【技术实现步骤摘要】
一种DCO-OFDM系统的最优谱效和能效实现方法
本专利技术涉及可见光通信领域，尤其涉及一种DCO-OFDM系统的最优谱效和能效实现方法。
技术介绍
随着物联网设备数量的大幅增加，射频无线网络面临着日益增长的巨大的带宽负担和高速的数据传输。基于巨大的未授权可见光谱，为未来的物联网应用同时提供高速数据传输和照明服务。VLC系统与RF系统一样，有限的调制带宽和多径失真引起的符号间干扰(ISI)是一大问题。为此，将基于正交频分复用(OFDM)技术引入到VLC系统中，以克服码间干扰，提高VLC系统的通信能力。目前有两种典型的基于OFDM的传输方案:直流偏置光OFDM(DCO-OFDM(直流偏置的正交频分复用))和非对称剪切光OFDM(ACO-OFDM)，现有的关于DCO-OFDM(直流偏置的正交频分复用)系统的文献大多采用这样的假设:如果子载波数量足够大，则快速傅里叶反变换(IFFT)后得到的时域信号近似为高斯分布。然而，这种假设只适用于子载波数量足够大的情况，并且会导致信号近似误差。而且，假设为高斯分布的信号在剪切过程中会被剪切，导致剪切噪声和信息损失因此，现有的假设不能准确描述有限字母输入的OFDM系统的信息传输，其信息传输的局限性尚不可知。因此，有限字母输入的DCO-OFDM(直流偏置的正交频分复用)系统的两个关键指标:频频谱效率率(SE)和能量效率(EE)是一个开放的问题。
技术实现思路
专利技术目的：为解决
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出一种DCO-OFDM系统的最优谱效和能效实现方法，...
【技术保护点】
1.一种DCO-OFDM系统的最优谱效和能效实现方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：在DCO-OFDM可见光通信系统的发送端，输入的比特流在串并联转换后被多进制QAM调制；/n步骤2，建立约束条件；/n步骤3，在接收端，通过模数转换器ADC获得数字信号，通过快速傅立叶变换FFT和解调操作恢复比特流。/n
【技术特征摘要】
1.一种DCO-OFDM系统的最优谱效和能效实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在DCO-OFDM可见光通信系统的发送端，输入的比特流在串并联转换后被多进制QAM调制；
步骤2，建立约束条件；
步骤3，在接收端，通过模数转换器ADC获得数字信号，通过快速傅立叶变换FFT和解调操作恢复比特流。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2包括：
步骤2-1，为了保证IFFT逆傅里叶变换的输出信号是实值可见光通信系统信号，经过Hermitian厄米特变换和功率分配的2N个子载波的IFFT逆傅里叶变换输入符号需要满足：
其中Xi是第i个子载波的信号，X0＝XN＝0，pi表示分配的第i个子载波的携带信息的能量，是Xi的厄米特对称；
步骤2-2，给出时域IFFT输出信号Xi：
其中k＝1,...,2N-1；ki是傅里叶变换中的数字变量，j代表虚部；是信号xk的期望；
为了保证VLC信号是非负的，时域信号xk转换为剪切信号xclip,k，
其中Idc是直流偏置；
步骤2-3，数字信号xdc,k是通过数模转换器DAC转换成模拟信号，再由LED发光二极管传输，为了满足照明和人眼安全的要求，平均光功率受到限制，即：
式中Po为最大平均光功率预算；
VLC系统的电气传输总功率也受到限制，即：
Pe指的是最大的输出总功率预算；
步骤2-4，设为第i子载波LOS视距传输链路的通道增益，其中ηL为广义朗伯辐射体：
其中，m＝-ln2/ln(cosΦ1/2)为Lambertian朗伯发射阶数，Φ1/2为半角半功率；Ar为光探测器PD的有效探测面积，和θ分别是LED到PD的入射角度和辐射角度；和分别是滤光器接收机的增益和集中器增益，Ψ代表的视场FOV接收机；当|x|≤1时，矩形函数rect(x)取1，否则为0；fi第i个副载波的频率，τL＝d/c为LED发光二极管到光探测器PD之间LOS视距传输链路的信号传播延迟，d为LED发光二极管到光探测器PD之间的距离，c表示光速；
令表示第i副载波的漫射链路的通道增益，其中为漫射通道增益因子，Aroom是房间的表面积，ρ是房间反射率因子的平均值；是时间常数，Vroom是房间的体积；
第i个子载波的总通道增益Hi表示为：
Hi＝HL,i+HD,i,i＝0,...,2N-1(7)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2还包括：
步骤a1，第i个子载波的可达速率RF,i(pi)表示为：
其中是离散星座点Xi,n，和Xi,k之间的差的度量，是噪声Zi的期望；其中Xi,k是第i个子载波的第k个星座点，Xi,n是第i个子载波的第n个星座点，M是星座点的基数；W为每个子载波的带宽；Ii(Xi；Yi)为Xi和Yi的互信息；
有限字母输入的DCO-OFDM系统的总可达率RF,total({pi})为：
步骤a2，推导(8b)的下界与封闭形式的表达式：由于log2(·)是一个凹函数，则(8b)中期望项的上界为：
设RL,i(pi)表示第i个子载波有限字母输入的互信息的下界：
RL,i(pi)对于功率分配pi是一个凹函数，相应的DCO-OFDM直流偏置的正交频分复用系统的总可达率的下界为：
步骤a3，基于RL,total({pi})的SE谱效最大化利用可达率下界(12)的封闭形式表示，SE谱效表示为：
其中RL,total({pi})是DCO-OFDM系统对于功率pi的总可达速率下界，SEL({pi})是功率pi条件下的功率谱效率；
步骤a4，在幅值约束、平均光功率约束和总电发射功率约束下，使DCO-OFDM系统的SE谱效最大，则优化问题如下：
s.t.xk+Idc≥0,(14b)
pi≥0,i＝1,...,N-1(14e)
由式(14f)和式(14b)得到式(14d)的总电功率为：
其中表示加上直流偏置的k个信号的均方值；
步骤a5，从公式(2)得到：
在不截断信号xk的情况下，使直流偏压的功率最小的最佳写成：
将(17a)、(15b)、(17)相结合，将平均透射光功率改写为：
步骤a6，计算平均光功率的平方的上界：
根据Cauchy-Schwarz柯西施瓦茨不等式：
平均光功率的平方的上界为：
...
【专利技术属性】
技术研发人员：马帅，李兵，徐子涵，杨瑞鑫，鲁姗妹，李世银，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。