本發(fā)明涉及互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于部分采樣點(diǎn)輔助校正子載波的準(zhǔn)無損壓縮算法。

背景技術(shù)：

數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的研究，正式開始于20世紀(jì)30年代末40年代初。1939年，美國bell實(shí)驗(yàn)室的dudley發(fā)明了第一個(gè)聲碼器，是一種對語音數(shù)據(jù)壓縮的系統(tǒng)。1943年，morse基于統(tǒng)計(jì)的方法發(fā)明了莫爾斯電報(bào)碼，是最早的數(shù)據(jù)壓縮實(shí)例。但對數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)系統(tǒng)的理論研究，仍然是在香農(nóng)信息論的基礎(chǔ)上開始研究的。1952年，霍夫曼(huffman)發(fā)明了霍夫曼編碼，是一種經(jīng)典的基于統(tǒng)計(jì)方法的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，并給出了變長編碼的構(gòu)造方法，至今仍在廣泛使用。lloyd和max分別在1957年和1960年獨(dú)立發(fā)表了在知道信號概率分布情況下的最佳標(biāo)量量化算法，即lloyd-max算法。并且linde、buzo和gray在1980年將lloyd-max算法推廣到了矢量量化，即lbg算法。

大多情況下，數(shù)據(jù)的概率分布是未知的，為了能在此情況下也能對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的壓縮。以色列兩位科學(xué)家jacobziv和abrahamlempel于1977年最先研究出基于字典的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，稱為lz77編碼算法；一年后，他們有對lz77進(jìn)行了改進(jìn)，稱為lz78編碼算法。此后，又有許多專家和學(xué)者在此基礎(chǔ)上不斷的提出新的改進(jìn)算法，如lzw、lzmw、lzap、lzp等。

另外，離散傅里葉變換(dft，discretefouriertransformation)、walsh-hadamard變換、離散余弦變換(dct，discretecosinetransformation)、斜變換(slt，slanttransform)、小波變換(wavelettransform)等變換技術(shù)，雖然不是真正的對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，但經(jīng)過變換后減少或去除信號的相關(guān)性，能將數(shù)據(jù)的特性更明顯的表現(xiàn)出來，再經(jīng)過熵編碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。

進(jìn)入21世紀(jì)，文字字符、高分辨率圖像、高保真音/視頻等的數(shù)據(jù)量都在爆炸性的增長，研究如何有效的存儲(chǔ)、傳輸這些數(shù)據(jù)，需要結(jié)合計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、超大規(guī)模集成電路技術(shù)等相關(guān)學(xué)科，和數(shù)字通信技術(shù)、光纖通信技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、人工智能等相關(guān)技術(shù)，以及很多邊緣學(xué)科，如語言學(xué)、語音/義學(xué)、聽/視覺學(xué)等，才能不斷的探索出壓縮效率更高、信號恢復(fù)質(zhì)量更好、性能更強(qiáng)大的壓縮算法。

據(jù)ibm統(tǒng)計(jì)，世界上每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量高達(dá)250萬字節(jié)的三次方，并且90％的數(shù)據(jù)是由過去兩年產(chǎn)生的。大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)來臨，面對“井噴”的數(shù)據(jù)量，單純的依賴擴(kuò)大存儲(chǔ)器容量，和提高通信干線的帶寬，并不能從根本上解決問題；一種行之有效的方法是通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，減少信息的冗余量。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)壓縮壓縮算法一般站在數(shù)據(jù)層面角度，沒有完全挖掘信號本身的特性，因此在處理ofdm時(shí)域信號壓縮時(shí)，最好結(jié)合抑制ofdm系統(tǒng)的峰均比、子載波校正及奈奎斯特采樣定率等關(guān)鍵技術(shù)，以便更好的挖掘ofdm時(shí)域信號的特性。

ofdm信號與通常信號的區(qū)別是容易產(chǎn)生較高的峰值平均功率比(papr，peaktoaveragepowerratio)，即若多個(gè)載波的幅值和相位的取值比較一致時(shí)，在進(jìn)行ifft變換過程中進(jìn)行累加就容易產(chǎn)生較大的峰值。近十幾年來，國際上一些研究機(jī)構(gòu)和許多知名的大學(xué)，都有很多學(xué)者對ofdm的papr問題進(jìn)行相應(yīng)的研究，提出了許多的解決方案。從信息論角度出發(fā)，降低papr的思路可以分成兩大類：一類是考慮無失真抑制方案，即降低ofdm信號papr的同時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致ofdm信號發(fā)生畸變；另一類是考慮有失真抑制方案，即采用一些非線性變換處理方法對ofdm信號進(jìn)行處理，達(dá)到降低papr的目的。

現(xiàn)有的幾類技術(shù)無論是哪一種方法都能降低信號的papr，但也會(huì)在其他方面產(chǎn)生不利影響，如：較高復(fù)雜度、傳輸速率下降、頻帶泄露、頻譜效率下降、誤比特率性能下滑等。目前，依然有必要繼續(xù)深入探索研究降低ofdm信號papr，提出有效的降低ofdm信號papr的方法對通信行業(yè)具有深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。

而fttdp+gdsl組網(wǎng)系統(tǒng)中光纖傳輸?shù)氖莖fdm調(diào)制后的信號，同樣存在papr過高的現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)壓縮ofdm時(shí)域信號的算法時(shí)，既要從傳統(tǒng)的壓縮算法中尋找思路，也會(huì)在抑制ofdm信號的峰均比中尋找突破，結(jié)合各種相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)成果才能設(shè)計(jì)出壓縮性能更好的壓縮算法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出了一種基于部分采樣點(diǎn)輔助校正子載波星座映射點(diǎn)偏移的準(zhǔn)無損壓縮方案，可實(shí)現(xiàn)幾乎無損的數(shù)據(jù)壓縮且壓縮比更高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了基于部分采樣點(diǎn)輔助校正子載波的準(zhǔn)無損壓縮算法：

第一步，子載波校正分析，

設(shè)ofdm的頻域信號x[k]的長度為n，滿足下面的對稱性

x[k]＝x[n-k]*(4-1)

且滿足x[0]和為實(shí)數(shù)，其中0≤k≤n-1，

不存在子載波星座映射點(diǎn)偏移的情況下，x[k]進(jìn)行n點(diǎn)ifft變換的時(shí)域信號表示

如果子載波p產(chǎn)生星座映射點(diǎn)偏移，大小為則頻域信號變成了

xe[k]進(jìn)行n點(diǎn)ifft變換的時(shí)域信號表示

時(shí)域上信號的差值為

對公式(4-5)中的偏差信號err[n]進(jìn)行fft變換，得到頻域上的表示

上式中，k∈[0,n]；δ(·)為單位沖激響應(yīng)。因?yàn)樾盘杄rr[n]是一個(gè)周期信號，其頻譜err[k]是以2π為周期的沖激序列，可取l＝0的區(qū)間[-π,π]來研究，即只有當(dāng)或者時(shí)，err[k]不為0，

如果存在兩個(gè)及以上的子載波同時(shí)發(fā)生星座映射點(diǎn)頻移，則在無偏移情況下的ofdm時(shí)域信號和有星座映射點(diǎn)偏移情況下的時(shí)域信號相減，得到的差值為多個(gè)正弦信號的疊加，推導(dǎo)出的時(shí)域偏差信號的公式

及時(shí)域偏差信號err[n]的頻域表達(dá)式

其中，p表示發(fā)生星座映射點(diǎn)偏移的子載波的集合，多個(gè)子載波上的星座映射點(diǎn)同時(shí)產(chǎn)生偏移的時(shí)域信號差是由多個(gè)正弦函數(shù)疊加的結(jié)果；根據(jù)上式，無論發(fā)生星座映射點(diǎn)偏移的子載波有多少個(gè)，都可以在頻域上完全確定，

在公式(4-5)和公式(4-8)中，對err[n]每隔1個(gè)采樣單位采樣一次，即采樣頻率fs＝1；如果err[n]的最高頻率fem小于信號x[n]的最高頻率fm，則在滿足2fem≤fs條件下，采樣頻率fs也可以小于1，且可以無失真的從采樣點(diǎn)中重建原來的信號，

其一，當(dāng)考慮對err[n]進(jìn)行m倍減采樣，即采樣頻率變?yōu)?imgfile="bda0001259781740000053.gif"wi="190"he="111"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>只利用mn采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，則公式(4-8)改寫為

上式中，mn∈[0,n]。此時(shí)，采樣點(diǎn)的數(shù)目變?yōu)?imgfile="bda0001259781740000055.gif"wi="100"he="107"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>根據(jù)公式(4-6)，無論是進(jìn)行點(diǎn)fft變換，還是在非mn采樣點(diǎn)上補(bǔ)零進(jìn)行n點(diǎn)fft變換，errm[n]的頻域表達(dá)式

上式中，即進(jìn)行m倍減采樣時(shí)，要使信號不發(fā)生混疊，采樣頻率(pmax表示子載波星座映射點(diǎn)出現(xiàn)偏移的最大子載波序號)，那么在此情況下，子載波的序號pmax應(yīng)滿足

其二，當(dāng)考慮利用err[n]中連續(xù)的i個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，其他采樣點(diǎn)上數(shù)據(jù)置成0，假設(shè)選擇的采樣時(shí)刻[ni,ni+i-1]∈[0,n-1]上的連續(xù)i個(gè)采樣點(diǎn)，則err[n]改寫為

對erri[n]進(jìn)行n點(diǎn)fft變換，得到

上式中，對于一個(gè)復(fù)指數(shù)的前m次求和(m≤n)為

公式(4-14)可改寫為

上式中，分子分母都有一個(gè)函數(shù)，但分子的頻率是分母的i倍，根據(jù)sinc(x)函數(shù)的性質(zhì)，當(dāng)k＝p或k＝n-p時(shí)erri[k]將取得最大值，并且兩邊出現(xiàn)拖尾震蕩；

第二步，基于部分采樣點(diǎn)輔助校正子載波星座映射點(diǎn)偏移原理，建立準(zhǔn)無損數(shù)據(jù)壓縮模型。

其中，所述準(zhǔn)無損數(shù)據(jù)壓縮模型包括發(fā)送模塊和接受模塊，其中發(fā)送模塊包括星座映射模塊、ifft模塊、采樣點(diǎn)提取模塊、壓縮模塊和編碼組合模塊，接受模塊包括檢測分離模塊、解壓縮模塊、采樣點(diǎn)還原模塊、fft模塊、ifft模塊、星座還原模塊和星座點(diǎn)偏移檢測模塊。

本發(fā)明的基于部分采樣點(diǎn)輔助校正子載波的準(zhǔn)無損壓縮算法，先從理論和仿真中證明了可以利用ofdm信號時(shí)域上的部分采樣點(diǎn)偏差值來校正頻域上的子載波星座映射點(diǎn)的偏移，然后重點(diǎn)介紹適用于本系統(tǒng)的準(zhǔn)無損數(shù)據(jù)壓縮模型，并在仿真中證明該模型在降采樣不出現(xiàn)混疊的情況下可以實(shí)現(xiàn)無損壓縮，但解壓縮復(fù)雜度較高，有待進(jìn)一步降低算法的復(fù)雜度。

本發(fā)明的基于部分采樣點(diǎn)輔助校正子載波的準(zhǔn)無損壓縮算法，首先推導(dǎo)了單個(gè)子載波上星座映射點(diǎn)偏移的校正原理，并推廣到多個(gè)子載波同時(shí)存在星座映射點(diǎn)偏差的情況；分析了時(shí)域信號偏差值進(jìn)行降采樣時(shí)，校正子載波星座映射點(diǎn)偏移需要滿足的條件；提出了一種基于部分采樣點(diǎn)輔助校正子載波星座映射點(diǎn)偏移的準(zhǔn)無損壓縮方案，并進(jìn)行了詳細(xì)的分析，然后在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，驗(yàn)證了該壓縮模型具有良好的壓縮性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的子載波0～3上分別產(chǎn)生星座映射點(diǎn)偏移的時(shí)域信號差圖；

圖2是本發(fā)明的時(shí)域偏差err[n]的歸一化頻率響應(yīng)圖；

圖3是本發(fā)明的子載波2、9同時(shí)發(fā)生星座映射點(diǎn)偏移的時(shí)域信號差圖；

圖4是本發(fā)明的子載波3出現(xiàn)星座映射偏移時(shí)err[n]進(jìn)行m倍減采樣示意圖；

圖5是本發(fā)明的準(zhǔn)無損數(shù)據(jù)壓縮模型發(fā)送端原理框圖；

圖6是本發(fā)明的準(zhǔn)無損數(shù)據(jù)壓縮接收端原理框圖；

圖7是本發(fā)明的準(zhǔn)無損壓縮模型m＝4的采樣點(diǎn)提取示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案。

本發(fā)明的基于部分采樣點(diǎn)輔助校正子載波的準(zhǔn)無損壓縮算法：首先進(jìn)行子載波校正分析；

ofdm調(diào)制中如果單個(gè)子載波上的星座映射點(diǎn)產(chǎn)生偏移，即對應(yīng)星座映射點(diǎn)的幅度和相位發(fā)生了改變，則在無偏移情況下的ofdm時(shí)域信號和有星座映射點(diǎn)偏移情況下的時(shí)域信號相減，得到的差值為一正弦信號。下面給出證明：

設(shè)ofdm的頻域信號x[k]的長度為n，滿足下面的對稱性

x[k]＝x[n-k]*(4-1)

且滿足x[0]和為實(shí)數(shù)，其中0≤k≤n-1。

不存在子載波星座映射點(diǎn)偏移的情況下，x[k]進(jìn)行n點(diǎn)ifft變換的時(shí)域信號表示

如果子載波p產(chǎn)生星座映射點(diǎn)偏移，大小為則頻域信號變成了

xe[k]進(jìn)行n點(diǎn)ifft變換的時(shí)域信號表示

時(shí)域上信號的差值為

由公式(4-5)可以看出，如果只有1個(gè)子載波產(chǎn)生星座映射點(diǎn)偏移，則有偏移和無偏移情況下的域信號的差值為一個(gè)單頻正弦函數(shù)，頻率為初相位為θp，振幅為圖1分別顯示子載波p＝0時(shí)偏移了e^jπ、子載波p＝1、2、3時(shí)偏移了的時(shí)域信號差的波形。當(dāng)p＝0，err[n]為一不等于0的常數(shù)，因?yàn)榈?個(gè)子載波上為直流分量；當(dāng)p＞0時(shí)，基波周期因此p越大，周期越小，震蕩得越快。

如果對公式(4-5)中的偏差信號err[n]進(jìn)行fft變換，得到頻域上的表示

上式中，k∈[0,n]；δ(·)為單位沖激響應(yīng)。因?yàn)樾盘杄rr[n]是一個(gè)周期信號，其頻譜err[k]是以2π為周期的沖激序列，可取l＝0的區(qū)間[-π,π]來研究，即只有當(dāng)或者時(shí)，err[k]不為0。

可以看出，頻域表達(dá)式err[k]能檢測出發(fā)生星座映射點(diǎn)偏移的子載波序號和偏移量，不過偏移量的方向旋轉(zhuǎn)了π，幅度降為原來的倍，而且k＝p或k＝n-p時(shí)的結(jié)果是共軛對稱。因此，如果接收端能夠準(zhǔn)確的獲得時(shí)域上的偏差信號err[n]，就能夠檢測出ofdm信號的第p個(gè)子載波上發(fā)生了星座映射點(diǎn)偏移，繼而進(jìn)行校正。畫出圖1中子載波3出現(xiàn)的星座映射點(diǎn)偏移時(shí)求得的時(shí)域偏差err[n]的歸一化頻率響應(yīng)，如圖2所示。

類似的，如果存在兩個(gè)及以上的子載波同時(shí)發(fā)生星座映射點(diǎn)頻移，則在無偏移情況下的ofdm時(shí)域信號和有星座映射點(diǎn)偏移情況下的時(shí)域信號相減，得到的差值為多個(gè)正弦信號的疊加?？梢酝茖?dǎo)出的時(shí)域偏差信號的公式

及時(shí)域偏差信號err[n]的頻域表達(dá)式

其中，p表示發(fā)生星座映射點(diǎn)偏移的子載波的集合。多個(gè)子載波上的星座映射點(diǎn)同時(shí)產(chǎn)生偏移的時(shí)域信號差是由多個(gè)正弦函數(shù)疊加的結(jié)果；根據(jù)上式，無論發(fā)生星座映射點(diǎn)偏移的子載波有多少個(gè)，都可以在頻域上完全確定。圖3顯示了子載波2出現(xiàn)e^j0的偏差和子載波9出現(xiàn)的偏差時(shí)的時(shí)域信號差值err[n]。

在ofdm通信系統(tǒng)中，信號的最高頻率點(diǎn)落在中間子載波的位置上，即等效為根據(jù)奈奎斯特采樣定律，若要無失真的從采樣點(diǎn)中重建原來的信號，則采樣頻率fs必須大于等于信號最高頻率fm的2倍，即fs≥2fm。在公式(4-5)和公式(4-8)中，對err[n]每隔1個(gè)采樣單位采樣一次，即采樣頻率fs＝1；如果err[n]的最高頻率fem小于信號x[n]的最高頻率fm，則在滿足2fem≤fs條件下，采樣頻率fs也可以小于1，且可以無失真的從采樣點(diǎn)中重建原來的信號。

1)考慮對err[n]進(jìn)行m倍減采樣，即采樣頻率變?yōu)?imgfile="bda0001259781740000115.gif"wi="187"he="111"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>只利用mn采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，則公式(4-8)改寫為

上式中，mn∈[0,n]。此時(shí)，采樣點(diǎn)的數(shù)目變?yōu)?imgfile="bda0001259781740000121.gif"wi="107"he="111"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>根據(jù)公式(4-6)，無論是進(jìn)行點(diǎn)fft變換，還是在非mn采樣點(diǎn)上補(bǔ)零進(jìn)行n點(diǎn)fft變換，errm[n]的頻域表達(dá)式

上式中，即進(jìn)行m倍減采樣時(shí)，要使信號不發(fā)生混疊，采樣頻率(pmax表示子載波星座映射點(diǎn)出現(xiàn)偏移的最大子載波序號)，那么在此情況下，子載波的序號pmax應(yīng)滿足

圖4是子載波3出現(xiàn)的星座映射點(diǎn)偏移時(shí)，時(shí)域信號差值err[n]進(jìn)行2、4、8倍減采樣的示意圖。

2)考慮利用err[n]中連續(xù)的i個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，其他采樣點(diǎn)上數(shù)據(jù)置成0。假設(shè)選擇的采樣時(shí)刻[ni,ni+i-1]∈[0,n-1]上的連續(xù)i個(gè)采樣點(diǎn)，則err[n]改寫為

對erri[n]進(jìn)行n點(diǎn)fft變換，得到

上式中，對于一個(gè)復(fù)指數(shù)的前m次求和(m≤n)為

公式(4-14)可改寫為

上式中，分子分母都有一個(gè)函數(shù)，但分子的頻率是分母的i倍，根據(jù)sinc(x)函數(shù)的性質(zhì)，當(dāng)k＝p或k＝n-p時(shí)erri[k]將取得最大值，并且兩邊出現(xiàn)拖尾震蕩。而且當(dāng)ni和i不相同時(shí)，的計(jì)算結(jié)果會(huì)對sinc(x)函數(shù)的幅度(主瓣和旁瓣)造成影響。

當(dāng)err[n]全部采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)都使用時(shí)，可以精確的確定出現(xiàn)星座映射點(diǎn)偏移的子載波序號和偏移的大小。當(dāng)只使用部分連續(xù)采樣點(diǎn)信息時(shí)(其他位置上全部置0)，fft變換后在出現(xiàn)星座映射點(diǎn)偏移的子載波上出現(xiàn)最大峰值(主瓣)。一般地部分連續(xù)采樣點(diǎn)的數(shù)量越少，erri[k]的主瓣的寬度越大，如上圖中只使用16個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)，子載波2、4上對應(yīng)的幅度值與子載波3的相當(dāng)；連續(xù)采樣點(diǎn)數(shù)量相同時(shí)選用不同時(shí)段引起的旁瓣不同，如上圖中的0～31之間的32個(gè)采樣點(diǎn)和16～47之間的32個(gè)采樣點(diǎn)對應(yīng)的頻率響應(yīng)的主瓣、旁瓣就不同。因此，此方法不適用于檢測星座映射點(diǎn)偏移。

綜上，若要實(shí)現(xiàn)從時(shí)域上校正ofdm符號的某些子載波產(chǎn)生了星座映射點(diǎn)偏移，能夠獲取準(zhǔn)確的時(shí)域信號差err[n]很關(guān)鍵，或者滿足公式(4-12)的err[n]的降采樣子序列errm[n]，也可達(dá)到相同的效果。

其次，建立準(zhǔn)無損數(shù)據(jù)壓縮模型。

根據(jù)ofdm系統(tǒng)的原理和光纖的傳輸特性，結(jié)合了離散時(shí)間序列減采樣(downsampling)的原理，提出了一種復(fù)雜度較高的壓縮算法——部分采樣點(diǎn)輔助校正子載波星座映射點(diǎn)偏移的壓縮方案，能在降采樣不出現(xiàn)混疊的情況下實(shí)現(xiàn)高壓縮比的無損數(shù)據(jù)壓縮，故稱之為“準(zhǔn)無損壓縮”。下面詳細(xì)說明這種準(zhǔn)無損壓縮模型的具體實(shí)現(xiàn)。

其中準(zhǔn)無損數(shù)據(jù)壓縮模型包括發(fā)送模塊和接受模塊。

發(fā)送端的處理與有損壓縮模型類似，但有部分采樣點(diǎn)不進(jìn)行“削峰尾插+幾何級數(shù)壓擴(kuò)(ctp+gsc)”變換，直接保留原來的14比特定點(diǎn)化編碼。

發(fā)送端主要的功能模塊：

采樣點(diǎn)提?。簩fft定點(diǎn)化輸出的數(shù)據(jù)x[n]分成兩個(gè)子序列，子序列xd[k]＝x[km]，即x[n]中每隔m個(gè)點(diǎn)提取一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)組成的新采樣序列；子序列xr[m]為x[n]中去掉km時(shí)刻后剩下的采樣序列，其中km∈[0,n-1]。

壓縮：對序列xr[m]進(jìn)行ctp操作、gsc變換及l(fā)比特二次量化(低精度定點(diǎn)化)，得到有損壓縮序列

編碼組合：對xd[k]和按先后順序組合成一個(gè)新的采樣序列，發(fā)送到光纖中。

在發(fā)送端，信源序列s經(jīng)星座圖映射生成xk，采用共軛反對稱處理，經(jīng)過ifft變換及定點(diǎn)化操作得到離散時(shí)域?qū)嵭盘杧[n]，長度為n。然后經(jīng)過一個(gè)m倍減采樣器，將采樣信號序列分成兩個(gè)離散的子序列xd[k]和xr[n]，其中子序列xd[k]不做其他任何變換，直接采用14bits定點(diǎn)化編碼；子序列xr[n]采用上一章的有損數(shù)據(jù)壓縮方案(ctp，gsc，l比特定點(diǎn)化)進(jìn)行處理后，得到有量化噪聲干擾的序列此時(shí)對編碼的比特?cái)?shù)比xr[n]要少的多。再將xd[k]和組合在一起，發(fā)送到光纖中。下面說明x[n]分成xd[k]和xr[n]的過程，如圖7所示。

x[n]的分布如上圖，共有32個(gè)子載波，方形標(biāo)志的表示xd[k]，圓形標(biāo)志的是xr[m]，減采樣因子m＝4。那么xd[k]＝x[4k](k∈[0,7])，直接采用14bit定點(diǎn)化；而xr[m]＝x[n](n≠0,4,8,12,16,20,24,28)，需經(jīng)過ctp、gsc和l比特定點(diǎn)化三個(gè)步驟的壓縮處理，輸出一個(gè)含有量化誤差的采樣序列然后將xd[k]和編碼后一起發(fā)送到光纖中。

發(fā)送端的壓縮處理操作很簡單，xd[k]的保留是為了獲取部分采樣點(diǎn)上準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，以便可以由時(shí)域上的部分偏差信號檢測并矯正子載波星座映射點(diǎn)偏差。但接收端要實(shí)現(xiàn)子載波星座映射點(diǎn)的校正，還需要經(jīng)過fft/ifft變換、星座圖還原和星座點(diǎn)偏移檢測等較復(fù)雜的處理過程。

接收端主要的功能模塊：

檢測分離：將接收到的序列分成兩個(gè)子序列，14比特定點(diǎn)化編碼的子序列xd[k]和l比特定點(diǎn)化編碼的子序列

解壓縮：對應(yīng)發(fā)送端的壓縮操作，將受到量化噪聲污染的序列進(jìn)行反量化編碼、igsc(gsc反變換)和ictp操作，得到序列

采樣點(diǎn)還原：按原始采樣時(shí)刻的順序，將xd[k]和合并形成一個(gè)完整的ofdm符號，長度為n的序列

fft/ifft：進(jìn)行離散傅里葉變換/傅里葉反變換。

星座還原：fft變換后得到頻域信號，反歸一化變換后，將各子載波上的數(shù)據(jù)點(diǎn)映射到對應(yīng)的星座圖上，糾正星座圖上的小幅度偏差。

星座點(diǎn)偏移檢測：時(shí)域偏差信號zd[k]進(jìn)行k點(diǎn)fft變換，轉(zhuǎn)換到偏差信號的頻域信號zk，通過檢測zk的實(shí)部和虛部是否超過預(yù)設(shè)的門限值，來判斷是否存在星座映射點(diǎn)偏移。

在接收端，將接收到的每個(gè)ofdm符號序列分成兩個(gè)子序列，14比特定點(diǎn)化編碼的子序列xd[k]和采用l比特定點(diǎn)化編碼的子序列解壓縮后再與xd[k]組合成一個(gè)含有偏差的ofdm符號經(jīng)過fft變換到頻域，反歸一化后將每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)還原到對應(yīng)的星座圖點(diǎn)上(每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)不完全對應(yīng)星座圖上的點(diǎn)，因?yàn)榱炕肼暤拇嬖谑沟妹總€(gè)子載波的數(shù)據(jù)在星座點(diǎn)周圍形成一團(tuán)星座云)，得到各子載波在星座圖上的映射點(diǎn)數(shù)據(jù)yn；再次歸一化和進(jìn)行ifft變換得到時(shí)域信號類似發(fā)送端，每隔m個(gè)采樣時(shí)刻提取一個(gè)采樣點(diǎn)得到的序列將序列xd[k]與相減，得到一個(gè)k點(diǎn)(小于n)時(shí)域信號的偏差zd[k]。對zd[k]進(jìn)行fft變換到頻域并歸一化得到zk，再判斷zk的實(shí)部和虛部是否大于預(yù)設(shè)門限值γ，可以獲得出現(xiàn)星座點(diǎn)偏移的子載波編號及偏移的方向。再將對應(yīng)編號的子載波上的星座映射點(diǎn)偏差補(bǔ)回給yn，再次對yn進(jìn)行歸一化和ifft變換得到y(tǒng)[n]，此時(shí)的y[n]應(yīng)該與發(fā)送端的x[n]完全相等。

經(jīng)過上述過程，可以實(shí)現(xiàn)較大壓縮比，在滿足公式(4-12)前提下進(jìn)行k點(diǎn)fft變換不會(huì)出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，就可以實(shí)現(xiàn)無損的數(shù)據(jù)壓縮；如果不滿足公式(4-12)則會(huì)出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，輸出信噪比隨混疊數(shù)量的增加而下降，誤比特率也會(huì)隨混疊數(shù)量的增加而迅速增加。仔細(xì)分析，還可以發(fā)現(xiàn)能夠滿足公式(4-12)，是由于采用了自適應(yīng)mqam調(diào)制，低頻部分的qam調(diào)制階數(shù)較高，高頻部分的qam調(diào)制階數(shù)較小，歸一化后低頻部分較容易產(chǎn)生星座圖映射點(diǎn)偏移，高頻部分不會(huì)出現(xiàn)星座圖映射點(diǎn)偏移。

另外，該方法只能檢測每個(gè)子載波星座映射點(diǎn)上下左右每個(gè)方向上偏移一個(gè)單位的情況，如果同一個(gè)方向上產(chǎn)生2個(gè)單位及以上的星座映射點(diǎn)偏移，則不能完全校正，只能夠減少該方向上的1個(gè)單位的偏移量。由上面的分析可知，該壓縮模型的復(fù)雜度較高；下面先分析了該壓縮算法在本系統(tǒng)下的計(jì)算復(fù)雜度，再分析在本系統(tǒng)下利用部分采樣點(diǎn)校正子載波星座映射點(diǎn)偏移的具體實(shí)現(xiàn)過程，并在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行仿真。

根據(jù)ofdm系統(tǒng)子載波星座映射點(diǎn)偏移檢測原理，結(jié)合減采樣原理，提出了在接收端利用部分采樣點(diǎn)輔助校正子載波星座映射點(diǎn)偏移的方法，并建立了一個(gè)準(zhǔn)無損壓縮模型。仿真結(jié)果表明，在降采樣不出現(xiàn)混疊的情況下可實(shí)現(xiàn)光纖傳輸中ofdm信號的無損壓縮，并且壓縮比比有損壓縮算法更高。

g.fast解決方案配合fttdp解決方案構(gòu)成的混合ftth架構(gòu)，可以將接入網(wǎng)的帶寬進(jìn)一步提高，寬帶論壇的fttdp系統(tǒng)架構(gòu)項(xiàng)目也積極納入g.fast解決方案，形成fttdp+gdsl組網(wǎng)部署方案，是對目前ftth無法到達(dá)的完美補(bǔ)充，由此實(shí)現(xiàn)寬帶接入的同時(shí)，消除了在分配點(diǎn)和用戶住宅之間光纖安裝費(fèi)用。fttdp+gdsl組網(wǎng)部署方案在實(shí)現(xiàn)寬帶接入中更符合成本效益，這將是舊居民區(qū)用戶寬帶提速性價(jià)比最高的方法，并且預(yù)計(jì)全國有超過千萬用戶需要通過這樣的方式進(jìn)行寬帶提速，具有巨大的市場潛力。

g.fast標(biāo)準(zhǔn)中定義了gigadsl的工作帶寬為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。設(shè)gigadsl的有用子載波數(shù)為n，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bitstream的帶寬為n*δf*bbit＝106mhz*bbit。

同時(shí)，根據(jù)奈奎斯特采樣定律，ifft輸出的時(shí)域信號采樣率至少是fs＝2*n*δf＝212mhz，每個(gè)采樣點(diǎn)估計(jì)至少要mbit(通常m＞b)來表示，因此時(shí)域信號的帶寬變?yōu)?12mhz*mbit。是原帶寬的倍，當(dāng)b＝10、m＝14時(shí)，即相比ifft前，信息增加了1.8倍；當(dāng)b＝10、m＝12時(shí)，即相比ifft前，信息增加了1.4倍。

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)域信號進(jìn)行壓縮再經(jīng)光纖傳輸。

g.fast中帶寬越寬，信號頻率會(huì)越高，高速傳輸距離就越短，成本和功耗也越大。g.fast標(biāo)準(zhǔn)下的dsl通信屬于寬帶通信，在整個(gè)帶寬內(nèi)信道的狀態(tài)信息不可能完全相同，因此需要根據(jù)信道的狀態(tài)信息來調(diào)整子載波功率、傳輸速率等，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)傳輸。fttdp+gdsl網(wǎng)絡(luò)部署中光纖和dsl的通信都屬于基帶通信，光纖系統(tǒng)可以認(rèn)為是無差錯(cuò)的，dsl之間容易產(chǎn)生串?dāng)_(crosstalk)，單根dsl的信道頻率響應(yīng)與dsl的長度和頻率有關(guān)。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，最大為12比特/子載波；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)。

在信道的頻率響應(yīng)低于約-41.57db的頻率段上時(shí)不傳輸任何數(shù)據(jù)，因?yàn)樾诺拉h(huán)境較惡劣，無法傳輸數(shù)據(jù)。dsl長度越長，信道頻率響應(yīng)衰減的越快，因此子載波上承載的信息量也會(huì)相應(yīng)的減少。但是無論dsl長度為多少，信號經(jīng)過ifft變換得到的時(shí)域信號基本上都服從正態(tài)分布。

其他dsl線長的時(shí)域信號幅度分布也滿足標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，根據(jù)這一特性來研究并設(shè)計(jì)針對此系統(tǒng)的壓縮算法。

本發(fā)明的基于部分采樣點(diǎn)輔助校正子載波星座映射點(diǎn)偏移的準(zhǔn)無損壓縮方案，可實(shí)現(xiàn)幾乎無損的數(shù)據(jù)壓縮且壓縮比更高。