一种rof-ofdma下行链路中动态削峰方法
【专利摘要】本发明公开了一种ROF?OFDMA下行链路中的动态削峰方法，通过设置削峰门限，将大于门限值的OFDMA信号的值设置为门限值，削峰之后的信号峰值就是门限值，然后将削峰之后的信号进行放大，达到系统允许的峰值，这时信号的平均功率就会得到大大的提高；在具体的运行时，如果削峰门限选择的过大，平均功率提升较小，如果削峰门限值选择过小，则信号线性度受到较大影响，系统性能下降严重，因此需要选择一个合适的削峰门限；本发明通过仿真确定不同调制格式和不同子载波数目时的削峰门限，具有较强的适应性，能够适应复杂的调制格式和不同数目的子载波个数。
【专利说明】
-种ROF-OFDMA下行链路中动态削峰方法
技术领域
[0001 ]本发明属于通信技术领域，更为具体地讲，设及一种R0F-0FDMA下行链路中动态削 峰方法。
【背景技术】
[0002] 无线通信及应用的飞速发展下，用户对无线接入的带宽需求越来越高，目前的低 频段的带宽已远远不能满足用户的需求，因此需要采用更高频段的无线接入技术，例如 60G化频段有将近7G化带宽，已成为目前研究的焦点。但是此频段的信号在空气中衰减大， 传播距离短，如果采用传统的蜂窝接入，需要部署大量的天线和基站。光纤的传播损耗小， 传播距离远，因此可W考虑采用将光纤与无线融合的技术，利用光纤来传输射频信号，其原 理如图1所示。通过在CS(中屯、站)和RAU(远端天线）间采用光纤传输射频信号，可W有效扩 大CS和RAU间的传输距离，实现CS覆盖范围的增加。由于光载射频(R0F)技术将基站和天线 分离，采用光纤将中屯、站与远端天线连接起来，在中屯、站对远端天线统一管理，运样系统的 维护和升级就变得简单。
[0003] 无线接入的频谱资源宝贵，因此需要尽可能采用频谱利用率高的调制格式，其中 正交频分复用接入(0FDMA)技术已经在LTE系统的下行链路中得到了广泛的应用。同时，虽 然基于光纤传输射频信号的R0F技术有多种实现方法，但是从实现成本的角度，基于强度调 制加直接检测（IM-DD)的R0F技术仍然是最佳的选择。将0FDMA技术与基于IM-DD的R0F技术 相结合，得到的基于R0F传输0FDMA下行信号的系统框图如图2所示。图中，在R0F发射端，电 吸收调制器化AM)实现对信号的强度调制，其输出光功率与输入的射频信号幅度成线性关 系。在R0F接收端，光电转换器(PD)实现光电转换，其输出的射频信号电流与输入光信号功 率成线性关系，运样PD探测得到的射频信号电流就与进入EAM的射频信号幅度成线性关系， 在阻抗匹配的条件下，ro之后的射频信号幅度与进入EAM的射频信号幅度成线性关系。
[0004] EAM调制器的输入输出关系如下：
[0005]
[0006] 其中，Ein(t)为输入光，Eout(t)为输出光，α为EM的调嗽系数，进入调制器的电信号 d(t)的表达式如下：
[0007] d(t) = (l-m)+mXS〇FDM(t)
[000引m为EAM的调制指数。运样，EAM的输出光功率变为：
[0009] P〇ut = E〇ut(t) XE〇ut(t)* = Ein(t) XEin(t)*Xd(t) =Pind(t)
[0010]其中，Eout(t)哺Ein(t)*分另鳩Eout(t)和Ein(t)的共辆河w看邮AM的输出光功率 与输入电信号的功率的d(t)的幅度成正比。但是，在PD接收到的信号中，除了需要的射频信 号SoFDM(t)外，还包含有一个直流信号，运个直流信号的幅度为1-m，为了保证(FDM交流信号 足够大，需要保证m尽量大。m最大取值为0.5，(FDM射频信号峰值最大为1。由于(FDM信号具 有很大的峰均比，会造成有用的射频信号的功率很小，而且m越小，有用的射频信号功率越 小。
[00川为了保证EAM的正常调制，需要保证进入EAM的射频信号的幅度在(-1,1)之间，为 此可W使用(FDM信号的最大值进行归一化。但是，由于(FDM信号具有较大的峰均比，归一化 会导致信号的平均功率变得很小，图3是归一化之后的OFDM信号采用QPSK、16QAM和64QAM调 制格式时，系统性能与接收光功率的关系。图中，标注为"理想"的曲线，指未加入R0F链路时 的0抑MA传输性能随接收信噪比的变化。
[0012] 观察图3(a)中QPSK的性能曲线，可W发现如果不采用削峰，当接收光功率较低时， R0F链路中PD噪声的影响严重，系统无法达到需要的误码率要求;为了达至IjFEC 口限要求的 3.8 Xl〇-3的误码率，需要提高接收光功率至-7地m。对于16QAM需要的接收光功率为-2地m， 而对于64QAM和256QAM，即使在-2dBm的接收光功率条件下系统性能也很差，很难达到3.8 X 1〇一3的要求。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种R0F-0FDMA下行链路中动态削 峰方法，采用削峰的方法降低0FDMA信号的峰均比，实现对0FDMA信号的有效传输。
[0014] 为实现上述发明目的，本发明为一种R0F-0抑MA下行链路中动态削峰方法，其特征 在于，包括W下步骤：
[0015] (1)、对各用户待传输的信息序列按照所分配的调制格式和子载波个数η完成QAM 映射，得到每个子载波对应的符号序列；
[0016] (2)、将11个符号序列同时进行0抑14调制，得到待发送的信号5画(^;
[0017] (3)、根据子载波个数η和调制格式，计算出信号S〇?(t)的最大幅值Vo,并对信号 S〇FDM( t)进行归一化，得到信号X (t);
[0018] (4)、在调制格式确定时，通过对不同子载波数的仿真结果进行拟合，确定出削峰 Π 限W;
[0019] w=aXl〇-Vb
[0020] 其中，a, b为常数，其取值由对应的调制格式确定；
[0021] (5)、对信号X(t)按照削峰口限W进行削峰；
[0022]
[0023] 再对削峰后的信号进行归一化处理，得到最终的输出信号
[0024] 本发明的发明目的是运样实现的：
[0025] 本发明为一种R0F-0FDMA下行链路中的动态削峰方法，由于0FDMA信号具有很大的 峰均比，信号的出现峰值的机率很小，当信号峰值达到系统允许的最大值时，信号的平均功 率很小，但是通过设置削峰口限，将大于口限值的0FDMA信号的值设置为口限值，削峰之后 的信号峰值就是口限值，然后将削峰之后的信号进行放大，达到系统允许的峰值，运时信号 的平均功率就会得到大大的提高。通过损失信号的一部分线性度，提高了信号的平均功率。 削峰口限选择的过大，平均功率提升较小，口限值选择过小，则信号线性度受到较大影响， 系统性能下降严重，因此需要选择一个合适的削峰口限。本发明通过仿真确定不同调制格 式和不同子载波数目时的削峰口限，具有较强的适应性，能够适应复杂的调制格式和不同 数目的子载波个数。
[00%] 同时，本发明一种ROF-OFDMA下行链路中动态削峰方法还具有W下有益效果：
[0027] (1)涵盖了单一调制格式和不同调制格式混合使用的情况，覆盖范围广，对实际使 用的OFDM信号具有很强的适应性；
[0028] (2)本发明的方法选择削峰口限简单。根据子载波个数和调制格式拟合出削峰口 限公式，虽然不是最优的削峰口限，但是能得到接近最优的削峰口限，最终实现起来简单， 用户不需要查表来确定不同情况的削峰口限，直接将子载波个数带入公式计算即可；
[0029] (3)本发明中可W实时的根据每帖数据的子载波个数和调制格式调整削峰口限， 实时性好，不会因为需要调整削峰口限而停止发送数据或者影响数据的传输。
【附图说明】
[0030] 图1是基于R0F的光纤与无线融合系统示意图；
[0031] 图2是R0F-0FDMA下行链路框图；
[0032] 图3是R0F链路中不同接收光功率的性能曲线；
[0033] 图4是本发明一种R0F-0FDMA下行链路中动态削峰方法流程图；
[0034] 图5是QPSK削峰口限与子载波的关系及其线性拟合；
[0035] 图6是削峰前后信号示意图；
[0036] 图7是不同削峰口限下系统性能曲线；
[0037] 图8是射频放大器输入输出电压关系曲线；
[0038] 图9是模拟域削峰实现框图；
[0039] 图10是数字域削峰系统框图；
[0040] 图11是QPSK削峰与不削峰的性能仿真结果图；
[OOW 图12是169施，649施，2569施，削峰前后的性能仿真结果图。
[0042] 图13是4QAM和16QAM混合调制时的性能仿真结果图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，W便本领域的技术人员更好地 理解本发明。需要特别提醒注意的是，在W下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本发明的主要内容时，运些描述在运里将被忽略。
[0044] 实施例
[0045] 为了方便描述，先对【具体实施方式】中出现的相关专业术语进行说明：
[0046] (FDM(0;rthogonal Frequen巧 Division Multiplexing):正交频分复用；
[0047] 0抑MA(0;rthogonal Frequenc^y Division Multiple Access):正交频分多址接 入；
[004引 CS: (Central Station)中屯、站；
[0049] RAU: (Remote Antenna Unit)远端天线单元；
[0050] R〇F(Radio Over Fiber):光载射频；
[0化1] LTE: (Xong Term Evolution)长期演进；
[0化2] IM-DD: (Intensity Modulation-Direct Detection)强度调制-直接检测；
[0化3] EAM:化lect;r〇-Abso;rption Modulator)电吸收调制器；
[0化4] PD： (Photo-Detector)；
[0055] QPSK(如a化a1:ure Phase Shift Keying):正交相移键控；
[0056] QAM(如a化a1:ure Ampli1:ude Modulation):正交幅度调制。
[0057]图4本发明一种R0F-0FDMA下行链路中动态削峰方法流程图。
[005引在本实施例中，如图4所示，本发明一种R0F-0FDMA下行链路中动态削峰方法，包括 W下步骤：
[0059] S1、对各用户待传输的信息序列按照所分配的调制格式和子载波个数η完成QAM映 射，得到每个子载波对应的符号序列；
[0060] 在本实施例中，参照LTE系统中的0FDMA信号，可使用的调制格式包括QPSK，4QAM， 16QAM，64QAM，256QAM，W及不同阶数的QAM混合调制，如4QAM+16QAM混合调制等。
[0061 ] S2、将η个符号序列同时进行0FDMA调制，得到待发送的信号SoFDM(t);
[0062] S3、根据子载波个数η和调制格式，计算出信号SoFDM(t)的最大幅值Vo,再根据Vo对 信号SoFDM(t)进行归一化，得到信号X(t);
[0063] S4、在调制格式确定时，通过对不同子载波数的仿真结果进行拟合，确定出削峰口 限W;
[0064] w=aXl〇-Vb
[0065] 其中，a，b为常数，其取值由对应的调制格式确定；
[0066] 在本实施例中，WQPSK调制格式为例，通过仿真可W确认使用不同子载波数条件 下的最佳削峰口限如表1所示。
[0067] 表1是QPSK不同子载波数对应的最佳削峰口限；
[006引
[0069] 表1
[0070] 同时，考虑到当削峰值在最佳削峰值附近时，都可W获得接近最佳削峰值的性能， 因此可W对上述仿真结果进行更为简单的线性拟合，如图5所示。从图5可W得到QPSK调制 方式下削峰口限与子载波个数的线性拟合公式，W=3.1 X 10-4η+0.030。
[0071] 同理也可W通过仿真加拟合的方法得到对应16QAM，64QAM和256QAM的最佳削峰口 限列表及其拟合公式。
[0072] 16QAM的拟合公式：
[0073] W=3.9Xl〇-V〇.024
[0074] 64QAM的拟合公式：
[0075] W=3.12Xl〇-V〇.040
[0076] 256QAM的拟合公式：
[0077] W=2.68Xl〇-V〇.041
[0078] 当用户使用混合调制格式时，由于高阶调制格式对系统的线性度要求比低阶的 高，对削峰口限的选择也更加苛刻，因此削峰的时候可W采取调制阶数最高的调制格式的 削峰规则作为当前的规则来选择削峰口限，比如4QAM+16QAM可采用16QAM的削峰规则来选 择削峰口限，运里不再重复。
[0079] S5、对信号X(t)按照削峰口限W进行削峰并归一化；
[0080]
[0081] 其中，|x(t)|表示X(t)在t时刻的幅值;再对削峰后的信号进行归一化处理，得到 最终的输出信号X的。
[0082] 在本实施例中，如图6给出了削峰口限W = 0.5的时候削峰前后的归一化信号波形 图，其中Vo表示未归一化之前SoFDM(t)信号的峰值。很明显，没有削峰之前，进入EAM的归一化 信号平均功率较小，而使用削峰并归一化后信号的平均功率增加了 4倍。
[0083] 从图6可W明显看到，当削峰口限接近1的时候，归一化之后系统平均功率提升很 小，系统性能较差;但是当削峰口限接近0的时候，大部分信号被削除，系统线性度很差，导 致系统性能也会变差，因此在(〇，1)之间存在一个最佳的削峰值。图7绘制了在没有削峰，削 峰口限过大、适中和过小几种情况下的系统性能曲线，仿真中采用的调制格式为QPSK，接收 光功率设定在-17地m。
[0084] 图7中可W看到削峰口限选的过大、过小时，系统性能都很差，而适中的削峰口限 可W显著地提高系统的性能。由此可见，削峰口限的优化选择，是有效利用削峰的关键。
[00化]实例
[0086] 实现方法一:模拟域实现削峰
[0087] 模拟域实现削峰的关键是利用射频放大器的饱和输出特性，射频放大器的输入输 出特性如图8所示：
[0088] 图8中输入信号幅度为B点处于放大器的线性区间，因此被线性放大，对应的输出 信号幅度为C点；而A点处于放大器的饱和区间内，因此经过放大器之后，被削峰为放大器饱 和输出信号幅度D点。
[0089] 模拟域实现削峰的系统框图如图9所示，按照步骤S1-S5所述方法，得到最终的输 出信号X的。
[0090] 实现方法二:数字域实现削峰
[0091] 由前面的讨论可知，削峰的实质是按照削峰口限值进行归一化操作。一旦削峰口 限值确定，可W在数字域通过简单的数学运算即可实现归一化。
[0092] 数字域削峰系统框图如图10所示，按照步骤S1-S5所述方法，得到最终的输出信号 刪。
[0093] 仿真验证
[0094] 在本实施例中，如图11所示，当调制格式为QPSK时，0FDMA-R0F系统中承载不同子 载波数目时，对削峰与未削峰的性能进行比较。其中，在仿真过程中，0FDMA-R0F系统接收的 光功率为-17地m，射频链路的信噪比为10地时，削峰口限值由拟合曲线计算得到。通过和未 削峰时的误码率曲线对比，如果不进行削峰则系统不能正常工作，如果进行削峰可W使误 码率降到FECn限之下。因此，可W发现使用本发明提出的削峰口限选择算法进行削峰之 后，系统的性能提升明显。
[0095] 同理，对于16QAM，64QAM，256QAM，削峰前后的性能仿真结果如图12所示：
[0096] 其中，图12(a)、图12(b)、图12(c)的调制格式分别对应16941、649施、2569施，图12 中调制格式为16QAM、64QAM、256QAM时对应的接收光功率分别为-7地m、-2地m、-2地m。从图 中可W看出对于16QAM、64QAM、256QAM，本发明提出的削峰口限选择算法同样有效。
[0097] 对于不同调制格式混合的传输方式，通过削峰同样可W获得明显的性能提升，如 图13所示，一半用户使用4QAM调制，如图13(a)，一半用户使用16QAM调制，如图13(b)， 0FDMA-R0F系统中承载不同用户数目时使用削峰与未使用削峰的性能比较。仿真中，接收光 功率为-7地m，削峰口限值的计算W16QAM调制为基准，再计算出削峰口限值。从图中可W看 出，我们提出的削峰口限选择算法对于调制格式混合使用的情况同样也适用。
[0098] 尽管上面对本发明说明性的【具体实施方式】进行了描述，W便于本技术领域的技术 人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技 术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，运些 变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
【主权项】
1. 一种ROF-OFDMA下行链路中动态削峰方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 、对各用户待传输的信息序列按照所分配的调制格式和子载波个数η完成QAM映射， 得到每个子载波对应的符号序列； (2) 、将η个符号序列同时进行0FDMA调制，得到待发送的信号S_M(t); (3) 、根据子载波个数η和调制格式，计算出信号SQFDM(t)的最大幅值V〇,再根据V对信号 S0FDM( t)进行归一化，得到信号X(t); (4) 、在调制格式确定时，通过对不同子载波数的仿真结果进行拟合，确定出削峰门限 W； W=a X 10-4n+b 其中，a，b为常数，其取值由对应的调制格式确定； (5) 、对信号X(t)按照削峰门限W进行削峰；其中，|X(t)|表示t时刻的幅值;再对削峰后的信号进行归一化处理，得到最终的输出 信号Α??。2. 根据权利要求1所述的一种R0F-0FDMA下行链路中动态削峰方法，其特征在于，所述 的调制格式为QPSK或4QAM或16QAM或64QAM或256QAM或不同阶数的QAM混合调制。 当调制格式为不同阶数的QAM混合调制时，以QAM阶数最高的调制格式为基准，再按照 步骤(4)所述方法，确定出削峰门限W。
【文档编号】H04L27/26GK105871769SQ201610458103
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】张毛, 许渤, 邱昆
【申请人】电子科技大学