无直流偏置高效频谱利用率的光正交频分复用通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及强度调制、直接检测光通信领域，尤其设及一种无直流偏置的高效频 谱利用率的光正交频分复用技术。
【背景技术】
[0002] 正交频分复用（Orthogonalfrequencydivisionmultiplexing, 0抑M)技术 可W有效的提高频谱利用率、对抗高速数据传输过程中的符号间干扰w。不同于射频无 线通信，在强度调制、直接检测光通信系统中，发射信号是光功率信号，必须是非负的实 数。修正的适用于强度调制、直接检测的0抑M技术已有被提出W。直流偏置光正交 频分复用值C-biasedoptical0FDM，DC0-0FDM)是一种最直接的方式，通过在双极性的 (FDM信号上加一个直流偏置，从而保证信号的非负特性U3。非对称修剪的光正交频分复 用（AsymmetricallyclippedopticalOFDM,AC0-0FDM)是第二种方式，这种方式只有下 标为奇数的子载波被调制，在发射过程中，所有负数信号被置为零W。幅度调制离散多音 (Pulse-ampliUude-modulateddiscretemultitone，PAM-DMT)是第S种方式，这种方式牺 牲了调制星座的一个维度W。在上述=种修正的0抑M方式中，频域信号必须满足共辆对称 特性，从而保证时域信号是实数。参考文献：
[0003] 【l】Li，Y. ,and Stuber, G. : ^Orthogonal Frequency division multiplexing forwireless communications^ , Springer Science Business Media, Inc. , 2006.
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【发明内容】
[0007] 发明目的：为了满足强度调制、直接检测光通信发射信号非负特性的要求，并且能 够有效提高功率利用率和频谱利用率。本发明提出了一种无直流偏置的，所有子载波都能 被调制的光OFDM通信方法。
[0008] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：无直流偏置高效频谱利 用率的光正交频分复用通信方法，发射机具体步骤如下：
[0009]步骤一、发射机对数据流进行调制，并且将数据分配到各个子载波上；子载波上的 调制信号经过逆离散傅立叶变换模块（InversediscreteFouriertransform,IDFT)进行 逆离散傅立叶变换后，输出的时域信号x(n)表示为：
[0011] 其中：X(K)是第K个子载波上的调制信号，N是逆离散傅立叶变换的长度；
[0012] 步骤二、对输出的时域信号x(n)进行并-串转换后，将虚部和实部分离，得到：
[0014] 其中：Re{. }和Iml. }分别表示一个复数的实部和虚部，a(n)和Mn)都是实 数，并且a (n)和Mn)的分布相同捆此，
[0015] E[|a(n)|] =E[|b(n)|]
[0016] 其中：E[.]表示一个随机变量的期望；
[0017] 步骤S、根据a(n)和Mn)的极性，进行极性信息编码，编码策略如表1所示：
[0018] 表1:极性编码策略
[0019]
[0020] 采用4阶的调制方式对极性编码输出进行调制，调制的输出信号用c(n)表示； c(n)的均值E[c(n)]满足W下约束：
[0022] 步骤四、对输出信号|a(n)I，|b(n)I和c(n)进行并-串转换后，输出信号S表示 为：
[0023] S=[S(0),S(1), . . . ,S(m), . . .S(M-I)]
[0024] =[Ia(O) Ub(O) |，c(0)，...，Ia(N-I) Ub(N-I) Lc(N-I)]
[002引其中：向量S的大小为M=3N ;因此，平均的发射光功率Pwg为：
[0027] 步骤五、将步骤四种的输出信号S经过加循环前缀模块后，输入到数-模转换模 块，最终进行发射；因此，频谱利用率R为： (比特/秒/赫兹，bit/s/Hz)
[0029] 其中：L是每个子载波上的调制阶数，Ng是循环前缀的长度。
[0030] 进一步的，接收机具体步骤如下：
[0031] 步骤五、接收机的接收信号在离散时间域能够表示为：
[0033] 其中：h(m)表示光信道的冲击响应，表示卷积，w(m)是均值为0,方差为的高 斯噪声；在频域，接收信号表示为：
[0034]Ya)=S(J)H(J)+W(J)J=0, 1，…，M-I
[0035]其中：Y(J) = DFT[y(m)]，Sa) = DFT[s(m)]，HCJ) = DFT比(m)]，Wa)= DFT[w(m)]，DFT[ ?]表不离散傅立叶变换值iscrete Fourier transform, DFT)操作；
[0036] 步骤六、采用频域均衡对S(J)进行估计，得到的S(J)的估计表示为：
[003引将S a)的估计变换到时域，从而得到S(m)的估计，S(m)的估计为：
[0040]其中：IDFT[?]表示逆离散傅立叶变换操作；
[0041] 步骤屯、根据s(m)的估计和发射机输出信号S的特性，得到|a(n)I，|b(n)I， 和c(n)的估计基于c(n)的估计，对极性信息进行解调和译码；假设估计到的a(n)和Mn) 的极性分别表示为：Sga(n)和Sgb(n);根据估计到的极性信息，W及|a(n)I和|b(n)I的估 计，将X(n)的估计表示为：
[004引其中：|。(,,)|和|6(")|分别表示|a(n)I和|b(n)I的估计；通过N点的离散傅立叶变 换，将X(n)的估计变换到频域，从而得到X(K)的估计为：
[0045] 本发明的有益效果：本发明提供的无直流偏置的光OFDM通信方法，在该方法中所 有的子载波都能被调制，可W有效的提高系统的频谱利用率和功率利用，为光通信提供了 一种有效的通信方法。（在【背景技术】介绍的=种修正的0抑M方式中，频域信号必须满足共 辆对称特性，从而保证时域信号是实数。）
【附图说明】
[0046] 图1为本发明的提出的无直流偏置光OFDM方法的发射机框图；
[0047]图2为本发明的提出的无直流偏置光OFDM方法的接收机框图；
[004引 图3为S种OFDM方式的误比特率性能图。
【具体实施方式】
[0049] 下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0050] 图1是本发明提出的光OFDM方式的发射机框图，具体步骤如下：
[0051] 步骤一、发射机对数据流进行调制，并且将数据分配到各个子载波上。子载波上的 调制信号经过逆离散傅立叶变换模块进行逆离散傅立叶变换后，输出的时域信号X(n)表 示为：
[0053] 其中：X(K)是第K个子载波上的调制信号，N是逆离散