Aco-ofdm系统的限幅噪声消除方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字信号传输技术领域，特别涉及一种基于压缩感知的ACO-OFDM系 统的限幅噪声消除方法及装置。
【背景技术】
[0002] 正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术，以其频谱 效率高、抗多径干扰能力强、系统实现的复杂度低，同时可以根据信道特性进行比特功率分 配、最大化传输速率等优点，在可见光通信中得到了广泛应用。
[0003] 然而，因为光强不能出现负值，所以对于OFDM这种双极性信号，无法直接应用于 传统的强度调制的光通信系统。一种方法是，在电光信号转换的时候为OFDM加上直流偏 置，使得双极性信号变为单极性信号，从而可以在光上传输，这种方法叫做直流偏置光正交 频分复用系统（DC biased Optical 0FDM)，简称DC0-0FDM。采用DCO-OFDM系统，会增大输 出光信号的平均功率，降低系统的功率效率。另一种方法是，非对称限幅光正交频分复用系 统（Asymmetrically Clipped Optical 0FDM)，简称 AC0-0FDM。AC0-0FDM 通过设ir| 种数 据结构，使得传输时域信号具有一定关联性，然后直接在时域将原OFDM信号中小于0的部 分截去，只保留正值，最后在接收端恢复，以此提高系统的信号动态范围。
[0004] 然而，AC0-0FDM时域信号的峰均比较大，对发端功率放大器的要求很高，可以采用 限幅的方法，直接在OFDM信号幅度峰值或附近采用非线性操作来降低信号的峰值，但由此 不可避免地产生信号畸变，引入了限幅噪声，从而造成系统性能下降。因此，需要进行限幅 噪声的估计与恢复。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
[0006] 为此，本发明的一个目的在于提出一种AC0-0FDM系统的限幅噪声消除方法。该方 法能够在限幅噪声恶劣的复杂多径信道中，以较高的频谱效率，精确快速估计并消除限幅 噪声，提升系统传输鲁棒性。
[0007] 本发明的另一个目的在于提出一种AC0-0FDM系统的限幅噪声消除装置。
[0008] 为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种AC0-0FDM系统的限 幅噪声消除方法，包括以下步骤：Sl :对输入的数据序列进行AC0-0FDM调制，得到正实数的 时域序列，并对所述正实数时域序列进行门限判决以将超过预定门限的部分进行限幅，得 到发射信号，将发射信号通过LED灯进行发射；S2 :接收所述发射信号得到时域信号，对所 述时域信号进行离散傅里叶变换以得到频域观测序列，并根据所述频域观测序列获得频域 估计序列和噪声估计序列，以及根据选择准则获得选择矩阵，并由所述选择矩阵获得压缩 感知算法的观测向量和观测矩阵；S3 :根据压缩感知算法模型采用压缩感知算法，对目标 向量进行估计以得到限幅噪声序列；S4 :将接收的所述时域信号减去所述限幅噪声序列， 以得到消除限幅噪声信号后的信号。
[0009] 另外，根据本发明上述实施例的ACO-OFDM系统的限幅噪声消除方法还可以具有 如下附加的技术特征：
[0010] 在一些示例中，所述Sl进一步包括：Sll :对输入的所述数据序列进行星座映射得 到星座映射符号，并根据所述星座映射符号和所述星座映射符号的共辄构成Hermitian对 称结构；S12 :通过奇数子载波传输数据并通过偶数子载波传输零；S13 :对所述奇数子载波 和所述偶数子载波的传输结果进行串并转换以得到长度为N的OFDM数据块，并对所述OFDM 数据块进行快速傅里叶逆变换；S14 :对所述快速傅里叶逆变换后的双极性数据进行非对 称限幅，以将双极性信号的负数部分置零，并保留所述双极性信号的正数部分。
[0011] 在一些示例中，在所述S2中，还包括：对接收的所述时域信号进行限幅噪声位置 的粗估计，得到所述限幅噪声位置的先验信息。
[0012] 在一些示例中，在所述S2中，所述频域估计序列通过如下方式获得：当所述频域 观测序列中的元素为奇数子载波上的数据时，通过判决得到对应的频域估计序列的元素； 所述频域观测序列中的元素为偶数子载波上的数据时，直接将对应的频域估计序列的元素 置为〇,其中，判决方式为将所述频域观测序列上的元素乘以二后，根据最小错误概率准则 进行判决，得到的频域估计序列中的元素属于星座映射点。
[0013] 在一些示例中，在所述S2中，所述噪声估计序列通过如下方式获得：将所述频域 估计序列除以二，并由所述频域观测序列与新的频域估计序列的差值得到噪声估计序列。
[0014] 在一些示例中，在所述S2中，所述选择矩阵通过如下方式获得：从N阶单位矩阵中 选取奇数行向量得到所述选择矩阵；或者，记录所述噪声估计序列中小于预设阈值且属于 奇数子载波的共计P个位置，从所述N阶单位矩阵中选取对应的P行向量得到所述选择矩 阵。
[0015] 在一些示例中，在所述S2中，所述的观测向量为选择矩阵与噪声估计序列的乘 积，所述观测矩阵为选择矩阵与离散傅里叶变换矩阵的乘积。
[0016] 在一些示例中，在所述S3中，所述压缩感知算法，包括：
[0017] S31 :假设目标向量名长度为N，观测向量y长度为M，观测矩阵Φ为MXN，则观 测矩阵Φ表述为[A,-A]，A的大小为MX (N/2)，目标向量g表述为~，其中，X1,义2为 -? _ (N/2) Xl的列向量，则
[0018]
[0019] S32 :将观测矩阵变为A，目标向量变为且满足Λ?=-'+-%
[0020] S33 :利用压缩感知算法，求得变换后的目标向量右
[0021] S34 :根据t的正负求得X1, χ2,则：
[0022]
[0023] 从而得到所述限幅噪声序列
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[0024] 在一些示例中，在所述S13中，所述的压缩感知算法为压缩采样匹配追踪法、正交 匹配追踪法及其衍生算法、稀疏自适应匹配追踪法或子空间追踪法中的一种，其中，所述限 幅噪声位置的先验信息用于确定压缩感知算法的初始状态。
[0025] 本发明第二方面的实施例公开了一种ACO-OFDM系统的限幅噪声消除装置，包括： 信号发射模块，用于对输入的数据序列进行ACO-OFDM调制，得到正实数的时域序列，并对 所述正实数时域序列进行门限判决以将超过预定门限的部分进行限幅，得到发射信号；将 发射信号通过LED灯进行发射；压缩感知模型生成模块，用于接收所述发射信号得到时域 信号，对所述时域信号进行离散傅里叶变换以得到频域观测序列，并根据所述频域观测序 列获得频域估计序列和噪声估计序列，以及根据选择准则获得选择矩阵，并由所述选择矩 阵获得压缩感知算法的观测向量和观测矩阵；压缩感知估计模块，用于根据压缩感知算法 模型采用压缩感知算法，对目标向量进行估计以得到限幅噪声序列；限幅噪声消除模块，用 于将接收的所述时域信号减去所述限幅噪声序列，以得到消除限幅噪声信号后的信号。
[0026] 根据本发明的实施例，解决了相关技术中的ACO-OFDM的限幅噪声带来的信号畸 变而导致通信系统性能的下降的问题，具有以下优点：适合于对速率要求不高而对信号功 率效率要求高的场合，能够在限幅噪声恶劣的复杂多径信道中，以较高的频谱效率，精确快 速估计并消除限幅噪声，提升系统传输鲁棒性。
[0027] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0028] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中，
[0029] 图1是根据本发明一个实施例的ACO-OFDM系统的限幅噪声消除方法的流程图；
[0030] 图2是根据本发明一个实施例的ACO-OFDM系统的限幅噪声消除方法的发射端信 号流程图；
[0031] 图3是根据本发明一个实施例的ACO-OFDM系统的限幅噪声消除方法的接收端信 号流程图；以及
[0032] 图4是根据本发明一个实施例的ACO-OFDM系统的限幅噪声消除装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0033] 下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同 或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0034] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、 "后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于 附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所 指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发 明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要 性。
[0035] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和