一種采用乘性削波的可見光多載波傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種采用乘性削波的可見光多載波傳輸方法，屬于無(wú)線光通信技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于不受日益增長(zhǎng)的射頻覆蓋的影響，且享有大量的頻譜資源，可見光通信已經(jīng) 在下一代無(wú)線傳輸領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。由于目前的光通信系統(tǒng)普遍采用強(qiáng)度調(diào)制/直 接檢測(cè)（頂/DD)，即：信號(hào)對(duì)光的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，因此要保證時(shí)域信號(hào)為正實(shí)數(shù)。二進(jìn)制啟 閉鍵控調(diào)制（OOK)雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是能量效率很差。為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜利用 率，同時(shí)對(duì)抗多徑衰落，從正交頻分復(fù)用（OFDM)衍生而來(lái)的離散多音調(diào)制技術(shù)（DMT)被引 入其中。
[0003] 為了保證時(shí)域信號(hào)的正實(shí)性，現(xiàn)在被廣泛采用的兩個(gè)光通信DMT方案是非對(duì)稱削 波光-正交頻分復(fù)用技術(shù)（ACO-OFDM)和直流偏置光-正交頻分復(fù)用技術(shù)（DCO-OFDM)。二 者的輸入頻域信號(hào)向量都滿足共軛對(duì)稱特性，經(jīng)過(guò)逆快速傅立葉變換（IFFT)后，就可以得 到實(shí)數(shù)時(shí)域信號(hào)。為了得到非負(fù)時(shí)域信號(hào)，前者直接將負(fù)值削為〇,后者在信號(hào)上加上一個(gè) 直流偏置。在ACO-OFDM方案中，僅有1/4子載波被用來(lái)傳遞信號(hào)，頻譜利用率很低，降低了 能量利用率；而在DCO-OFDM方案中有1/2子載波被用來(lái)傳遞信號(hào)，但是所加直流偏置也降 低了能量利用率。
[0004] 還有一種采用脈沖幅度離散多音調(diào)制（PAM-DMT)的方案。該方案中，一半子載波 被用來(lái)傳遞經(jīng)過(guò)PAM調(diào)制的符號(hào)，且不需要直流偏置。頻域信號(hào)向量滿足共軛對(duì)稱，因此經(jīng) 過(guò)IFFT變換后，得到實(shí)數(shù)時(shí)域信號(hào)。每對(duì)雙極性時(shí)域信號(hào)幅度相同，符號(hào)相反，因此將負(fù)值 時(shí)域信號(hào)削為〇并不會(huì)減少所傳遞的信息。
[0005] 由于OFDM信號(hào)為多個(gè)正弦波的疊加，當(dāng)子載波個(gè)數(shù)達(dá)到一定程度時(shí)，根據(jù)中心極 限定理，OFDM符號(hào)波形將是一個(gè)高斯隨機(jī)過(guò)程，它的包絡(luò)極不穩(wěn)定。當(dāng)IFFT輸入端的數(shù)據(jù) 同相時(shí)，其輸出就會(huì)產(chǎn)生很大的峰值，因此會(huì)造成過(guò)大的峰均比（PAPR)。
[0006] 無(wú)論是AC0-0FDM、DC0-0FDM，還是PAM-DMT，都存在PAPR過(guò)高的問(wèn)題。PAPR過(guò)高 不但會(huì)提高對(duì)模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器線性范圍的要求，而且會(huì)使信號(hào)通過(guò)電路時(shí)容易進(jìn)入非線 性區(qū)，從而導(dǎo)致信號(hào)失真，對(duì)系統(tǒng)整體性能產(chǎn)生重大的影響。在光系統(tǒng)中，不僅功放有非線 性，發(fā)光二極管（LED)也具有非線性，因此PAPR過(guò)高導(dǎo)致的非線性效應(yīng)更加嚴(yán)重。因此，降 低可見光通信系統(tǒng)的PAPR非常有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種采用乘性削波的可 見光多載波傳輸方法。根據(jù)PAM-DMT的調(diào)制信號(hào)特點(diǎn)，在時(shí)域信號(hào)對(duì)稱采樣位置上，信號(hào)幅 度相同，符號(hào)相反。將每組對(duì)稱時(shí)域信號(hào)中正值信號(hào)保留，負(fù)值信號(hào)置零。設(shè)定最大光信號(hào) 閥值為n。，當(dāng)數(shù)據(jù)位大于η。時(shí)，將數(shù)據(jù)位乘以給定常數(shù)α進(jìn)行削波，然后，將對(duì)稱位置信 號(hào)值由〇改為固定信號(hào)值flag作為標(biāo)記位，從而達(dá)到降低PAPR的作用。
[0008] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0009] -種采用乘性削波的可見光多載波傳輸方法，其特征在于：PAM_DMT(脈沖幅 度-離散多音調(diào)制）系統(tǒng)的每對(duì)時(shí)域信號(hào)經(jīng)過(guò)不對(duì)稱削波后，其中一位時(shí)域信號(hào)為數(shù)據(jù)位， 另一位時(shí)域信號(hào)為0 ;數(shù)據(jù)位為有效數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)位的有效數(shù)據(jù)值大于系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)最大 允許的閾值η。時(shí)，將數(shù)據(jù)位時(shí)域信號(hào)削波為原時(shí)域信號(hào)值的 α倍，同時(shí)將另一位時(shí)域信 號(hào)由〇更改為固定值flag，從而達(dá)到降低PAPR(峰均比）的作用；其中α為乘性削波系數(shù)， 為大于〇且小于1的固定值，比如α = 1/2, flag表示標(biāo)記乘性削波操作的標(biāo)記信號(hào)。
[0010] 上述方法具體包括如下步驟：
[0011] (1)發(fā)射端根據(jù)PAM-DMT方式，采用f-Ι個(gè)子載波傳輸經(jīng)過(guò)調(diào)制的復(fù)數(shù)頻域符號(hào) 向量，具體為：信源產(chǎn)生的二進(jìn)制信號(hào)經(jīng)過(guò)PAM(脈沖幅度調(diào)制）得到f-Ι個(gè)頻域符號(hào)，將 這些頻域符號(hào)作為f-Ι個(gè)復(fù)數(shù)頻域符號(hào)的虛部，將復(fù)數(shù)頻域符號(hào)的實(shí)部置0,得到復(fù)數(shù)頻 域符號(hào)向量
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用乘性削波的可見光多載波傳輸方法，其特征在于：PAM-DMT系統(tǒng)的每對(duì)時(shí) 域信號(hào)經(jīng)過(guò)不對(duì)稱削波后，其中一位時(shí)域信號(hào)為數(shù)據(jù)位，另一位時(shí)域信號(hào)為0 ;數(shù)據(jù)位為有 效數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)位的有效數(shù)據(jù)值大于系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)最大允許的闊值n。時(shí)，將數(shù)據(jù)位時(shí)域信 號(hào)削波為原時(shí)域信號(hào)值的a倍，同時(shí)將另一位時(shí)域信號(hào)由0更改為固定值flag,從而達(dá)到 降低PAH?的作用；其中a為乘性削波系數(shù)，為大于0且小于1的固定值，flag表示標(biāo)記乘 性削波操作的標(biāo)記信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用乘性削波的可見光多載波傳輸方法，其特征在于：具體 包括如下步驟： (1) 發(fā)射端根據(jù)PAM-DMT方式，采用^-1個(gè)子載波傳輸經(jīng)過(guò)調(diào)制的復(fù)數(shù)頻域符號(hào) 向量，具體為；信源產(chǎn)生的二進(jìn)制信號(hào)經(jīng)過(guò)PAM得到^-1個(gè)頻域符號(hào)，將該些頻域符號(hào) 作為^-1個(gè)復(fù)數(shù)頻域符號(hào)的虛部，將復(fù)數(shù)頻域符號(hào)的實(shí)部置0,得到復(fù)數(shù)頻域符號(hào)向量 X，= 乂間.…，X, ^-1 ;其中N為PAM-DMT系統(tǒng)子載波總數(shù)； (2) 在PAM-DMT系統(tǒng)中，為了得到實(shí)數(shù)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行可見光調(diào)制，頻域信號(hào)映射需要滿 足共輛對(duì)稱特性，即需要在子載波上根據(jù)下面公式進(jìn)行頻域符號(hào)映射：
其中，X[n]表示第n個(gè)子載波攜帶的頻域信號(hào)，上標(biāo)*表示取共輛； (3) 對(duì)頻域信號(hào)X[n]進(jìn)行N點(diǎn)IFFT操作，得到時(shí)域信號(hào)x(k)如下：
其中，k表示時(shí)域符號(hào)的采樣時(shí)刻位置，X化）表示第k個(gè)時(shí)域信號(hào)； (4) 在步驟（3)獲得的時(shí)域信號(hào)中，每組對(duì)稱時(shí)域信號(hào)值[X化)，x(N-k)]的數(shù)值相同， 符號(hào)相反；對(duì)所有時(shí)域信號(hào)進(jìn)行不對(duì)稱負(fù)值消除，得到非負(fù)實(shí)數(shù)時(shí)域信號(hào)X?；幌襟E 按照如下公式進(jìn)行：
其中，Xt(k)為經(jīng)過(guò)不對(duì)稱負(fù)值削波后的第k個(gè)時(shí)域信號(hào)； (5) 根據(jù)PAM-DMT系統(tǒng)中發(fā)射用發(fā)光二極管的非線性范圍確定闊值n。，對(duì)時(shí)域信號(hào) X?；?，化=1，2,…，腳進(jìn)行乘性削波；首先，當(dāng)數(shù)據(jù)位信號(hào)值大于n擁，將該數(shù)據(jù)位信號(hào) 值乘Wa進(jìn)行削波，并在對(duì)稱位置放置標(biāo)記信號(hào)值flag;然后，將乘性削波后仍大于n。的 數(shù)據(jù)位信號(hào)值削減為n。;由此得到乘性削波后的第k組對(duì)稱信號(hào)[Xd?；?，Xde(N-k)]如下：
其中，flag取固定值0. 3ric; 做將經(jīng)過(guò)削波后的非負(fù)實(shí)數(shù)時(shí)域信號(hào)Xde= [X d。(0)，Xd。(1)，…，Xd。(N-1)]送往光通信 發(fā)射模塊，采用強(qiáng)度調(diào)制，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)度信號(hào)； (7) 在接收端，光電二極管將光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域電信號(hào)yde= [yde(〇)，yde(l)，… ，yde (N-1)]，分別針對(duì)每組對(duì)稱信號(hào)bde似，yde (N-k)]采用經(jīng)典的MAP進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，通過(guò) MAP檢測(cè)估計(jì)出該信號(hào)組合在步驟巧）中的乘性削波類型，即步驟巧）中乘性削波公式中 的情況（a)、化）、（C)、（d)、（e)、訊，由此恢復(fù)出經(jīng)過(guò)負(fù)值削波的時(shí)域信號(hào)y。;具體恢復(fù)操 作按如下步驟：當(dāng)該組接收信號(hào)MAP檢測(cè)為情況（a)或化）時(shí)，數(shù)據(jù)不作變化；當(dāng)屬于情況 (C)或（d)時(shí)，數(shù)據(jù)位除Wa，對(duì)稱位置接收信號(hào)即為標(biāo)記化直接置零；當(dāng)情況屬于（e)或 (f)時(shí)，數(shù)據(jù)位除Wa，對(duì)稱位置置零； (8) 在步驟（7)中得到的y。中，正值維持不變，對(duì)稱位置放置幅度相同且符號(hào)相反的 值，得到原始的時(shí)域信號(hào)檢測(cè)值y，并進(jìn)行FFT，得到頻域接收向量Y; (9) 取Y中的攜帶有效信息的部分
取其中虛部的值，通過(guò) PAM解調(diào)獲得發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用乘性削波的可見光多載波傳輸方法，根據(jù)PAM-DMT調(diào)制信號(hào)的特點(diǎn)，首先將每組對(duì)稱時(shí)域信號(hào)中正值信號(hào)保留，負(fù)值信號(hào)置零。設(shè)定最大光信號(hào)閥值為ηc，當(dāng)數(shù)據(jù)位大于ηc時(shí)，將數(shù)據(jù)位乘以給定常數(shù)α進(jìn)行削波。然后，將對(duì)稱位置信號(hào)值由0改為預(yù)先設(shè)定的固定信號(hào)值作為標(biāo)記位。系統(tǒng)接收端通過(guò)MAP檢測(cè)方法確定信號(hào)削波位置和標(biāo)記位，最后根據(jù)發(fā)送端使用的乘性削波原則進(jìn)行信號(hào)恢復(fù)，從而完成發(fā)送信號(hào)檢測(cè)。該方法通過(guò)乘性削波有效降低了發(fā)射光信號(hào)的PAPR，方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，在抑制PAPR的同時(shí)提高了系統(tǒng)能量利用率，降低了系統(tǒng)對(duì)功放和發(fā)光二極管線性范圍的要求，減少了信號(hào)在電、光域的非線性失真，提高了系統(tǒng)的整體性能。
【IPC分類】H04B10-556, H04B10-116
【公開號(hào)】CN104796195
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510134897
【發(fā)明人】許威, 徐錦丹, 張華
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年3月25日