一种用于无线光通信系统截断补偿OFDM调制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于无线光通信系统截断补偿OFDM调制方法，以U

【技术实现步骤摘要】
一种用于无线光通信系统截断补偿OFDM调制方法


[0001]本专利技术属于光通信
，具体涉及一种截断补偿OFDM调制方法。

技术介绍

[0002]近年来，自由空间光通信，可见光通信和红外通信等强度调制和直接检测(IM/DD)通信系统近来引起了很多研究关注。使用发光二极管(LED)或激光二极管(LD)作为发送器，IM/DD光学系统具有优于比率
‑
频率(RF)通信的许多优点，包括高保密性，高数据速率，低功耗和无频谱调节。然而，由于IM/DD过程中要求发送和接收的信号必须为非负实数，因此在此类通信系统中进行信号调制时需要对调制方式进行设计。
[0003]由于OFDM技术具有传输效率高、无码间串扰、调制方式灵活、使用方便等优点，越来越多的研究人员开发出了不同类型，且适用于无线光通信系统的OFDM调制技术。采用直流偏置的光学OFDM(DCO
‑
OFDM)由于其便于实现、结构简单，成为了最为常用的OFDM算法之一。在DCO
‑
OFDM中，添加的DC偏置通常是峰值发射功率的一半。但是，由于DC偏置需要增加额外的发射功率，且由于直流信号的偏移，具有峰值功率约束的光源则会引入更多的信号截断失真。进一步，一些研究人员提出了不对称限幅的光学OFDM(ACO
‑
OFDM)，ACO
‑
OFDM仅对奇数频率的子载波进行调制，从而达到生成单极性OFDM信号的目的，然而，这种算法的带宽利用效率较低，并且同样受到了光源发射功率限制带来的信号截断误差。单极性OFDM(U
‑
OFDM)(也称为Flip
‑
OFDM)是近期提出的新型OFDM调制算法，通过在两个时隙中连续发送双极性原始信号的正负部分来生成单极性信号，从而避免增加直流偏置。然而，对于光源发射功率限制导致的信号截断误差如何进行补偿的问题仍然没有得到解决。
[0004]由于OFDM调制技术具有较高的发射信号峰平比(PAPR)，同时，在发射峰值功率有限的系统中，较高的峰平比将导致信号的峰值截断误差更加显著，信号的畸变更加严重。
[0005]现有的用于无线光通信系统中的OFDM算法在生成实数非负信号方面做了广泛的工作。然而，针对OFDM信号较高的峰平比，以及信号的峰值截断误差，并没有提出简单有效的补偿与修正方法。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于无线光通信系统截断补偿OFDM调制方法，称为CEO
‑
OFDM，它以U
‑
OFDM为基础，采用添加单个或多个传输时隙为手段，对本应被峰值功率限制截断的信号部分进行再次发送，并在接收端对接收信号进行重构，从而对OFDM信号的峰值截断误差进行补偿与修正。本专利技术在光源发射功率有限的情况下，利用分时发送截断信息的方法，有效提高了功率的利用率，减小了信号的截断误差。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
[0008]步骤1：构建发射机；
[0009]步骤1
‑
1：采用M
‑
ary正交振幅调制M
‑
QAM对二进制数据格式的子载波进行变换；假设X
i
是第i个子载波在经过M
‑
QAM后的变换结果，为了得到实数传输信号，X
i
必须是X
N
‑
i
的共
轭，即其中N为子载波数；用向量X＝(X0,X1,
…
,X
N
‑1)
T
表示子载波在经过M
‑
QAM后的变换结果；
[0010]步骤1
‑
2：将向量X＝(X0,X1,
…
,X
N
‑1)
T
作为OFDM中快速傅里叶反变换IFFT的输入信号，x[k]为IFFT输出信号的第k个采样，其表达式为：
[0011][0012]其中c是调制系数，用来控调制信号的幅度；
[0013]步骤1
‑
3：再将IFFT输出信号经过并联式串行转换器，第m个输出表示为3：再将IFFT输出信号经过并联式串行转换器，第m个输出表示为
[0014]步骤1
‑
4：由于OFDM的特性，x
s
[m]为双极性信号，而无线光通信系统只能传输非负信号，从而将x
s
[m]的负部分翻转，变为正信号，从而将双极信号转换为单极信号其表示为：
[0015][0016]其中函数g(x)表示为：
[0017][0018]在式(2)中，包含了x
s
[m]的正信号和负信号；由于光源发射功率的限制，在式(2)中大于P
max
的部分将采用额外的时隙进行传输，从而避免了发射信号受到光源功率限制而产生的截断干扰；则此时CEO
‑
OFDM系统中第m个采样表示为：
[0019][0020]步骤1
‑
5：再将x
CEO
[m]经过光源非线性截断后，输出信号为：
[0021][0022]其中
[0023][0024]当子载波数N>64时，实际的OFDM信号x
s
[m]被认为是高斯分布的随机变量，其均值为零，方差表示为经过光源非线性截断后，信号认为是一个随机变量，其概率密度函数为：
[0025][0026]其中erfc(x)是误差互补函数，表示为
[0027]步骤2：构建接收机；
[0028]步骤2
‑
1：经过采样后的接收信号表示为：
[0029]y
CEO
[m]＝ρh(αx
CEO
[m]+n
clip
[m])+n[m]m＝0,1,
…
,N
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0030]其中，ρ是接收机的响应率，h是信道损耗；n[m]为加到接收机上的热噪声与散弹噪声，假设n[m]是均值为零的高斯白噪声，其方差计算为R
s
为发射码元速率，N0为噪声功率谱密度；其中α是一个常数，由下式计算得到：
[0031][0032]ψ(x)是一个非线性函数，表示为：
[0033][0034]n
clip
[m]为加性噪声，表示在接收机中由于发射功率的限制，光源的截断效应将会导致信号产生的截断畸变，n
clip
[m]被表示成一个均值为零的随机变量，其方差由式(11)计算：
[0035][0036]步骤2
‑
2：将接收信号经过步骤1重构处理后，将重构信号的第m个样本在一个符号中表示为：
[0037]r[m]＝(y
CEO
[m]‑
y
CEO
[m+N]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于无线光通信系统截断补偿OFDM调制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建发射机；步骤1
‑
1：采用M
‑
ary正交振幅调制M
‑
QAM对二进制数据格式的子载波进行变换；假设X
i
是第i个子载波在经过M
‑
QAM后的变换结果，为了得到实数传输信号，X
i
必须是X
N
‑
i
的共轭，即其中N为子载波数；用向量X＝(X0，X1，
…
，X
N
‑1)
T
表示子载波在经过M
‑
QAM后的变换结果；步骤1
‑
2：将向量X＝(X0，X1，
…
，X
N
‑1)
T
作为OFDM中快速傅里叶反变换IFFT的输入信号，x[k]为IFFT输出信号的第k个采样，其表达式为：其中c是调制系数，用来控调制信号的幅度；步骤1
‑
3：再将IFFT输出信号经过并联式串行转换器，第m个输出表示为3：再将IFFT输出信号经过并联式串行转换器，第m个输出表示为步骤1
‑
4：由于OFDM的特性，x
s
[m]为双极性信号，而无线光通信系统只能传输非负信号，从而将x
s
[m]的负部分翻转，变为正信号，从而将双极信号转换为单极信号其表示为：其中函数g(x)表示为：在式(2)中，包含了x
s
[m]的正信号和负信号；由于光源发射功率的限制，在式(2)中大于P
max
的部分将采用额外的时隙进行传输，从而避免了发射信号受到光源功率限制而产生的截断干扰；则此时CEO
‑
OFDM系统中第m个采样表示为：步骤1
‑
5：再将x
CEO
[m]经过光源非线性截断后，输出信号为：其中当子载波数N＞64时，实际的OFDM信号x<...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉杰，廉殿斌，汤宸聪，高妍，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：