一种基于选择性映射和压扩变换的ado?ofdm系统峰均比抑制方法
【专利摘要】本发明属于光无线通信领域，具体涉及一种抑制非对称限幅直流偏置光OFDM通信系统内存在较高的峰均比基于选择性映射和压扩变换的ADO?OFDM系统峰均比抑制方法。本发明包括在发送端，对输入的信息序列进行串并变换及映射，并使生成的信息向量X具有Hermitian对称；将信息向量X分成奇数子载波向量Xodd和偶数子载波向量Xeven，分别送入ACO?OFDM和DCO?OFDM信号生成模块等。本发明将概率类技术和预畸变技术相结合，即在ACO?OFDM信号支路上和DCO?OFDM信号支路上采用SLM技术，而对合成信号采用CT变换技术，该方案有效地抑制了ADO?OFDM通信系统的PAPR。
【专利说明】
-种基于选择性映射和压扩变换的ADO-OFDM系统峰均比抑制 方法
技术领域
[0001] 本发明属于光无线通信领域，具体设及一种抑制非对称限幅直流偏置光OFDM (asymmetrically clipped DC biased optical 0抑Μ,AD〇-(FDM)通信系统内存在较高的 峰均比基于选择性映射和压扩变换的AD0-0抑Μ系统峰均比抑制方法。
【背景技术】
[0002] 光无线通信具有安全保密性强，抗干扰性强、通信容量大、无需频率许可证和部署 快速等特点，在军事和民用方面有着良好的应用前景。但是，光在大气中传输是一个非常复 杂的过程，其包括大气分子的散射与吸收、空中悬浮微粒的散射与吸收和大气端流。空中的 大量散射元会导致光信号沿不同的传输路径到达接收端，多径传输会产生码间干扰，码间 干扰又会严重抑制系统的信息传输速率。为了解决上述问题，将正交频分复用(Odhogonal Frequen巧Division Multiplexing,(FDM)技术引入到光无线通信系统中，W抑制码间干 扰对系统的影响，提高系统的信息传输速率。由于光无线通信系统通常采用光强度调制/直 接解调，对光源进行调制的信号要具有特殊的信号形式。为了满足运种特殊的信号形式，采 用了 一种新型的光0抑Μ调制技术，即AD0-0抑Μ技术。AD0-0抑Μ技术是AC0-0抑Μ和DC0-0抑Μ 技术相结合的产物，在ADO-OFDM通信系统中，用奇数子载波传输AC0-0FDM信号，而在偶数子 载波上传输DC0-0抑Μ信号。它结合了AC0-0抑Μ与DC0-0抑Μ通信系统的优点：由于AD0-0抑Μ 通信系统中所有子载波都传送数据，ADO-OFDM通信系统的频谱利用率就要高于AC0-0抑Μ通 信系统；由于ADO-OFDM通信系统用一半的子载波传输光功率效率较高的AC0-0FDM信号，所 W就整个系统光功率效率而言，ADO-OFDM通信系统要优于DC0-0FDM通信系统。但是高峰均 比（Peak to Average Power Ratio，PAPR)-直是AD0-0抑Μ系统所要克服的关键问题之一。 在光无线通信系统中，较高的PAPR不仅会对光调制器的调制效率产生较大影响，还易对人 体器官造成伤害。因此，针对AD0-0抑Μ系统的PAPR抑制技术研究显得尤为重要。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对ADO-OFDM通信系统内存在较高的峰均比问题，并根据AD0- 0抑Μ通信系统结构特点，提出一种基于选择性映射和压扩变换的AD0-0抑Μ系统峰均比抑制 方法。
[0004] 本发明的目的是运样实现的：
[0005] -种基于选择性映射和压扩变换的AD0-0抑Μ系统峰均比抑制方法，在发送端，对 输入的信息序列进行串并变换及映射，并使生成的信息向量X具有化rmitian对称;将信息 向量X分成奇数子载波向量Xodd和偶数子载波向量Xeven，分别送入AC0-0抑Μ和DC0-0抑Μ信号 生成模块;在AC0-0FDM和DC0-0FDM信号生成模块中分别嵌入选择性映射模块;在AC0-0FDM 信号路径中，经过选择性映射模块变换得到时域信号Xodd,经过限幅得到信号XAC日;在DC0- (FDM信号路径中，经过相同变换得到时域信号Xeven,添加一个直流偏置化C，添加直流偏置化C 后仍是负值的信号通过限幅得到信号XDCO;将信号XAC日和XDC日相加得到信号X，添加循环前缀 和进行并串转换，对时域信号进行CT变换，再由光发射机发送出去;在接收端，光接收机将 接收到的光信号转化成电信号，进行CT逆变换，经过去除循环前缀和串并转换，经过FFT变 换得到频域向量Y;直接从Y中提取出频域向量Y中的奇载波YcKid的奇数子载波上发送的数据 Yodd;为了恢复出偶载波上的发送信号，要对AC0-0抑Μ信号进行估计，也就是从Y中提取出奇 载波上的信号Yodd，从AC0-0FDM信号中计算出估计值yac。，然后从y中减去yac。，即能恢复出 DC0-0抑Μ信号。
[0006] 所述在AC0-0FDM信号生成模块中分别嵌入选择性映射模块，具体包括：
[0007] (1.1)定义Μ个不同的随机相位矢量P(u) = (P〇W，PiW，. . .，ΡΝ-ι("))，μ = 1，2, . . .，Μ， 每一个相位矢量的长度为Ν，相位矢量pW中的每一个元素马W=e邱巧W)，且巧W在[0,2 η)之内服从均匀分布；
[0008] (1.2)用Μ个随机相位矢量分别与频域向量Xndd进行点乘，保证相乘后的矢量仍然 满足化rmition对称，得到Μ个不同的输出序列;rJI
[0009]
[0010] (1.3)对所得到的Μ个不同的输出序列义二 1,分别实施IFFT计算，相应得到Μ个不同 的输出序列诚：!气...，x約)，从运Μ个时域信号序列内选择PAPR性能最好的用于传 输，即
[0011]
[0012] 在AC0-0抑Μ和DC0-0抑Μ合成信号X路径上，嵌入压扩变换方法：
[001引（2.1)时域信号X进入CT变换模块，CT变换采用如下公式来描述
[0014]
[0015] (2.2)在接收端，光接收机将接收到的光信号转化成电信号，经过模数转换后送入 CT逆变换模块中，对接收信号进行CT逆变换
[0016]
[0017]有益效果：
[0018] 本发明将概率类技术和预崎变技术相结合，即在AC0-0抑Μ信号支路上和DC0-0FDM 信号支路上采用SLM技术，而对合成信号采用CT变换技术，该方案有效地抑制了 AD0-0抑Μ通 信系统的PAra。
【附图说明】
[0019] 图1为嵌入CT变换的ADO-0抑Μ通信发射部分系统框图；
[0020] 图2为AC0-0抑Μ支路和DC0-0抑Μ支路上的SLM原理框图；
[0021] 图3为嵌入CT逆变换的AD0-0抑Μ通信接收部分系统框图；
[0022] 图4为采用SLM和CT方法前后的AD0-0抑Μ系统互补累计概率分布曲线图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明的实施进行具体描述。
[0024] 本发明提出了一种基于选择性映射（Selected Mapping, SLM)和压扩变换 (Companding Transform，CT)的减小系统峰均比方法。在某些特定的环境下，要求非对称限 幅直流偏置光OFDM通信系统具有较低的PAPR。而仅使用一种算法是很难达到所需要的降低 效果，因此可W采用多种方法联合的形式来处理。本专利采用在性能上存在互补的选择性 映射和压扩变换方法进行联合，并将串联方式作为算法的联合方式。根据非对称限幅直流 偏置光0抑Μ通信系统结构特点，在AC0-0抑Μ和DC0-0FDM信号生成模块，同时嵌入选择性映 射算法。经过相应处理后，将AC0-0抑Μ和DC0-0抑Μ支路上的信号进行相加生成总信号，之后 送入压扩变换方法模块进行相应抑制处理。从仿真结果发现本发明能有效地改善非对称限 幅直流偏置光OFDM通信系统ΡΑΡ財生能。
[0025] 在发送端，将随机产生的信息序列经Μ阶QAM调制后生成复数信号，并进行串/并转 换；
[0026] 由于AD0-0FDM系统采用的是光强度调制/直接解调，所W复数信号要具有 化rmitian对称，其信号表征为：
[0027]
[002引其中，N是子载波个数，式是Xi的共辆复数；
[0029] 将信号向量X分成奇数子载波向量XcKld和偶数子载波向量Xeven，其信号表征为：
[0030] X〇dd=[0，Xl，0，X3,0，...，0，XN-l]，Xeven=[X0,0，&，0，...，XN-2,0]
[0031] 并将Xodd和Xeven分别送入AC0-0抑Μ信号产生模块和DC0-0抑Μ信号产生模块。
[0032] AD0-0抑Μ通信系统的发射部分包含AC0-0抑Μ信号模块与DC0-0抑Μ信号模块，运两 个模块是并行的。因此，在使用SLM方法时，需要在两个并行的模块中同时插入SLM模块。下 面仅WAC0-0FDM信号产生模块中化Μ方法为例进行说明，DC0-0FDM信号产生模块与AC0- 0FDM信号产生模块类似。
[003；3]定义Μ个不同的随机相位矢量P(u) = (Po(")，Pi(")，. . .，Ρν-ι("))，μ=1，2, . . .，Μ，每一 个相位矢量的长度为Ν，相位矢量PW中的每一个元素巧W)，且在[0,2π)之 内服从均匀分布。
[0034]用运Μ个随机相位矢量分别与频域向量XcKid进行点乘(要保证相乘后的矢量仍然满 足化rmition对称），则可W得到Μ个不同的输出序列
[0035]
[0036] 对所得到的Μ个不同的输出序列分别实施IFFT计算，相应得到Μ个不同的输出 序列诚)=(而(')心,(气...，成叫。从运Μ个时域信号序列内选择ΡΑΡ財生能最好的用于传输，即
[0037]
[003引在AC0-0抑Μ路径中，经过相应变换得到时域信号Xodd，然后经过限幅得到信号XAC0;
[0039] 在DC0-0抑Μ路径中，经过类似变换得到时域信号Xeven，然后时域信号Xeven要添加一 个适当的直流偏置Bdc，添加直流偏置化C后的时域信号通过限幅得到时域信号XDC0;
[0040] 将AC0-0抑Μ信号支路上的时域信号XAG日和DC0-0抑Μ信号支路上的时域信号XDO)相 加得到时域信号X;
[0041] 时域信号X添加循环前缀，进行并串转换后送入CT变换模块，CT变换可W采用如下 公式来描述
[0042]
[0043] 其中，xn,k表示经压缩扩展变换的第η个AD0-0抑Μ符号中的第k个采样值，V表示η个 AD0-0FDM符号的平均值，μ为压缩扩展因子；
[0044] 经过CT变换后的时域信号由光发射机发送出去；
[0045] 在接收端，光接收机将接收到的光信号转化成电信号，经过模数转换后送入CT逆 变换模块中，对接收信号进行CT逆变换
[0046]
[0047] 其中，V'表示接收信号rn,k的平均幅值；
[004引将经过CT逆变换后的信号进行去除循环前缀和串并转换，再经过FFT变换得到频 域向量Y;
[0049] 频域向量Y进入两个分离的路径，一路是解调AC0-0FDM信号，另一路是解调DC0- 0抑Μ信号；
[0050] FFT变换得到的频域向量Υ中的奇载波Yod蛾有受到DC0-0抑Μ限幅噪声的影响，所 W和传统AC0-0FDM的系统一样，Yodd可W直接从Υ中提取出来，从而解调出AC0-0FDM信号；
[0051] 为了恢复出偶载波上的发送信号，要对AC0-0抑Μ信号进行估计，也就是从Y中提取 出奇载波上的信号Yodd，经过IFFT变换计算出估计值yac。，然后从y中减去yac。，即能解调出 DC0-0抑Μ信号。
[0052] 本发明主要包括:在发送端，将随机产生的信息序列经Μ阶QAM调制后生成复数信 号，并进行串/并转换；
[005引由于AD0-0FDM系统采用的是光强度调制/直接解调，所W复数信号要具有 化rmitian对称，其信号表征为：
[0化4]
[00对其中，N是子载波个数，《是Xi的共辆复数；
[0056] 将信号向量X分成奇数子载波向量Xndd和偶数子载波向量Xeven，其信号表征为：
[0057] X〇dd=[0，Xl，0，X3,0，...，0，XN-l]，Xeven=[X0,0，&，0，...，XN-2,0]
[0化引并将Xodd和Xeven分别送入AC0-0抑Μ信号产生模块和DC0-0抑Μ信号产生模块。
[0059] AD0-0抑Μ通信系统的发射部分包含AC0-0抑Μ信号模块与DC0-0抑Μ信号模块，运两 个模块是并行的。因此，在使用SLM方法时，需要在两个并行的模块中同时插入SLM模块。下 面仅WAC0-0FDM信号产生模块中化Μ方法为例进行说明，DC0-0FDM信号产生模块与AC0- 0FDM信号产生模块类似。
[0060] 定义Μ个不同的随机相位矢量pW = (p〇W，PiW，. . .，Ρν-ι<"^，μ=1，2, . . .，Μ，每一 个相位矢量的长度为Ν，相位矢量PW中的每一个元素 if>=exp(j巧W):，且巧"在[0,231)之 内服从均匀分布。
[0061] 用运Μ个随机相位矢量分别与频域向量XcKid进行点乘(要保证相乘后的矢量仍然满 足化rmition对称），则可W得到Μ个不同的输出序列;1?
[0062]
[0063] 对所得到的Μ个不同的输出序列<二分别实施IFFT计算，相应得到Μ个不同的输出 序列.墙<!=4每^，^/">，...，媒>1)。从运1个时域信号序列内选择?4?財生能最好的用于传输，即
[0064]
[0065] 在AC0-0抑Μ路径中，经过相应变换得到时域信号xodd，然后经过限幅得到信号XAC0;
[0066] 在DC0-0抑Μ路径中，经过类似变换得到时域信号Xeven，然后时域信号Xeven要添加一 个适当的直流偏置Bdc，添加直流偏置化C后的时域信号通过限幅得到时域信号XDC0;
[0067] 将AC0-0抑Μ信号支路上的时域信号XAG日和DC0-0抑Μ信号支路上的时域信号XDO)相 加得到时域信号X;
[0068] 时域信号X添加循环前缀，进行并串转换后送入CT变换模块，CT变换可W采用如下 公式来描述
[0069]
[0070] 其中，Xn,k表示经压缩扩展变换的第η个AD0-0抑Μ符号中的第k个采样值，V表示η个 AD0-0FDM符号的平均值，μ为压缩扩展因子；
[0071] 经过CT变换后的时域信号由光发射机发送出去；
[0072] 在接收端，光接收机将接收到的光信号转化成电信号，经过模数转换后送入CT逆 变换模块中，对接收信号进行CT逆变换
[0073]
[0074] 其中，V '表示接收信号rn, k的平均幅值；
[0075] 将经过CT逆变换后的信号进行去除循环前缀和串并转换，再经过FFT变换得到频 域向量Y;
[0076] 频域向量Y进入两个分离的路径，一路是解调AC0-0FDM信号，另一路是解调DC0- 0抑Μ信号；
[0077] FFT变换得到的频域向量Υ中的奇载波Yodd没有受到DC0-0抑Μ限幅噪声的影响，所 W和传统AC0-0FDM的系统一样，Yodd可W直接从Υ中提取出来，从而解调出AC0-0FDM信号； [0〇7引为了恢复出偶载波上的发送信号，要对AC0-0抑Μ信号进行估计，也就是从Y中提取 出奇载波上的信号Yodd，经过IFFT变换计算出估计值yac。，然后从y中减去yac。，即能解调出 DC0-0抑Μ信号。
【主权项】
1. 一种基于选择性映射和压扩变换的ADO-OFDM系统峰均比抑制方法，其特征在于：在 发送端，对输入的信息序列进行串并变换及映射，并使生成的信息向量X具有Hermitian对 称；将信息向量X分成奇数子载波向量X〇dd和偶数子载波向量X even，分别送入AC0-0FDM和 DC0-0FDM信号生成模块；在AC0-0FDM和DC0-0FDM信号生成模块中分别嵌入选择性映射模 块;在AC0-0FDM信号路径中，经过选择性映射模块变换得到时域信号 Xcidd，经过限幅得到信 号XAco;在DC0-0FDM信号路径中，经过相同变换得到时域信号xeven，添加一个直流偏置Bdc，添 加直流偏置B DC后仍是负值的信号通过限幅得到信号XDO);将信号XAO)和XDO)相加得到信号X， 添加循环前缀和进行并串转换，对时域信号进行CT变换，再由光发射机发送出去；在接收 端，光接收机将接收到的光信号转化成电信号，进行CT逆变换，经过去除循环前缀和串并转 换，经过FFT变换得到频域向量Y;直接从Y中提取出频域向量Y中的奇载波的奇数子载波 上发送的数据Y』;为了恢复出偶载波上的发送信号，要对AC0-0FDM信号进行估计，也就是 从Y中提取出奇载波上的信号Y〇dd，从AC0-0FDM信号中计算出估计值y ac。，然后从y中减去 yac。，即能恢复出DC0-0FDM信号。2. 根据权利要求1所述的一种基于选择性映射和压扩变换的AD0-0FDM系统峰均比抑制 方法，其特征在于： 所述在AC0-0FDM信号生成模块中分别嵌入选择性映射模块，具体包括： (1.1) 定义Μ个不同的随机相位矢量. . .，ΡΝ-!(μ))，μ = 1，2,. . .，M，每一 个相位矢量的长度为N，相位矢量P(u)中的每一个元素且^〃>在[〇,23!)之 内服从均匀分布； (1.2) 用Μ个随机相位矢量分别与频域向量Xodd进行点乘，保证相乘后的矢量仍然满足 Hermition对称，得到Μ个不同的输出序列?/j(1.3) 对所得到的Μ个不同的输出序列分别实施IFFT计算，相应得到Μ个不同的输出 序列M *从这Μ个时域信号序列内选择PAPR性能最好的用于传输，即在AC0-0FDM和DC0-0FDM合成信号X路径上，嵌入压扩变换方法： (2.1) 时域信号X进入CT变换模块，CT变换采用如下公式来描述(2.2) 在接收端，光接收机将接收到的光信号转化成电信号，经过模数转换后送入CT逆 变换模块中，对接收信号进行CT逆变换
【文档编号】H04L27/26GK106059982SQ201610532373
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】王勇, 宫妍
【申请人】哈尔滨工程大学