＝1,2,...,N/2-1利用成对限幅方法对进一步抑制噪声的干扰，得到更加准确的非对称限幅PAM-DMT时域信号，对进行成对限幅操作如下，且是再生出来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时域限幅噪声消除的HACO‑OFDM系统接收方法，步骤如下：步骤1：对接收到的HACO‑OFDM信号进行数模转换，得到离散HACO‑OFDM时域信号，然后完成符号同步，获得完整的HACO‑OFDM符号rn；步骤2：对HACO‑OFDM符号rn进行时域分离，分成前半部分和后半部分两路信号；步骤3：对步骤2中产生的两路时域信号进行简单的加减操作，再生出ACO‑OFDM时域信号的前半部分；步骤4：对步骤3得到的信号进行FFT变换，再生出ACO‑OFDM频域信号，进而解调出ACO‑OFDM支路携带的数据信息；步骤5：对步骤3得到的信号的ACO‑OFDM时域信号进行非对称限幅；步骤6：对步骤2中产生的前半部分或后半部分时域信号与步骤5中产生的反对称限幅信号进行相减操作，消除ACO‑OFDM支路的限幅噪声，再生出带有信道白噪声干扰的限幅PAM‑DMT时域信号；步骤7：在PAM‑DMT支路上利用成对限幅方法进一步进行噪声抑制；步骤8：对步骤7得到的信号进行FFT变换，获得PAM‑DMT频域信号，进而解调出PAM‑DMT支路携带的数据信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于时域限幅噪声消除的HACO-OFDM系统接收方法，步骤如下：步骤1：对接收到的HACO-OFDM信号进行数模转换，得到离散HACO-OFDM时域信号，然后完成符号同步，获得完整的HACO-OFDM符号rn；步骤2：对HACO-OFDM符号rn进行时域分离，分成前半部分和后半部分两路信号；步骤3：对步骤2中产生的两路时域信号进行简单的加减操作，再生出ACO-OFDM时域信号的前半部分；步骤4：对步骤3得到的信号进行FFT变换，再生出ACO-OFDM频域信号，进而解调出ACO-OFDM支路携带的数据信息；步骤5：对步骤3得到的信号的ACO-OFDM时域信号进行非对称限幅；步骤6：对步骤2中产生的前半部分或后半部分时域信号与步骤5中产生的反对称限幅信号进行相减操作，消除ACO-OFDM支路的限幅噪声，再生出带有信道白噪声干扰的限幅PAM-DMT时域信号；步骤7：在PAM-DMT支路上利用成对限幅方法进一步进行噪声抑制；步骤8：对步骤7得到的信号进行FFT变换，获得PAM-DMT频域信号，进而解调出PAM-DMT支路携带的数据信息。2.根据权利要求1所述的基于时域限幅噪声消除的HACO-OFDM系统接收方法，其特征在于：步骤1是在接收端用一个光电检测器将光信号恢复成模拟电信号，通过模/数转换模块、符号同步模块、串/并转换模块、去除循环前缀，得到完整的HACO-OFDM符号rn，其中rn＝zn+wnwn表示加性高斯白噪声的离散时间抽样，zn是由非对称限幅ACO-OFDM时域离散信号和非对称限幅PAM-DMT时域离散信号组合而成的HACO-OFDM时域信号，是ACO-OFDM时域信号前半部分的限幅信号，是ACO-OFDM时域信号后半部分的限幅信号，是PAM-DMT时域信号前半部分的限幅信号，是PAM-DMT时域信号后半部分的限幅信号，且有N表示FFT/IFFT操作的点数，n表示时域信号的序号。3.根据权利要求1所述的基于时域限幅噪声消除的HACO-OFDM系统接收方法，其特征在于：步骤2对HACO-OFDM离散时域信号rn进行时域分离是将HACO-OFDM离散时域信号rn分离为r1,n和r2,n两个信号，r1,n是rn的前半部分信号，r2,n是rn的后半部分信号，w1,n是wn的前半部分，w2,n是wn的后半部分，wn表示加性高斯白噪声的离散时间抽样，是ACO-OFDM时域信号前半部分的限幅信号，是ACO-OFDM时域信号后半部分的限幅信号，是PAM-DMT时域信号前半部分的限幅信号，是PAM-DMT时域信号后半部分的限幅信号，且有N表示FFT/IFFT操作的点数，n表示时域信号的序号。4.根据权利要求1所述的基于时域限幅噪声消除的HACO-OFDM系统接收方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯永宏，王涛，侯春萍，吕华龙，吴琦，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12