一种基于二维离散余弦变换的数字移动前传信号量化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二维离散余弦变换的数字移动前传信号量化方法，步骤为：将信号通过基带信号处理方法生成两路的OFDM采样信号；将OFDM采样信号分组，组成二维离散余弦变换系数矢量集，根据方差进行分段并舍弃尾部部分，对保留部分进行矢量量化，输出由码字

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维离散余弦变换的数字移动前传信号量化方法


[0001]本专利技术涉及5G移动通信技术、数字移动前传领域，具体为一种基于二维离散余弦变换 的数字移动前传信号量化方法。

技术介绍

[0002]5G移动通信在业务特性方面，划分了三大典型应用场景以满足“人”与“物”的不同需求， 包括增强型移动宽带、超可靠低时延通信和大规模机器类通信；在传输速率方面，5G移动通 信需要的区域容量约是4G的1 000倍，边缘速率也需要达到4G的100倍左右，需要约1GHz 的带宽，对接入网络带来了严峻的挑战。
[0003]5G对4G C-RAN下的基站的各项功能进行了重构和功能分割，把基带处理单元(BBU， base band unit)拆分为集中单元(CU，centralized unit)和分布式单元(DU，distributed unit) 两个逻辑实体，CU负责处理非实时协议和服务，DU负责处理物理层协议和实时服务。每个 基站都有一套DU，每套DU下又有多个有源天线单元(AAU，active antenna unit)，多个站 点共用同一个CU进行集中式管理。AAU和DU之间由光纤链路连接的部分被称为移动前传， 现有的前传接口使用通用公共无线电接口(CPRI，Common Public Radio Interface)采用的是 数字光载无线技术(D-RoF)，所用的PCM技术是一种15bit均匀量化编码，量化电平等间 隔分布，极大地浪费了频谱资源。在减少量化比特的同时，如何保证传输系统的高质量性能 是移动前传中面临的重要问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服上述
技术介绍
的不足，提供一种基于二维离散余弦变换的数字 移动前传信号量化方法，通过使用更少的量化比特数来量化基带信号，能够有效的提升频谱 效率。同时，针对OFDM信号天然的I/Q两路特性，采用了矢量量化技术，系统不需要额外 的同步对准操作，降低了发送端的系统复杂度，丰富了数字移动前传的实现方法。
[0005]本专利技术的一种基于二维离散余弦变换的数字移动前传信号量化方法包括以下步骤：
[0006]步骤1：将需要传输的信号通过QAM调制、OFDM调制等基带信号处理方法生成I/Q两 路的OFDM采样信号。
[0007]步骤2：将OFDM采样信号按照一定的规则分组，构建一个二维矢量集。进行二维离散 余弦变换，组成一个二维离散余弦变换系数矢量集，统计二维离散余弦变换系数的方差，在 方差数值趋近于零的部分进行分段，将后一部分丢弃。
[0008]步骤3：对二维离散余弦变换系数矢量集保留部分进行矢量量化，输出由码字-索引映射 构成的量化信号。
[0009]步骤4：将量化信号进行PAM-4编码，再通过电光调制器将编码信号调制到光载波上。
[0010]步骤5：已调的光信号在单模光纤中传输，在接收端，AAU接收的光信号经过光电探
测 器和PAM-4译码后恢复出量化信号，将接收到的量化信号进行索引-码字映射合成量化系数 矢量集(被发射端丢弃的部分系数用0填充)。
[0011]步骤6：对量化系数使用同二维离散余弦变换中相同长度的二维离散余弦逆变换，恢复 出原矢量信号集，从而恢复出OFDM的I/Q两路采样信号。
[0012]进一步的，所述的基带信号处理的具体过程为：
[0013]设置QAM调制的阶数、OFDM调制中IFFT点数、射频上转换、并串转换、载波调制、 采样滤波、带通采样后得到I/Q两路的OFDM采样信号。
[0014]按照一定的规则分组，进行二维离散余弦变换，具体为：
[0015](1)设置分组的大小为IFFT点数加上循环前缀(或循环后缀)的值。
[0016](2)设置二维离散余弦变换的长度等于分组的大小。
[0017](3)在发送端，通过设分组的样点个数为2*N，N为正整数，分组后的矢量信号集为：
[0018][0019]其中，X为2*N的矢量元，X
mn
表示第m行，n列的采样值，m、n表示维度和序号， 由于是二维，所以m＝0,1，n＝1,2,
……
,N；经过N点的二维离散余弦变换，得到长度为N的 二维离散余弦变换系数矢量集P：
[0020][0021]其中P
pq
表示第p行，q列的二维离散余弦变换值，
[0022][0023][0024]通过对二维离散余弦变换系数矢量集C中的第一行数值求方差分布，当方差分布开始趋 近于零时进行分段
[0025][0026]为所求得的方差分布，其中，k＝{1,2,
……
,N}，M为X
11
～X
1N
的平均值。
[0027]取断点为D点，将P中第二段即D+1～N部分置零，
[0028][0029]将P
’
尾部置零的部分舍弃，输送到矢量量化模块的二维矢量集为：
[0030][0031]采用k-means聚类法对所述长度为N的多维矢量集进行聚类,求得最优码本，码本的长度 由量化比特数决定,量化比特数Qb＝log2k，k为k-means的聚类簇数。
[0032]进一步的，步骤3中矢量量化方法可分为线下训练部分和线上量化部分，具体步骤为：
[0033](1)线下训练过程：设置量化比特数，然后将矢量集的一部分截取作为训练序列，送到 矢量量化器的参数模块中，生成所需的最优码本。
[0034](2)线上量化过程：利用生成的最优码本将输入的二维离散余弦变换系数矢量集进行线 上矢量量化。
[0035](3)原信号经矢量量化模块后输出的信号根据码字-索引映射为相应的索引编号序列， 量化器输出的索引编号序列即为量化信号。
[0036]更进一步的，所述步骤3(1)的具体过程为
[0037](1)输入训练集X
T
＝{x1,x2,...,x
n
}和簇的数目k。
[0038](2)从数据集中随机选择k个数据对象作为聚类中心c
i
。
[0039](3)针对数据集中的每个样本x
i
,计算它到k个聚类中心的欧式距离,并将其分到距离最 小的聚类中心所对应的簇中。
[0040](4)更新每个簇的聚类中心为该类样本个数
[0041](5)循环(3)-(4)直到聚类中心不再变化，误差平方和准则函数收敛。
[0042]进一步的，步骤6的二维离散余弦逆变换具体包括以下步骤：
[0043]所属基于二维离散余弦变换和矢量量化的解码器对长度为N的恢复二维离散余弦变换系 数矢量集进行二维离散余弦逆变换，得到N个恢复基带I/Q两路的OFDM连续信号的样点， 具体公式如下：
[0044][0045]其中，α
p
、α
q
与式4中相同。为2*N的矩阵，表示恢复的二维离散余弦变换系数 矢量集。为2*N的矩阵，表示恢复出的分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维离散余弦变换的数字移动前传信号量化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将需要传输的信号通过QAM调制和OFDM调制生成I/Q两路的OFDM采样信号；步骤2：将OFDM采样信号按照规则分组，构建一个二维矢量集；进行二维离散余弦变换，组成一个二维离散余弦变换系数矢量集，统计二维离散余弦变换系数的方差，在方差数值趋近于零的部分进行分段，将后一部分丢弃；步骤3：对二维离散余弦变换系数矢量集保留部分进行矢量量化，输出由码字-索引映射构成的量化信号；步骤4：将量化信号进行PAM-4编码，再通过电光调制器将编码信号调制到光载波上；步骤5：已调的光信号在单模光纤中传输，在接收端，AAU接收的光信号经过光电探测器和PAM-4译码后恢复出量化信号，将接收到的量化信号进行索引-码字映射合成量化系数矢量集，被发射端丢弃的部分系数用0填充；步骤6：对量化系数使用同二维离散余弦变换中相同长度的二维离散余弦逆变换，恢复出原矢量信号集，从而恢复出OFDM的I/Q两路采样信号。2.根据权利要求1所述的一种基于二维离散余弦变换的数字移动前传信号量化方法，其特征在于，所述步骤1具体为：设置QAM调制的阶数、OFDM调制中IFFT点数、射频上转换、并串转换、载波调制、采样滤波、带通采样后得到I/Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶佳，罗健威，闫连山，潘炜，邹喜华，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：