双重限制下的dco-ofdm直流偏置和功率快速优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可见光通信领域，具体而言涉及一种DCO-OFDM通信系统直流偏置和 子载波功率的快速优化方法。
【背景技术】
[0002] 下一代无线通信系统（5G)将引入若干补充接入技术。而基于发光二极管（Light Emitting Diode,简称LED)的可见光通信技术极有可能成为5G的基础。在基于LED的可 见光通信系统中一般采用强度调制直接检测，即发射端用光强表示信号幅度，接收端检测 光强来收取信号。发射端通过LED将电信号转变为光信号，光信号通过信道传播后，接收端 通过光电二极管将光信号转换为电信号，用于解调电路处理。由于发送信号载体为光强，因 而要求发送信号必须是非负实数。
[0003] 目前正交频分复用多载波技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称0FDM)，作为一种宽带系统的有效解决方案，已经广泛应用于可见光通 信系统。将多载波技术和可见光通信技术相结合，使其兼备了可见光通信和多载波技术的 优势，是一种具有较高研究意义和实用价值的技术。由于发送信号必须为非负实数，传统射 频中的多载波技术需要改进才能应用到可见光通信领域。直流偏置正交频分复用多载波技 术（Direct-Current-Biased Optical 0FDM，简称 DC0-0FDM)作为诸多改良方案中的一种， 相比于其他方案具有频谱效率高的优势。DC0-0FDM在发送信号上叠加了直流分量，将叠加 后仍小于零的部分削去，从而使得双极性信号变成了单极性信号，以满足可见光通信中信 号非负性的条件。
[0004] 在DC0-0FDM系统中，直流偏置可以调节，但并不传输信号。过大的直流偏置会浪 费能量；而过小会导致信号严重畸变。因而存在一个最合适的直流偏置。本发明提出了一 种平衰弱信道下快速求解直流偏置B d。和子载波功率A ( /r= 1，..式-最:大化系统数据速 率的方法。优化后的系统大大提升了系统性能。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了可见光通信中DC0-0FDM系统直流偏置和子载波功率的快速优化方 法，能够快速给出最大化系统速率的直流偏置B d。和子载波功率A U= 1，··式-。.为达到 上述目的，本发明通过以下技术方案实现，其特征在于：
[0006] 1.针对光功率限制下DC0-0FDM直流偏置和子载波功率的快速优化方法，其特征 在于包括以下步骤：
[0007] 1)该方法适用于平坦衰弱信道中光功率受限的DC0-0FDM。其中 系统最大光功率为L max，信道系数为H以及噪声功率为σ"2。记光信噪比为 K ~\ ^l2 ， ΙΛχ) ^ (1 1 - Al；(.r)] + .r 。其中，
【主权项】
1. 光功率限制下DCO-OFDM直流偏置和子载波功率的快速优化方法，其特征在于包括 以下步骤： 1) 该方法适用于平坦衰弱信道中光功率受限的DC0-0FDM;其中系统最大光功 率为，信道系数为H以及噪声功率为(7n2，记光信噪比为;=| // |2 /〇〗， U) =(L-1 )[g(.r) -.r0(x)] +x ，其中，
给定计算精度e，初始化迭代次 数n= 0,x(0) = 0 ; 2) 计算x(n+1)=x(n)-f〇(X(n))/f。'（x(n))，n=n+1 ; 3) 如果|x(n+1)-x(n) | <G，则X()=x(n+1)执行步骤4,否则执行步骤2 ; 4) 输出最优直流偏置Bdc=-xJ^/j^x。）和最优子载波功率 凡.=/^_//<(')，（々=1.，....，尺-1.)，其中口?=区(叉)19(叉）。
2. 根据权利要求1所述的光功率限制下DC0-0FDM直流偏置和子载波功率的快速优化 方法，其特征在于，所述步骤1中计算精度e为1(T2°?1(T2。
3. 电功率限制下DC0-0FDM直流偏置和子载波功率的快速优化方法，其特征在于包括 以下步骤： 1) 该方法适用于平坦衰弱信道中电功率受限的DC0-0FDM，其中系统最大电功 率为Pe，max，信道系数为H以及噪声功率为O'〗，记电信噪比为;=|if|2/CF，， ./:.(.v〇 =g(.v:) +x[l-SCvOl+z/.v:，给定计算精度e(如 1(T5)，初始化迭代次数n= 0,x(Q) = 〇 ； 2) 计算x(n+1)=x(n)-fe(X(n))/fe'（x(n))，n=n+1 ; 3) 如果|x(n+1)-x(n) | <G，则Xe=x(n+1)执行步骤4,否则执行步骤2 ; 4) 输出最优直流偏置尽/t= 机m 和最优子载波功率 ft=尸e, ）M=1，?尺?二，，其 1)中Pe(X) = _Xg(X) + (l+X2)Q(X)。
4. 根据权利要求3所述的光功率限制下DC0-0FDM直流偏置和子载波功率的快速优化 方法，其特征在于，所述步骤1中计算精度e为1(T2°?1(T2。
5. 同时存在光功率和电功率限制时DC0-0FDM直流偏置和子载波功率的快速优化方 法，其特征在于包括以下步骤： 1) 该方法适用于平坦衰弱信道中光功率和电功率同时受限的DC0-0FDM，其中系统最 大光功率为P。，^，系统最大电功率为I\max，信道系数为H以及噪声功率为 <，记光信噪比 为L-丑fdx/cT"2，电信噪比为& =| // |2及眶/ 〇；2 ; 2) 根据权利要求1所述的光功率受限的快速方法得到x。； 3) 根据权利要求3所述的电功率受限的快速方法得到xe; 4) 若，通过数值方法求解Harg/灰），其中
I:是）一个单调递增且具有唯一零点的函数；
6)输出最优子载波功2
- 1:和最优直流偏 置 。
【专利摘要】本发明公开了针对可见光通信中DCO-OFDM(Direct-Current-Biased Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing)直流偏置和子载波功率的快速优化方法。DCO-OFDM的直流偏置和子载波功率优化问题是一个复杂的非凸非线性的优化问题。本发明可以在光功率受限，电功率受限以及两者同时受限等多种情况下，快速地求解得到最佳的直流偏置大小Bdc和子载波功率pk分配方案。采用本优化方法得到的直流偏置大小Bdc和子载波功率pk能够最大化系统的数据速率，或者在固定调制方案下达到最小误比特率。本优化方法收敛速度快，计算量小，易于实现，结果精度高等优点。
【IPC分类】H04L27-26
【公开号】CN104618300
【申请号】CN201510087680
【发明人】王家恒, 凌昕彤, 梁霄, 赵春明
【申请人】东南大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月25日