本發(fā)明涉及可見光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可見光dco-ofdm通信系統(tǒng)中最優(yōu)直流偏置的確定方法。

背景技術(shù)：

可見光通信是一種通過光輻射傳輸負載信息的新興技術(shù)，以其諸多的優(yōu)點，成為近年來無線通信領(lǐng)域研究的熱點之一，是未來無線接入方案中針對射頻技術(shù)最有潛力的互補技術(shù)。ofdm是可見光通信高速傳輸?shù)幕菊{(diào)制方法，其中dco-ofdm方案出現(xiàn)時間早，研究較為成熟，所以在目前大部分的可見光實物系統(tǒng)的實現(xiàn)都是采用的該方案。dco-ofdm需要加入直流偏置來降低裁剪噪聲，但過大的直流偏置會因直流而浪費了過多的能量，降低了能量效率，因此需要尋找最優(yōu)的直流偏置系數(shù)。

目前關(guān)于dco-ofdm系統(tǒng)直流偏置確定方法的討論主要在awgn信道下進行討論，因為：第一，awgn信道簡單，計算推導容易；第二awgn信道也很重要，因為光信道的低通特性，我們可以選取平坦區(qū)，此時就是近似于awgn信道了，或者也可以通過均衡和預均衡的方式將信道補平；第三，得到awgn信道下的結(jié)果時，可以再由此基礎推導頻率選擇性信道下的結(jié)果。

在dco-ofdm早期的研究中，都是加入足夠大的直流偏置以消除裁剪噪聲。vishwanath等人從信息論的角度論證了完全不削波dco-ofdm系統(tǒng)的頻譜效率會隨著子載波數(shù)的增加而減小。armstrong等人嘗試加入較小的直流偏置并裁剪負值得到單極性信號。dimitrov考慮了光功率限制下給定誤比特率的信噪比最小化問題。chenl在光功率限制和電功率限制下使用了黃金分割法求解，但不能保證是最優(yōu)的。zhangmingxuan說明了該優(yōu)化問題是一個非凸問題。lingxintong證明了單邊裁剪時該問題是擬凸問題，并給出了該問題的閉式解。

但是上述方案在研究dco-ofdm系統(tǒng)的最優(yōu)直流偏置時，大多研究的是單邊裁剪。但考慮到led的非線性特性，單邊裁剪時會對led的動態(tài)范圍要求比較大，因此雙邊裁剪的研究也很有必要。雙邊裁剪就是不但將負值部分裁剪掉，并且將過大的正值部分也裁剪掉，對稱雙邊裁剪就是兩端的裁剪是相對稱的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種dco-ofdm系統(tǒng)中最優(yōu)直流偏置的確定方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種dco-ofdm系統(tǒng)中最優(yōu)直流偏置的確定方法包括：

(1)對于給定的光信噪比γo進行歸一化，得到歸一化光信噪比γo,n，其中，

γo,n＝γo|h|²

式中，h表示信道的頻率響應，對于awgn信道為一個常數(shù)；

(2)根據(jù)歸一化光信噪比γo,n建立對稱雙邊裁剪時最優(yōu)相對直流偏置系數(shù)μ滿足的非線性方程其中，

(3)用牛頓迭代法求解f(μ)的根，具體步驟為：

a、設置迭代次數(shù)i＝0，μ0＝0，根據(jù)需求設置容忍誤差ε，ε>0；

b、計算d＝f(μi)/f′(μi)；

c、令μi+1＝μi-d；

d、若|d|≥ε，則令i＝i+1，并執(zhí)行步驟b；若|d|＜ε，則迭代結(jié)束，此時的μi+1即為最優(yōu)相對直流偏置系數(shù)μ；

(4)根據(jù)最優(yōu)相對直流偏置系數(shù)μ計算得到最優(yōu)直流偏置量idc，其中，

idc＝μσs

式中，σs為裁剪直流偏置前信號的方差。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是：本專利提出了一種對于dco-ofdm系統(tǒng)的對稱雙邊裁剪情況時的最優(yōu)直流偏置的確定方法。該方案的復雜度較低，易于實現(xiàn)，可以在較低復雜度情形下得到對可見光dco-ofdm通信系統(tǒng)雙邊進行對稱雙邊裁剪時的最優(yōu)直流偏置，使在給定的光信噪比下，系統(tǒng)的可達速率最高。

附圖說明

圖1是64qam調(diào)制下對稱雙邊裁剪誤碼率與μ的關(guān)系圖。

圖2是16qam調(diào)制下對稱雙邊裁剪誤碼率與γo的關(guān)系圖。

具體實施方式

本發(fā)明應用于可見光dco-ofdm系統(tǒng)中，并對信號進行對稱雙邊裁剪時的情況。本發(fā)明給出的方法是在awgn信道條件下，當系統(tǒng)不是awgn信道時，可以通過選取平坦區(qū)或者用補平的方法得到awgn信道。

一、技術(shù)問題

假設裁剪前的信號為s(n)，裁剪后的信號為sc(n)，而裁剪后再加上直流偏置的信號為sdc(n)，直流偏置為idc，則

sdc(n)＝sc(n)+idc(2)

在光通信中由于進行強度調(diào)制，同時也要考慮照明因素，所以光強也是很重要的變量，同時由于需要考慮直流偏置帶來的能量浪費，因此定義光信噪比γo為

式中，表示背景噪聲。

由于加入的直流偏置為一個與n無關(guān)的常量，而

fft(idc)＝idcnδ(k)(4)

式中，n表示fft的點數(shù)，δ(·)表示沖激函數(shù)。根據(jù)式(4)可知，加入直流偏置在頻域只影響0號子載波上的信號，而在dco-ofdm中，0號子載波作為虛擬子載波使用，是不傳輸信號的，關(guān)注點可以放在sc(n)上。

根據(jù)中心極限定理，當fft點數(shù)選取足夠多以及一幀中ofdm符號足夠多時，s(n)服從均值為0，方差為的高斯分布。

因此可根據(jù)bussgang定理：高斯輸入的非線性系統(tǒng)的輸出可以表示成兩個不相關(guān)的可分離部分之和，一部分是與輸入信號成正比的有用信號，另一部分是與信號不相關(guān)的非線性干擾，即

sc(n)＝αs(n)+d(n)(5)

式中，d(n)為非線性干擾，

式(5)的頻域為

因為加上直流偏置只影響0號子載波，不考慮加上直流偏置，接收信號為

h(k)為信道頻率響應，z(k)為噪聲。

定義相對直流偏置系數(shù)μ為

引入sndr，這就是考慮了裁剪噪聲后的系統(tǒng)實際信噪比，在迫零均衡時，有

式中，p(k)為分配到每個子載波上的功率，和分別為裁剪噪聲和背景噪聲。

當平均分配時，有

式中，nc為ofdm子載波數(shù)，ndata為使用數(shù)據(jù)子載波數(shù)。

系統(tǒng)可達速率為

式中，ω為使用子載波的集合，γ為香農(nóng)信道容量與目標物碼率下可達速率之間的信噪比間隔。那么，最優(yōu)直流偏置的問題就轉(zhuǎn)化為在相應的γo下，使r最大時的μ的取值，即

因為awgn信道時平坦的，|h(k)|²是一個常數(shù)，因此采取平均功率分配是最優(yōu)的。

式(10)可以改寫為

式中，因為每個子載波上的功率以及頻響相同，在這里就將下標k給去掉了。由于每個子載波上的sndr相同，因此由式(12)以及(13)，該問題可以表述為：

sndrn為式(14)中sndr去掉系數(shù)后的值。

為了敘述方面，將后面的章節(jié)中出現(xiàn)的函數(shù)在這里先進行定義，為

我們具體推導計算sndrn，過程如下：

利用對稱雙邊裁剪時s(n)與sc(n)的對稱性得到其為0均值，得

e(d(n))＝e(sc(n))＝e(s(n))＝0(20)

由上式知，在給定μ的情況下，對稱雙邊裁剪時裁剪噪聲功率與信號噪聲功率成正比。

e(sdc(n))＝idc＝μσs(22)

在給定γo的情況下，定義歸一化光信噪比γo,n＝γo|h|²，可得

下面再推導最優(yōu)直流偏置滿足的非線性方程，過程如下：

上式中為了簡潔起見，用q、β、g、f來代替各自關(guān)于μ的函數(shù)。其中，令

g(μ)對μ求導，得到

由上式可知g(μ)是關(guān)于μ的單減函數(shù)，由于g(0)＝0，因此在μ∈(0,+∞)內(nèi)，g(μ)＜0，又因為在μ∈(0,+∞)時，q(μ)＜1/2，可知1-2q(μ)＞0，因此式(24)可表示為

上式中λ＞0為一個正系數(shù)。求解最優(yōu)直流偏置的問題轉(zhuǎn)化為求f(μ)的根。因為此時根據(jù)零點定理，f(μ)在(0,+∞)一定有根。f(μ)對μ求導，得到

f(μ)是關(guān)于μ的減函數(shù)，因此此時f(μ)有且只有唯一的一個根，而且由式(28)可知，隨著μ的增加由正變負，即sndrn為擬凹函數(shù)，一定存在最大值。

二、技術(shù)方法

本發(fā)明的dco-ofdm系統(tǒng)中最優(yōu)直流偏置的確定方法，具體包括以下步驟：

(1)對于給定的光信噪比γo進行歸一化，得到歸一化光信噪比γo,n，其中，

γo,n＝γo|h|²

式中，h表示信道的頻率響應，對于awgn信道為一個常數(shù)；

(2)根據(jù)歸一化光信噪比γo,n建立對稱雙邊裁剪時最優(yōu)相對直流偏置系數(shù)μ滿足的非線性方程其中，

(3)用牛頓迭代法求解f(μ)的根，具體步驟為：

a、設置迭代次數(shù)i＝0，μ0＝0，根據(jù)需求設置容忍誤差ε，ε>0；

b、計算d＝f(μi)/f′(μi)；

c、令μi+1＝μi-d；

d、若|d|≥ε，則令i＝i+1，并執(zhí)行步驟b；若|d|＜ε，則迭代結(jié)束，此時的μi+1即為最優(yōu)相對直流偏置系數(shù)μ；

(4)根據(jù)最優(yōu)相對直流偏置系數(shù)μ計算得到最優(yōu)直流偏置量idc，其中，

idc＝μσs

式中，σs為裁剪直流偏置前信號的方差。

以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實施例而已，不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。