一种基于优化调幅的无线光高效传输方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于优化调幅的无线光高效传输方法，按如下步骤进行：在发射端，系统产生需要发射的频域符号；频域信号产生实值的基带时域发射信号；计算优化调幅系数，并对各子载波上的频域符号进行缩放调幅和限幅时域发射信号加入直流偏置驱动发光二极管进行发射；在接收端，光电二极管将接收到的光信号转化为电信号，经过滤波、放大等处理后，得到时域的接收信号；对时域接收信号做快速傅里叶变换，得到频域接收信号并去除共轭对称部分；最后，经过星座解调得到最终的接收符号。本发明实现简单，降低了无线光通信OFDM系统的峰均功率比，降低发射端对功率放大器和LED灯线性度的要求，提高了交流信号发射功率降低系统的误码率。
【专利说明】-种基于优化调幅的无线光高效传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于优化调幅的无线光高效传输方法，属于无线光通信系统设计 领域。
【背景技术】
[0002] 无线光通信由于其频谱资源丰富，通信安全性好，发射功率大，电磁辐射少等优 势，近些年来已经成为通信领域研究的热点。无线光通信可以采用简单的开关键控调制 (00K)或脉冲调制（PPM)等方式实现。为了能够实现无线光通信的高速数据传输，降低符号 间干扰（ISI)，在无线光通信中引入正交频分复用技术，通过将调制好的符号在正交的子载 波上并行发送，可以提供高速数据传输，对抗多径效应。
[0003] 在无线光通信中常使用强度调制/直接检测（頂/DD)，因此无线光通信中0FDM调 制后的时域发射信号需要保证为实值的正信号。目前有两种比较常用的光通信0FDM方法， 直流偏置光OFDM(DCO-OFDM)和非对称削峰光OFDM(ACO-OFDM)。AC0-0FDM只在奇数子载波 上传输调制符号，偶数子载波不发送符号，将经过IFFT得到的时域信号的负数部分丢弃， 只保留正值部分。这样既能保证发送的时域信号是正的实信号，又能降低发射功率，节约资 源，但是频率利用率较低，N个子载波只能发送N/4个符号，这种方法以牺牲数据速率为代 价避免了加入直流偏置的功率损耗。DC0-0FDM即在经过0FDM调制后的时域发射信号上加 入直流偏置，使得信号变为正值，这种方法实现简单，频率利用率高，但是增加了直流功耗。
[0004] 一方面，与射频（RF)通信中的0FDM系统类似，无线光通信中的0FDM系统也存在 着信号峰均功率比过高的问题。在无线光通信中，PAPR偏高会对发射机端功放的线性度提 出很高的要求，此外，由于LED灯本身也存在着有限的线性范围，因此高PAPR会由于LED的 非线性特性产生非线性失真，从而严重降低系统的整体性能。限幅（clipping)是RF通信 中一种常用的降低系统PAPR的方法，实现简单，并且可以有效的降低系统的PAPR。通过不 断降低限幅门限，可以不断的降低系统的PAPR，但是过多的限幅也将带来严重的限幅噪声， 造成系统接收性能的下降。另一方面，无线光通信与射频通信不同，射频通信发射信号的交 流功率是受限的，而光通信由于其需要同时实现照明和通信两个功能，因此主要的发射限 制是光照强度。根据发光元件的特性，光强度与信号平均幅度成正比。因此对于采用在交 流时域信号上叠加直流偏置的DC0-0FDM系统来说，发射端受限制的是直流发射功率，而交 流信号可以进行一定程度的缩放。光通信中一种常用的方法是根据系统的线性范围，将所 有交流信号缩放至恰好能够充满最大线性范围，来充分利用系统动态范围，改善系统性能， 即无失真调幅。
[0005] 由于在一个0FDM符号中，幅度很大的采样点出现的概率很小，因此如果适当加大 调幅缩放的系数，使得即使有一小部分时域信号超出了系统的线性范围，所造成的损失很 小，可以完全由增加的信号功率来抵消。本发明考虑通过在允许一定的限幅噪声的情况下 优化调幅缩放系数，来实现无线光通信的高效发射。
【发明内容】
[0006] 本发明提出了一种基于优化调幅的无线光高效传输方法，通过在允许一定的限幅 噪声的情况下优化调幅缩放系数，来实现无线光通信的高效发射。
[0007] 本发明采用的技术方案是一种基于优化调幅的无线光高效传输方法，该方法包括 以下步骤：
[0008] 1)在发射端，无线光通信0FDM系统的子载波数为N，信源产生的二进制数据源经 过多进制正交幅度调制（M-QAM)，形成待发送的频域信号S = [&，…，SN/2_J ;
[0009] 2)为了满足无线光通信基带信号为实值，无线光通信系统中OFDM调制的子载波 映射按照下面公式进行，满足共轭对称性：
[0010]
【权利要求】
1. 一种基于优化调幅的无线光高效传输方法，其特征在于：该传输方法按以下步骤进 行： 1) 在发射端，无线光通信OFDM系统的子载波数为N，信源产生的二进制数据源经过多 进制正交幅度调制，形成待发送的频域信号S = [\，…，SN/2_J ; 2) 为了满足无线光通信基带信号为实值，无线光通信系统中OFDM调制的子载波映射 按照下面公式进行，满足共轭对称性：
其中
表示取复数共轭； 3) 频域信号经过N点的IFFT后转为实值的时域OFDM信号如下：
其中
为虚数单位； 4) 对经过IFFT后获得的时域发射信号x(n)进行平均功率归一化，则有
其中Ε[·]表示取期望； 5) 根据不同的信道特征以及发射端的线性范围，在存在限幅噪声的条件下，优化调幅 系数α，使得系统总容量最大；求得优化的调幅系数后，对时域信号进行缩放； 6) 系统发射端的动态范围记为[0,2Α]，将经过调幅缩放后的时域信号αχ(η)通过最 大幅度为Α的限幅器，限幅后的时域发射信号y (η)满足：
7) 将经过限幅后的时域信号加上直流偏置，即ydc;(n) = y(η)+Β，其中Β为直流偏置的 大小，由于时域信号的对称性，取直流偏置B = A ;加上直流偏置后的信号驱动LED将电信 号转换为光信号发射； 8) 在接收端，光接收模块中首先光电二极管将光信号转换为时域电信号，经过放大、滤 波等模块后，获得时域的接收信号
9) 时域信号
作N点FFT变换后得到频域接收信号
最后经过星座解调解得最终 的接收符号
2. 根据权利要求1所述的基于优化调幅的无线光高效传输方法，其特征在于：所述步 骤5)中优化调幅系数的具体方法为： 51)信号经过限幅后可以将限幅的效果等效成限幅噪声的形式，即 y(n) = αχ(η)+ν(η)，其中v(n)表示限幅噪声，满足：
通过X (η)的统计分布特性，计算限幅噪声V (η)的均值和方差；
其中余补误差函数
52)各子载波上的等效信噪比可以写成：
其中<表示高斯白噪声的功率大小,扎为各子载波上的信道系数； 根据香农公式，各子载波单位带宽上的信道容量为Ck = log2 (1+γ k)，调幅系数的优化 目标函数为系统总容量最大，即：
将系统总容量对调幅系数求偏导，并令其等于〇,即令
解得优化的调幅系数 α 〇
【文档编号】H04L27/26GK104158783SQ201410432681
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】张华 , 袁颖, 许威 申请人:东南大学