本发明涉及光纤通信领域的数字调制技术，尤其涉及一种基于ldpc(低密度奇偶校验，low-densityparity-check)编码概率整形映射的dft(离散傅里叶变换)扩频oofdm方法与系统。
背景技术：
：：随着用户对传输距离和容量的需求的急剧增长，光纤通信成为通信的主流。光正交频分复用(oofdm)技术通过传统的正交频分复用(ofdm)技术与光纤通信技术的结合，兼具两者高速接入、信息容量大，频谱利用率高，高阶调制扩展能力优越和光纤传输良好的抗色散、偏振模色散的优点，引起人们的关注。但光正交频分复用(oofdm)信号由多个子载波叠加而成，导致ofdm系统产生较高的峰值平均功率比(papr)。高papr使系统极易受光纤中非线性效应影响，系统积累的非线性效应随着传输距离的增加而增大，最终使系统传输性能下降。目前已有的降低ofdm信号papr的方法，有预畸变技术，即通过降低峰值功率附近的幅度来降低papr，但该方法为非线性实现方式，将会导致信号失真，误码率增加；选择性映射法(slm)，其是在对比特流进行快速傅里叶逆变换(ifft)之前，先进行奇偶校验位的处理，降低输出信号的papr，但是slm需要传送边带信息以提供相位信息来还原原始信号，并且计算复杂度会比较高。正交幅度调制(quadratureamplitudemodulation)是通过相位和振幅的联合调制，频谱效率更高。普通的qam的星座图呈矩形网格分布，星座图中点数越多，每个符号传输的信息量就越大，但同时星座点之间间距变小，提高了对解调算法的要求和误码率。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于ldpc编码概率整形映射的dft扩频oofdm方法与系统，能够降低oofdm信号峰值平均功率比(papr)，提高频带利用率与光接收机灵敏度。为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一方面，本发明一种基于ldpc编码概率整形映射的dft扩频oofdm方法，包括：生成伪随机二进制比特流pbrs信号作为原始二进制比特流输入信号；将所述pbrs信号送入ldpc编码器产生ldpc编码调制的二进制比特流，并送入交织器进行交织操作；将交织后的二进制比特流信号基于概率码本lut进行映射，得到ps-qam矢量信号；将所述ps-qam矢量信号通过p点离散傅里叶变换dft和(q-p)点补零的子载波映射，完成扩频；对扩频后的信号进行q点快速傅里叶逆变换ifft后添加循环前缀cp，产生数字ps-ofdm基带信号，再经过数/模转换转换成模拟ps-ofdm基带信号，将所述模拟ps-ofdm基带信号经光强度调制器mzm调制到光载波上，得到ps-oofdm信号，送入单模光纤smf传输；采用光电检测器pd对所述单模光纤smf上传输的ps-oofdm信号进行光/电转换成模拟ps-ofdm基带信号；通过模/数转换成数字ps-ofdm基带信号，去除循环前缀cp后依次进行q点快速傅里叶变换fft和p点离散傅里叶逆变换idft，获得ps-qam矢量信号；通过解映射器和ldpc译码器作为一对软输入软输出siso进行联合迭代，获得原prbs输入信号。优选的，将交织后的二进制比特流信号基于概率码本lut进行映射，得到ps-qam矢量信号，具体包括：将交织后的二进制比特流中每n个码元生成一个2n进制符号l；通过查询离线概率码本lut中第l位置的符号生成ps-qam矢量信号。优选的，所述离线概率码本lut根据将高阶qam信号映射到低阶qam信号的星座图上的原则产生。优选的，将所述ps-qam矢量信号通过p点离散傅里叶变换dft和(q-p)点补零操作，具体包括：使用额外的p点离散傅里叶变换dft产生新的数据符号ak，如下：其中，p表示携带数据的子载波数；{xm，m＝0，1，...，p-1}为ps-qam矢量信号；对数据符号{ak}进行子载波映射，得到其中，p<q，q表示总子载波数。优选的，对扩频后的信号进行q点快速傅里叶逆变换ifft，具体包括：将序列{ck’}进行如下q点快速傅里叶逆变换ifft：yn＝ifft{ck'}，n＝0，1，...，q-1。优选的，通过解映射器和ldpc译码器作为一对软输入软输出siso进行联合迭代，获得原prbs输入信号，具体包括：解映射器将ps-qam矢量信号的信道接收值y作为先验信息计算每个比特的对数似然比llr，将先验对数似然比记为la，la的初值为0；解映射器根据符号和比特之间的相应转化关系，利用最大后验概率算法得到每个比特的对数似然比llr；将获得比特的对数似然比llr通过ldpc译码器后得到译码器的输出外信息le，如下：其中，y表示信道接收值，vj表示交织后每n位二进制码组成的符号标号(j＝0,1,...)；p表示概率；解映射器输出的该外信息le经过解交织后作为先验信息la送入ldpc码译码器，迭代译码之后的输出对数似然比llr在减去输入的先验la后得到ldpc码译码器的输出外信息le，即le＝llr-la；ldpc码译码器的输出外信息le在经过交织器后再次送入解映射器，作为解映射器的先验信息，以此迭代循环，直到满足设置的迭代次数而退出迭代，获得原prbs输入信号。另一方面，本发明一种基于ldpc编码概率整形映射的dft扩频oofdm系统，包括：信号源模块，用于生成伪随机二进制比特流pbrs信号作为原始二进制比特流输入信号；编码模块，用于将所述pbrs信号送入ldpc编码器产生ldpc编码调制的二进制比特流，并送入交织器进行交织操作；概率整形模块，用于将交织后的二进制比特流信号基于概率码本lut进行映射，得到ps-qam矢量信号；离散傅里叶变换扩频模块，用于将所述ps-qam矢量信号通过p点离散傅里叶变换dft和(q-p)点补零的子载波映射，完成扩频；ps-ofdm信号调制模块，用于对扩频后的信号进行q点快速傅里叶逆变换ifft后添加循环前缀cp，产生数字ps-ofdm基带信号，再经过数/模转换转换成模拟ps-ofdm基带信号，将所述模拟ps-ofdm基带信号经光强度调制器mzm调制到光载波上，得到ps-oofdm信号；链路传输模块，用于在单模光纤smf上传输所述ps-oofdm信号；信号接收解调模块，用于采用光电检测器pd对所述单模光纤smf上传输的ps-oofdm信号进行光/电转换成模拟ps-ofdm基带信号；通过模/数转换成数字ps-ofdm基带信号，去除循环前缀cp后依次进行q点快速傅里叶变换fft和p点离散傅里叶逆变换idft，获得ps-qam矢量信号；通过解映射器和ldpc译码器作为一对软输入软输出siso进行联合迭代，获得原prbs输入信号。优选的，将交织后的二进制比特流信号基于概率码本lut进行映射，得到ps-qam矢量信号，具体包括：将交织后的二进制比特流中每n个码元生成一个2n进制符号l；通过查询离线概率码本lut中第l位置的符号生成ps-qam矢量信号；所述离线概率码本lut根据将高阶qam信号映射到低阶qam信号的星座图上的原则产生。优选的，将所述ps-qam矢量信号通过p点离散傅里叶变换dft和(q-p)点补零操作，具体包括：使用额外的p点离散傅里叶变换dft产生新的数据符号ak，如下：其中，p表示携带数据的子载波数；{xm，m＝0，1，...，p-1}为ps-qam矢量信号；对数据符号{ak}进行子载波映射，得到其中，p<q，q表示总子载波数；对扩频后的信号进行q点快速傅里叶逆变换ifft，具体包括：将序列{ck’}进行如下q点快速傅里叶逆变换ifft：yn＝ifft{ck'}，n＝0，1，...，q-1。优选的，通过解映射器和ldpc译码器作为一对软输入软输出siso进行联合迭代，获得原prbs输入信号，具体包括：解映射器将ps-qam矢量信号的信道接收值y作为先验信息计算每个比特的对数似然比llr，将先验对数似然比记为la，la的初值为0；解映射器根据符号和比特之间的相应转化关系，利用最大后验概率算法得到每个比特的对数似然比llr；将获得比特的对数似然比llr通过ldpc译码器后得到译码器的输出外信息le，如下：其中，y表示信道接收值，vj表示交织后每n位二进制码组成的符号标号(j＝0,1,...)；p表示概率；解映射器输出的该外信息le经过解交织后作为先验信息la送入ldpc码译码器，迭代译码之后的输出对数似然比llr在减去输入的先验la后得到ldpc码译码器的输出外信息le，即le＝llr-la；ldpc码译码器的输出外信息le在经过交织器后再次送入解映射器，作为解映射器的先验信息，以此迭代循环，直到满足设置的迭代次数而退出迭代，获得原prbs输入信号。本发明的有益效果如下：本发明一种基于ldpc编码概率整形映射的dft扩频oofdm方法与系统，在不增加硬件复杂度和保证硬件可行性的前提下，利用ldpc编码和离散傅里叶变换扩频(dft-spread)技术降低oofdm信号的papr，提高系统传输中的非线性忍受度,光纤传输距离和光接收机灵敏度；此外，本发明的基于概率码本lut进行概率整形(probabilisticshaping)映射，能够获得更高质量的信号。以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种基于ldpc编码概率整形映射的dft扩频oofdm方法与系统不局限于实施例。附图说明图1为本发明实施例的发射端调制的流程框图；图2为本发明实施例的接收端解调的流程框图；图3为本发明实施例的用于整形映射的概率码本；图4为本发明实施例的的星座图概率分布图；图5为dft扩频ofdm信号调制与解调原理图；图6为本发明实例的系统框图。具体实施方式下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。参见图1至5所示，一方面，本发明一种基于ldpc编码概率整形映射的dft扩频oofdm方法，包括如下步骤：步骤1)根据高阶qam信号映射到低阶qam信号星座图上的原则产生一个长度为2n最优查询表(look-uptable)用于概率整形(probabilisticshaping)映射，所述最优查询表即为离线概率码本lut。步骤2)由matlab生成伪随机二进制比特流(prbs)信号，该二进制比特流信号通过二进制ldpc编码器，产生ldpc编码调制的二进制比特流，而后送入交织器进行交织操作；交织器进行交织操作后，信号每n位二进制码生成一个新的2n进制符号l，根据概率码本lut中第l位的符号映射成ps-qam信号，完成概率整形。该ps-qam矢量信号通过离散傅里叶变换扩频实现p点离散傅里叶变换dft，(q-p)点补零(zeropadding)以完成子载波映射；随后，经dft扩频的信号进行q点快速傅里叶逆变换ifft得到数字ps-ofdm基带信号，添加循环前缀cp，数/模转换后获得模拟ps-ofdm基带信号，再通过光强度调制器mzm(马赫增德尔调制器)将其调制到光载波上，得到ps-oofdm信号用于标准单模光纤smf传输。步骤3)上述ps-oofdm信号送入单模光纤smf完成信号传输。步骤4)经单模光纤smf传输后的ps-oofdm信号由光电二极管pd实现光/电变换后得模拟ps-ofdm基带信号，经模/数转换后得到数字ps-ofdm基带信号，去除循环前缀cp后依次经过q点快速傅里叶变换fft和p点离散傅里叶逆变换dft，得到ps-qam矢量信号。离散傅里叶变换扩频和ofdm调制与解调原理如图5所示。步骤5)解映射器首先将ps-qam信号的信道接收值y作为先验信息计算每个比特的对数似然比(log-likelihoodratio,llr)，将先验对数似然比记为la。最初假设la＝0。解映射器根据符号和比特之间的相应转化关系，利用最大后验概率(map)算法得到每个比特的llr(即解映射器的输出llr序列)。将获得比特的对数似然比通过ldpc译码器后得到译码器的输出外信息le，公式如下：其中，y表示信道接收值，vj表示交织后每n位二进制码组成的符号标号(j＝0,1,...)；p表示概率；随后，解映射器输出的该外信息le经过解交织后作为先验信息la送入ldpc码译码器，迭代译码之后的输出llr在减去输入的先验la后得到ldpc码译码器的输出外信息le，即le＝llr-la。该外信息le在经过交织器后再次送入解映射器，作为解映射器的先验信息。以此迭代循环。解映射器和ldpc译码器作为一对软输入软输出siso的译码模块进行联合迭代，直到满足设置的迭代次数而退出迭代，获得原prbs输入信号。参见图6所示，另一方面，本发明一种基于ldpc编码概率整形映射的dft扩频oofdm系统，包括：信号源模块，用于生成伪随机二进制比特流pbrs信号作为原始二进制比特流输入信号；编码模块，用于将所述pbrs信号送入ldpc编码器产生ldpc编码调制的二进制比特流，并送入交织器进行交织操作；概率整形模块，用于将交织后的二进制比特流信号基于概率码本lut进行映射，得到ps-qam矢量信号；离散傅里叶变换扩频模块，用于将所述ps-qam矢量信号通过p点离散傅里叶变换dft和(q-p)点补零的子载波映射，完成扩频；ps-ofdm信号调制模块，用于对扩频后的信号进行q点快速傅里叶逆变换ifft后添加循环前缀cp，产生数字ps-ofdm基带信号，再经过数/模转换转换成模拟ps-ofdm基带信号，将所述模拟ps-ofdm基带信号经光强度调制器mzm调制到光载波上，得到ps-oofdm信号；链路传输模块，用于在单模光纤smf上传输所述ps-oofdm信号；信号接收解调模块，用于采用光电检测器pd对所述单模光纤上传输的ps-oofdm信号进行光/电转换成模拟ps-ofdm基带信号；通过模/数转换成数字ps-ofdm基带信号，去除循环前缀cp后依次进行q点快速傅里叶变换fft和p点离散傅里叶逆变换idft，获得ps-qam矢量信号；通过解映射器和ldpc译码器作为一对软输入软输出siso进行联合迭代，获得原prbs输入信号。将交织后的二进制比特流信号基于概率码本lut进行映射，得到ps-qam矢量信号，具体包括：将交织后的二进制比特流中每n个码元生成一个2n进制符号l；通过查询离线概率码本lut中第l位置的符号生成ps-qam矢量信号；所述离线概率码本lut根据将高阶qam信号映射到低阶qam信号的星座图上的原则产生。将所述ps-qam矢量信号通过p点离散傅里叶变换dft和(q-p)点补零操作，具体包括：使用额外的p点离散傅里叶变换dft产生新的数据符号ak，如下：其中，p表示携带数据的子载波数；{xm，m＝0，1，...，p-1}为ps-qam矢量信号；对数据符号{ak}进行子载波映射，得到其中，p<q，q表示总子载波数；对扩频后的信号进行q点快速傅里叶逆变换ifft，具体包括：将序列{ck’}进行如下q点快速傅里叶逆变换ifft：yn＝ifft{ck'}，n＝0，1，…，q-1。通过解映射器和ldpc译码器作为一对软输入软输出siso进行联合迭代，获得原prbs输入信号，具体包括：解映射器将ps-qam矢量信号的信道接收值y作为先验信息计算每个比特的对数似然比llr，将先验对数似然比记为la，la的初值为0；解映射器根据符号和比特之间的相应转化关系，利用最大后验概率算法得到每个比特的对数似然比llr；将获得比特的对数似然比llr通过ldpc译码器后得到译码器的输出外信息le，如下：其中，y表示信道接收值，vj表示交织后每n位二进制码组成的符号标号(j＝0,1,...)；p表示概率；解映射器输出的该外信息le经过解交织后作为先验信息la送入ldpc码译码器，迭代译码之后的输出对数似然比llr在减去输入的先验la后得到ldpc码译码器的输出外信息le，即le＝llr-la；ldpc码译码器的输出外信息le在经过交织器后再次送入解映射器，作为解映射器的先验信息，以此迭代循环，直到满足设置的迭代次数而退出迭代，获得原prbs输入信号。以上仅为本发明实例中一个较佳的实施方案。但是，本发明并不限于上述实施方案，凡按本发明所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本发明的保护范围。当前第1页12当前第1页12