一種基于校正ofdm子載波的準(zhǔn)無(wú)損壓縮方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于校正OFDM子載波的準(zhǔn)無(wú)損壓縮方法，包括：發(fā)送端，信源序列經(jīng)星座圖映射后采用共軛反對(duì)稱調(diào)制到子載波上，進(jìn)行IFFT變換到時(shí)域；經(jīng)過(guò)一個(gè)減采樣器抽取出子序列1，剩下的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)作為子序列2，且進(jìn)行壓擴(kuò)處理；接收端，將接收到的每個(gè)OFDM符號(hào)序列分成兩個(gè)子序列，子序列2進(jìn)行解壓擴(kuò)；兩個(gè)子序列組合成一個(gè)完整的OFDM時(shí)域信號(hào)，F(xiàn)FT變換到頻域，還原到星座圖上；經(jīng)過(guò)IFFT變換到時(shí)域，經(jīng)過(guò)減采樣器抽取出子序列3，與子序列1相減得到時(shí)域信號(hào)偏差值；對(duì)偏差值進(jìn)行FFT變換，通過(guò)判斷與預(yù)設(shè)門限值的大小以確定出現(xiàn)星座點(diǎn)偏移的子載波；將星座映射點(diǎn)偏差值補(bǔ)償?shù)较鄳?yīng)子載波上，經(jīng)IFFT變換到時(shí)域。
【專利說(shuō)明】—種基于校正OFDM子載波的準(zhǔn)無(wú)損壓縮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種在光纖等高可靠性媒介中，能有效壓縮待傳輸OFDM時(shí)域信號(hào)的基于部分采樣點(diǎn)輔助校正OFDM子載波的準(zhǔn)無(wú)損壓縮方法。
【背景技術(shù)】
[0002]寬帶接入網(wǎng)絡(luò)作為21世紀(jì)初我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展最重要的戰(zhàn)略性公共基礎(chǔ)設(shè)施之一，發(fā)展寬帶接入網(wǎng)絡(luò)對(duì)全面建設(shè)小康社會(huì)具有重要支撐作用。2013年8月，國(guó)務(wù)院印發(fā)“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略和實(shí)施方案，其目的在于加強(qiáng)全國(guó)寬帶建設(shè)的戰(zhàn)略引導(dǎo)和系統(tǒng)部署，加快推進(jìn)我國(guó)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施的健康發(fā)展。
[0003]光纖到戶(FTTH，F(xiàn)iber to the Home)以帶寬很寬、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最理想寬帶接入方式；在進(jìn)行寬帶接入部署時(shí)如果把舊居民樓中的數(shù)字用戶線路(DSL，Digital Subscriber Line)全部更換為光纖,所需的成本將是巨大的，“光進(jìn)銅退”目前尚不成熟。一種可行的方案是采用FTTx+yDSL網(wǎng)絡(luò)部署來(lái)解決最后一公里寬帶接入的難題，目前DSL最新的G.fast標(biāo)準(zhǔn)(ITU-TG.9700和G.9701)，可以將現(xiàn)有DSL的帶寬擴(kuò)展到212MHz，在250米范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)DSL的超快下載，速率高達(dá)lGbps，因此又稱為GigaDSL(⑶SL)。FTTdp+Giga DSL網(wǎng)絡(luò)部署方案將寬帶入戶的最后一公里縮短到了最后的幾百米(250米內(nèi)) 。比FTTH更加適合大部分國(guó)家和地區(qū)的寬帶接入發(fā)展。
[0004]在FTTdp+Giga DSL的組網(wǎng)方案中，將DSL中心機(jī)房(C0，Central Office)側(cè)的主要計(jì)算功能單元上移至運(yùn)營(yíng)商中心機(jī)房的光纜終端設(shè)備(OLT, Optical Line Terminal),DSL CO側(cè)設(shè)備簡(jiǎn)化為一個(gè)布放點(diǎn)(DP，Distributed Point)，便于管理和系統(tǒng)升級(jí)等。但會(huì)造成光纖傳輸?shù)膸捫枨笤黾恿?I倍以上，因此需要在OLT和DP中進(jìn)行壓縮和解壓縮處理。
[0005]G.fast標(biāo)準(zhǔn)中定義了 Giga DSL的采用OFDM傳輸方式，工作帶寬為212MHz，其使用8192個(gè)子載波，但需要進(jìn)行共軛反對(duì)稱變換使得OFDM調(diào)制輸出的結(jié)果為實(shí)數(shù)，因此真正利用的子載波只有一半(4096)，并且DSL屬于基帶傳輸系統(tǒng)，最高頻率為106MHz。子載波
間隔為=，假設(shè)平均每個(gè)子載波可以承載bbit信息，則可承載的Bit stream的
4096
帶寬為4096* Δ f*bbit = 106MHz*mbit (這里沒(méi)有考慮循環(huán)擴(kuò)展，是近似計(jì)算)。
[0006]同時(shí)，根據(jù)奈奎斯特采樣定律，IFFT輸出的時(shí)域信號(hào)采樣率至少是2*4096* Af=212MHz,每個(gè)采樣點(diǎn)估計(jì)至少要mbit (m > b)來(lái)表示，因此時(shí)域信號(hào)的帶寬變



212 MI Izs,< π ? b i t 2/7 ?
為 212MHz*mbit。是原帶寬的 β=;.,倍，當(dāng) b = 10、m = 14 時(shí)，


\0bMI Iz-b bit b
=2.8，即相比 IFFT 前,信息增加了 1.8 倍；當(dāng) b = 10、m = 12 時(shí),β= =2_4’即相比IFFT前，信息增加了 1.4倍。
[0007]為了提高光纖帶寬的利用率，下行方向，OLT需要將OFDM時(shí)域信號(hào)進(jìn)行壓縮再經(jīng)光纖傳輸；上行方向，DP也需要將OFDM時(shí)域信號(hào)進(jìn)行壓縮再經(jīng)光纖傳輸。
[0008]數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，是按照特定的編碼機(jī)制，用更少的比特表示原始信息的過(guò)程，以提高其傳輸、存儲(chǔ)和處理效率的一種技術(shù)方法。按照信息論的基本概念，數(shù)據(jù)壓縮可分為無(wú)損數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)(可逆壓縮)和有損數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)(不可逆壓縮)。
[0009]無(wú)損壓縮技術(shù)只是對(duì)數(shù)據(jù)的冗余度進(jìn)行壓縮，解壓縮后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)信息完全相同，是一個(gè)可逆過(guò)程。主要包括:1)基于統(tǒng)計(jì)模型的壓縮算法，根據(jù)字符的概率分布進(jìn)行編碼，比較典型的有Huffman編碼、算術(shù)編碼、游程編碼等；2)基于字典模型的壓縮算法，使用一個(gè)單獨(dú)的代碼代替原字符串，并通過(guò)查詢操作完成，比較典型的有LZ77/78、LZW、LZSS、LZAP等；3)另外，有的學(xué)者將MTF、BWT等算法應(yīng)屬于基于轉(zhuǎn)換的壓縮算法。
[0010]有損數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)無(wú)法100%恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)，解壓縮恢復(fù)出來(lái)的數(shù)據(jù)只是對(duì)原始數(shù)據(jù)的某種近似表示。有損壓縮機(jī)制主要有兩種:一種是有損變換編解碼，先將視頻、圖像或者聲音進(jìn)行采樣量化、分塊預(yù)處理，再利用正交變換變換到一個(gè)新的空間，再次進(jìn)行量化和熵編碼；另外一種是預(yù)測(cè)編解碼，利用先前一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)以及隨后解碼數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前的數(shù)據(jù)(聲音采樣或者圖像幀)，對(duì)預(yù)測(cè)值與 實(shí)際值之間的預(yù)測(cè)誤差以及其它一些重現(xiàn)預(yù)測(cè)的重要的信息進(jìn)行量化與編碼。而且變換編解碼還可以用于壓縮預(yù)測(cè)步驟產(chǎn)生的誤差信號(hào)，因此實(shí)際工程中可以同時(shí)采用這兩種有損壓縮機(jī)制。有損壓縮技術(shù)主要應(yīng)用于聲音、圖像以及視頻等高冗余度數(shù)據(jù)的壓縮。圖像壓縮的主流標(biāo)準(zhǔn)JPEG、JPEG2000、JBIG1/2等；視頻壓縮的主流標(biāo)準(zhǔn):H.261/263/264/265、MPEG-l/2/4等；音頻壓縮的主流標(biāo)準(zhǔn):MP3、CELP、G.711、G.726 等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有壓縮算法無(wú)法獲得較高壓縮比的缺點(diǎn)，提出了一種校正OFDM子載波的準(zhǔn)無(wú)損壓縮方法，能夠有效的壓縮光纖系統(tǒng)中待傳輸?shù)腛FDM時(shí)域信號(hào)信息,從而提高光纖的帶寬利用率。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案充分利用了光纖傳輸?shù)母呖煽啃?、離散時(shí)間序列減采樣原理、降低OFDM信號(hào)的峰均比(PAPR,Peak to Average Power Ratio)技術(shù)、及OFDM子載波映射點(diǎn)偏移檢測(cè)等相關(guān)技術(shù)。本方法包括信號(hào)在光纖的發(fā)送端進(jìn)行壓縮以及在光纖的接收端進(jìn)行解壓和子載波上的星座映射點(diǎn)校正，其包括以下處理步驟:
[0013]a)在發(fā)送端，信源序列S經(jīng)星座圖映射生成Xk，采用共軛反對(duì)稱處理并調(diào)制到子載波上，經(jīng)過(guò)IFFT變換及％比特定點(diǎn)化處理得到離散時(shí)域信號(hào)X [η]；
[0014]b)經(jīng)過(guò)一個(gè)M倍減采樣器，將采樣信號(hào)序列X[η]分成兩個(gè)離散的子序列xd[k]和xjm]，其中子序列xd[k]不做其他任何變換，保留％比特定點(diǎn)化編碼；子序列xjm]進(jìn)行μ率壓擴(kuò)變換以降低序列的動(dòng)態(tài)范圍，再進(jìn)行L(L < q0)比特定點(diǎn)化處理，得到有量化噪聲干
擾的序列O?]；
[0015]c)在接收端，將接收到的每個(gè)OFDM符號(hào)序列分成兩個(gè)子序列,?比特定點(diǎn)化編碼的子序列Xd[k]和采用L比特定點(diǎn)化編碼的子序列足N]，并將毛[W]解壓擴(kuò)得到ijmh
[0016]d)組合成一個(gè)含有偏差的OFDM符號(hào)?[?]經(jīng)過(guò)FFT變換到頻域，反歸一化后將每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)還原到對(duì)應(yīng)的星座圖點(diǎn)上，得到各子載波在星座圖上的映射點(diǎn)數(shù)據(jù)Yn ；
[0017]e)再次歸一化，進(jìn)行IFFT變換及Citl比特定點(diǎn)化操作得到時(shí)域信號(hào)訶"]，類似發(fā)送
端進(jìn)行M倍減采樣得到的序列九[幻，將序列Xd[k]與6[A]相減，得到一個(gè)K點(diǎn)(小于N)時(shí)域信號(hào)的偏差Zd [k]；
[0018]f)對(duì)Zd[k]進(jìn)行FFT變換到頻域并歸一化得到Zk，判斷Zk的實(shí)部和虛部是否大于預(yù)設(shè)門限值Y，可以獲得出現(xiàn)星座點(diǎn)偏移的子載波編號(hào)及偏移的方向；
[0019]g)將對(duì)應(yīng)編號(hào)的子載波上的星座映射點(diǎn)偏差補(bǔ)回給Yn，再次對(duì)Yn進(jìn)行歸一化和IFFT變換得到y(tǒng) [η]，此時(shí)的y [η]應(yīng)該與發(fā)送端的χ[η]幾乎完全相等。
[0020]所述的方法，描述了整個(gè)系統(tǒng)處理過(guò)程，在發(fā)送端進(jìn)行壓縮，接收端進(jìn)行解壓縮，通過(guò)子載波自校正，可以實(shí)現(xiàn)幾乎無(wú)損的OFDM時(shí)域信號(hào)壓縮。
[0021]步驟a)中，為了增加傳輸?shù)挠行院蜏p少錯(cuò)誤發(fā)生，進(jìn)行MQAM調(diào)制時(shí)采用自適應(yīng)調(diào)制方式(子載波自適應(yīng)分配)，即信道較好(低頻)的子載波上所承載的比特?cái)?shù)較多；信道較差(高頻)的子載波上所承載的比特?cái)?shù)較少，甚至不傳輸任何數(shù)據(jù)。而離散數(shù)據(jù)x[n]進(jìn)行q0比特定點(diǎn)化時(shí)，采用下面公式
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種基于校正OFDM子載波的準(zhǔn)無(wú)損壓縮方法，其特征在于，包括以下步驟: a)在發(fā)送端，信源序列S經(jīng)星座圖映射生成Xk，采用共軛反對(duì)稱處理并調(diào)制到子載波上，經(jīng)過(guò)IFFT變換及％比特定點(diǎn)化處理得到離散時(shí)域信號(hào)X [η]； b)經(jīng)過(guò)一個(gè)M倍減采樣器，將采樣信號(hào)序列x[n]分成兩個(gè)離散的子序列&[?和xjm]，其中子序列xd[k]不做變換，保留％比特定點(diǎn)化編碼；子序列xjm]進(jìn)行μ率壓擴(kuò)變換以降低序列的動(dòng)態(tài)范圍，再進(jìn)行L比特定點(diǎn)化處理，L < %，得到有量化噪聲干擾的序列 [m]； c)在接收端，將接收到的每個(gè)OFDM符號(hào)序列分成兩個(gè)子序列,?比特定點(diǎn)化編碼的子序列xd[k]和采用L比特定點(diǎn)化編碼的子序列毛[m]，并將毛[m]解壓擴(kuò)得到; d)毛[叫與Xd[k]組合成一個(gè)含有偏差的OFDM符號(hào)可《]，經(jīng)過(guò)FFT變換到頻域，反歸一化后將每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)還原到對(duì)應(yīng)的星座圖點(diǎn)上，得到各子載波在星座圖上的映射點(diǎn)數(shù)據(jù)Yn; e)再次歸一化，進(jìn)行IFFT變換及q(l比特定點(diǎn)化操作得到時(shí)域信號(hào)只》]，進(jìn)行M倍減采樣得到的序列hW，將序列Xd[k]與九W相減，得到一個(gè)K點(diǎn)時(shí)域信號(hào)的偏差zd[k]，K小于N； f)對(duì)2(1[?進(jìn)行FFT變換到頻域并歸一化得到Zk，判斷Zk的實(shí)部和虛部是否大于預(yù)設(shè)門限值Y，獲得出現(xiàn)星座點(diǎn)偏移的子載波編號(hào)及偏移的方向； g)將對(duì)應(yīng)編號(hào)的子載波上的星座映射點(diǎn)偏差補(bǔ)回給Yn，再次對(duì)Yn進(jìn)行歸一化和IFFT變換得到y(tǒng)[n]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a)中調(diào)試是進(jìn)行MQAM調(diào)制，進(jìn)行MQAM調(diào)制時(shí)采用自適應(yīng)調(diào)制方式，即信道較好的子載波上所承載的比特?cái)?shù)較多；信道較差的子載波上所承載的比特?cái)?shù)較少或不傳輸任何數(shù)據(jù)；離散數(shù)據(jù)x[n]進(jìn)行％比特定點(diǎn)化時(shí)，采用公式(I)實(shí)現(xiàn)
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b)和e)中的離散時(shí)間序列是采用減采樣方式，即設(shè)定一個(gè)步長(zhǎng)M，提取n = kXM采樣時(shí)刻上對(duì)應(yīng)的信息，并對(duì)此部分信息保持Q0比特定點(diǎn)化編碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b)中，對(duì)采樣時(shí)刻點(diǎn)nfkXM上的信息xjm]進(jìn)行μ率壓擴(kuò)和低精度定點(diǎn)化，其中低精度定點(diǎn)化是指小于％比特定點(diǎn)化；其中 (I)按式⑵進(jìn)行μ率壓擴(kuò)變換得到Xu [m]；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟c)中，對(duì)于足㈨]進(jìn)行解壓縮還原得到序列.?7[/Π]，μ率壓擴(kuò)變換函數(shù)的反函數(shù)如下:

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟e)中，得到長(zhǎng)度為K的偏差信號(hào)Zd L/c ] = Xd [k ]-九[々]，其中 K = N/M。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟f)中，設(shè)置判決門限Y=0.5，分別判斷Zk的實(shí)部和虛部與T的大小，如果real (Zk) > Y，則第k個(gè)子載波的星座映射點(diǎn)左移了一個(gè)單位；如果real (Zk) < - Y，則第k個(gè)子載波的星座映射點(diǎn)右移了一個(gè)單位；如果imag(Zk) > Y ,貝U第k個(gè)子載波的星座映射點(diǎn)下移了一個(gè)單位；如果imag(Zk) < - Y ,貝U第k個(gè)子載波的星座映射點(diǎn)上移了一個(gè)單位；|Zk| < Y的子載波不存在星座映射點(diǎn)偏移。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)N點(diǎn)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行M倍降采樣，根據(jù)奈奎斯特采樣定律，若要使信號(hào)在頻域上不出現(xiàn)混疊，推導(dǎo)出子載波星座映射點(diǎn)出現(xiàn)偏移的最大子載波序號(hào)Pmax應(yīng)滿足
【文檔編號(hào)】H04L27/26GK103944853SQ201410169186
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】戴憲華, 蘇冬日 申請(qǐng)人:廣東順德中山大學(xué)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)國(guó)際聯(lián)合研究院, 中山大學(xué)