本發(fā)明涉及無線光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種評估Flip-OFDM可見光通信系統(tǒng)信號(hào)峰均比的方法。

背景技術(shù)：

LED燈具有使用壽命長、節(jié)能、發(fā)光效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地用于室內(nèi)照明，未來會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的熒光燈和白熾燈等，成為主流的室內(nèi)照明器件。近來研究表明，LED器件在照明的同時(shí)，也可以進(jìn)行高速的數(shù)字通信，且基于LED的室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)具有成本低、傳輸速率高、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，因此，被認(rèn)為是一種重要的室內(nèi)無線通信技術(shù)。室內(nèi)可見光通信與現(xiàn)有的無線電通信相比，具有綠色環(huán)保，沒有電磁輻射，頻譜資源豐富等優(yōu)勢，此外，室內(nèi)可見光通信特別適合應(yīng)用在一些無線電設(shè)備禁止使用的場合，如飛機(jī)、醫(yī)院等。

不同于傳統(tǒng)的無線射頻通信系統(tǒng)，在可見光通信系統(tǒng)中普遍采用的是強(qiáng)度調(diào)制直接檢測技術(shù)，這是因?yàn)樵诳梢姽馔ㄐ畔到y(tǒng)中，普遍采用的是發(fā)光強(qiáng)度來攜帶信息，而LED的發(fā)光強(qiáng)度只能是非負(fù)實(shí)數(shù)，因此不能像在傳統(tǒng)射頻領(lǐng)域一樣采用復(fù)數(shù)信號(hào)。因此在可見光通信系統(tǒng)中所要傳輸?shù)男盘?hào)都將經(jīng)歷由電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的過程，即信源處信號(hào)轉(zhuǎn)化為非負(fù)電信號(hào)來驅(qū)動(dòng)LED。為了解決多徑效應(yīng)引起的碼間干擾問題，正交頻分復(fù)用技術(shù)在傳統(tǒng)射頻通信系統(tǒng)中早已被深入研究并廣泛采用，該技術(shù)有著一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，例如：頻譜利用率高，抗頻率選擇性衰落，抗碼間干擾，調(diào)制解調(diào)簡單并且易于實(shí)現(xiàn)，接收端無需復(fù)雜均衡技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)。正因如此，正交頻分復(fù)用技術(shù)也被廣泛的應(yīng)用到室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中。但不同于傳統(tǒng)射頻通信領(lǐng)域的OFDM技術(shù)，采用強(qiáng)度調(diào)制直接檢測技術(shù)的可見光通信技術(shù)中需要對信號(hào)進(jìn)行削波處理，而一種常用的OFDM即為Flip-OFDM。OFDM技術(shù)中的一大難點(diǎn)即發(fā)射信號(hào)峰均比過大的問題在Flip-OFDM中仍存在，因此在Flip-OFDM技術(shù)中研究削波對峰均比的影響具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種評估Flip-OFDM可見光通信系統(tǒng)信號(hào)峰均比的方法，能夠快速得出削波后信號(hào)的峰均比，而無需實(shí)際硬件測量。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種評估Flip-OFDM可見光通信系統(tǒng)信號(hào)峰均比的方法，包括如下步驟：

(1)根據(jù)子載波數(shù)為N的Flip-OFDM的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，算出快速傅里葉反變換輸出的時(shí)域信號(hào)

(2)由于頻域信號(hào)S_k是零均值且是獨(dú)立同分布的，根據(jù)中心極限定理，當(dāng)子載波數(shù)目N足夠多時(shí)，將經(jīng)過快速傅里葉反變換得到的時(shí)域信號(hào)s_n近似為服從零均值方差為的高斯分布，即

(3)將s_n過零削波分為正數(shù)部分和負(fù)數(shù)部分即其中，

(4)然后這兩部分分別用兩組幀來傳輸，正數(shù)部分的幀直接傳輸，即負(fù)數(shù)部分的幀延時(shí)一幀時(shí)間再取反傳輸,即定義相繼傳輸?shù)膬蓭瑸橐煌卣箮?/p>

(5)對拓展后的幀進(jìn)行上削波，上削波削波邊界為B_U，

定義進(jìn)行規(guī)范化處理后上邊界為：

(6)由此可以得到削波后擴(kuò)展幀s_clip,n的概率密度函數(shù)為：

(7)由概率密度函數(shù)可以得到削波后信號(hào)的平均功率為：

其中，c(l,u)是功率因子，c(l,u)＝(l²-1)Φ(l)-(u²-1)Φ(u)+u²+lg(l)-ug(u).；(8)當(dāng)子載波數(shù)目足夠多，頻域符號(hào)是QAM調(diào)制而來時(shí)，同一OFDM符號(hào)各個(gè)子載波上的信號(hào)是相互獨(dú)立的，因此由峰均比的定義式：

可以推出上削波后的Flip-OFDM符號(hào)的峰均比的互補(bǔ)累積分布函數(shù)為：

其中，θ_U＝u²/c(l,u)。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明所得出的峰均比具有高度準(zhǔn)確性，通過系統(tǒng)仿真與本發(fā)明得到的理論計(jì)算值相校驗(yàn)，本發(fā)明得到的理論計(jì)算值在子載波數(shù)目足夠大時(shí)具有相當(dāng)高的準(zhǔn)確性；本發(fā)明得出的削波后信號(hào)的峰均比值具有簡單易算性，對于子載波數(shù)目足夠大的Flip-OFDM，只要知道OFDM調(diào)制后時(shí)域信號(hào)的功率和削波的上下界，即可快速得出削波后信號(hào)的峰均比，而無需實(shí)際硬件測量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程示意圖。

圖2為本發(fā)明基于Flip-OFDM室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)發(fā)射端示意圖。

圖3為本發(fā)明的Flip-OFDM中上削波后的最大峰均比與規(guī)范化后上削波邊界的關(guān)系示意圖。

圖4為本發(fā)明的不同子載波數(shù)目下本發(fā)明得到的峰均比分布置理論值和實(shí)際仿真值示意圖。

圖5為本發(fā)明在1024子載波時(shí)Flip-OFDM在各種情況下的峰均比分布曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1和2所示，一串高速并行的比特流經(jīng)過串并轉(zhuǎn)多路并行的低速數(shù)據(jù)流，然后并行低速的數(shù)據(jù)流通過正交幅度調(diào)制映射成一個(gè)個(gè)星座點(diǎn)。假設(shè)共有N個(gè)子載波并且第k個(gè)子載波上的符號(hào)為S_k。為了能在快速傅里葉反變換(IFFT)處理后的時(shí)域獲得實(shí)信號(hào)，頻域的各個(gè)信號(hào)間需滿足共軛對稱性，即

其中，第0和第個(gè)子載波設(shè)為0，即S₀＝S_N/2＝0。因此，F(xiàn)lip-OFDM的頻域幀結(jié)構(gòu)如時(shí)域信號(hào)s_n可由頻域信號(hào)表示為

其中，n＝0,…,N-1，Re{·}為取實(shí)部函數(shù)。由于在可見光通信中采用的都是強(qiáng)度調(diào)制的方法來驅(qū)動(dòng)LED，因此發(fā)送端的信號(hào)s_n不僅僅需要是實(shí)數(shù)，更且應(yīng)該是非負(fù)數(shù)。所以在Flip-OFDM中采用的通常是對s_n進(jìn)行過零削波，將s_n分為正數(shù)部分和負(fù)數(shù)部分，即其中，

然后這兩部分分別用兩組幀來傳輸，正數(shù)部分的幀直接傳輸，即負(fù)數(shù)部分的幀延時(shí)一幀時(shí)間再取反傳輸,即定義相繼傳輸?shù)膬蓭瑸橐煌卣箮捎跒榉秦?fù)實(shí)數(shù)，因此只需要采取適當(dāng)?shù)纳舷鞑纯桑?/p>

其中，B_U削波上屆通常是出于LED線性工作區(qū)間以及光照功率限制的考量，越小的B_U意味著信號(hào)削掉的越多。削波后的信號(hào)s_clip,n隨后經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)化(DAC)變成連續(xù)的時(shí)域信號(hào)s_clip(t)，由于該信號(hào)已經(jīng)是非負(fù)的，所以可以用來驅(qū)動(dòng)LED。

圖3所示為上削波后最大峰均比關(guān)于u的分布?？梢钥吹接猩舷鞑ǖ腇lip-OFDM本身是存在過零的下削波的，因此其削波后峰均比存在最大值，而這個(gè)最大峰均比的值是u的單調(diào)增函數(shù)，即削的越多(u越小)，剩余信號(hào)的最大峰均比越小。

圖4為不同子載波數(shù)目下本方法計(jì)算得到的峰均比分布評估值和實(shí)際仿真值?？梢钥吹阶虞d波數(shù)目較小(128子載波)時(shí)本方法計(jì)算出來的峰均比分布與實(shí)際仿真出來的分布具有微小差異，而當(dāng)子載波數(shù)目足夠多時(shí)，本方法計(jì)算出的峰均比分布能很好的吻合實(shí)際仿真的系統(tǒng)。

圖5是在1024子載波時(shí)Flip-OFDM在各種情況下的峰均比的互補(bǔ)累積分布函數(shù)曲線。作為比較，同時(shí)給出了相同條件下未采取削波的信號(hào)的CCDF曲線?？梢钥吹綄lip-OFDM信號(hào)進(jìn)行上削波后其峰均比存在一個(gè)最大上界值，該最大峰均比值與規(guī)范化上削波程度u是單調(diào)遞增的，即削的越多(u越小)，最大峰均比值越小。而仔細(xì)觀察可以得到，就某一特定的峰均比而言，其規(guī)范上削波程度參數(shù)u越小，其互補(bǔ)累積分布函數(shù)值越大，這就體現(xiàn)了削波的雙重作用。

盡管本發(fā)明就優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了示意和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要不超出本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變化和修改。