CN115834317A - 一种增强型失真消除混合o-ofdm传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强型失真消除混合O‑OFDM传输方法,发送端包括如下步骤:将待传输的两路比特进行PAM调制和QAM调制以及串并转换得到PAM符号和QAM符号,并对其进行分配,QAM符号承载在集合Φg的子载波上,PAM符号承载在集合C的子载波上,根据Hermitian对称性,产生Wk,对Wk进行单个IFFT以及并串转换生成Wn,然后计算用于生成非负信号的Cn;将Wn与Cn相加得到tn EDEHO,再对tn EDEHO进行数模转换传输至发送端的LED驱动其发光并输送至接收端。
Description
技术领域
本发明涉及无线光通信领域,尤其涉及一种增强型失真消除混合O-OFDM传输方法。
背景技术
由于移动数据流量的成倍增长以及射频频谱资源匮乏的挑战,目前国内外研究领域开始竞相发掘迄今为止几乎未开发的更高频谱,例如光谱,从而催生了无线光通信(OWC)领域。OWC凭借其免许可频谱资源丰富、抗电磁干扰能力强、通信环境安全、实现成本低等先天优势,越来越多地得到电信运营商等的广泛关注,有望广泛应用于室内无线网络、水下通信、车载通信等领域。
正交频分复用(OFDM)技术已在OWC中得到广泛探索,这得益于其高频谱效率和抗符号间干扰能力。在OWC***中,通常采用强度调制/直接检测(IM/DD)方式,需要将OFDM信号从双极性复数信号转换为单极性实数信号,因此针对OWC提出了多种光OFDM(O-OFDM)方案,例如直流偏置O-OFDM(DCO-OFDM)和单极O-OFDM方案。DCO-OFDM是通过添加直流偏置来获得传输信号的非负性,然而由于OFDM具有较高的峰均功率比(PAPR),因此通常需要相对较高的直流偏置,从而导致该方案光功率效率低下。单极O-OFDM方案包括了非对称限幅O-OFDM(ACO-OFDM)、脉冲幅度调制离散多音(PAM-DMT)和翻转OFDM(Flip-OFDM)。在ACO-OFDM和PAM-DMT中,分别在奇数子载波和子载波的虚部调制传输符号,产生了频谱效率损失的结果。Flip-OFDM是将其双极性信号的负部分反转以保证非负性,然后以时域连续方式传输,但会由于额外的延迟过程而导致时间效率低下。
为了进一步提高OWC***的性能,基于单极O-OFDM方案开发出了混合O-OFDM方案,例如混合ACO-OFDM(HACO-OFDM)、分层ACO-OFDM(LACO-OFDM)等。在HACO-OFDM方案中,ACO-OFDM在奇数子载波上传输,进一步与偶数子载波上的PAM-DMT传输相结合,但仅对偶数子载波的虚部进行调制,偶数子载波的实部仍未开发。LACO-OFDM方案能够以分层的方式使用更多的子载波,获得与DCO-OFDM相当的频谱效率以及与ACO-OFDM相当的能量效率。然而,发送端需要多个IFFT块,且由于每一层的削波操作都会对更高层产生干扰,所以符号检测必须由基于串行干扰消除(SIC)的接收机执行,这显著地增加了复杂度。虽然能够采用标准的接收机针对LACO-OFDM信号进行检测,但接收机的检测性能恶化严重。
发明内容
针对以上问题,本发明提出增强型失真消除混合O-OFDM传输方法。
为实现本发明的目的,提供增强型失真消除混合O-OFDM传输方法,发送端
包括如下步骤:
1.一种增强型失真消除混合O-OFDM传输方法,其特征在于,发送端包括如下步骤:
S1、对待传输的两路比特进行QAM调制和PAM调制,生成QAM符号和PAM符号,将调制后得到的串行形式的QAM符号和PAM符号进行串并转换变成并行形式的QAM符号和PAM符号,接着对QAM符号和PAM符号进行分配,将OFDM***的子载波总数目表示为N,将子载波的序号记为k,其分配方式如下:第g组的子载波序号集合为φg,g=1,…,G,QAM符号承载在前G组的子载波上,PAM符号承载在集合C的子载波上,根据Hermitian对称性,产生频域信号Wk,Wk表示第k个子载波上的频域信号;
S2、通过单个IFFT以及并串转换,将频域信号Wk转换为时域混合信号wn,其中,wn表示第n个时刻的时域混合信号;进一步地,计算用于生成非负信号的时域预处理信号cn,其中,cn表示第n个时刻的时域预处理信号,当n=0,1,…,N/2G+2时,cn取值为信号样本的最大值,其中q=0,1,…,2G-1;
进一步地,时域预处理信号cn满足以下结构:
进一步地,第g组中子载波序号集合φg的具体表达式为:
φg={k=2g-1(2i+1)|i=0,1,L,N/2g-1}
进一步地,PAM符号采用的子载波集合C的具体表达式为:
C={k=2Gm|m=1,2,L,N/2G-1且m≠N/2G+1}。
进一步地,各子载波上的频域信号Wk的具体表达式为:
进一步地,接收端为标准的OFDM接收机,即接收端用光电二极管PD接收信号,经过模数转换器转换成数字信号,接着进行串并转换以及FFT后生成频域信号,最后经过解调恢复信号。
跟现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明针对OWC提出了一种新的混合O-OFDM方案,即增强型失真消除混合O-OFDM(EDEHO-OFDM)。在发射端构建了时域失真消除方法,实现了ACO-OFDM和PAM-DMT的无干扰传输。此外,通过激活偶数子载波的剩余实部得以充分利用子载波资源,相比HACO-OFDM,有效地增强了传输的频谱效率。
相比传统的多层混合O-OFDM,如LACO-OFDM,本发明能够实现相同的频谱效率,但本发明仅凭借单个IFFT发射机和标准O-OFDM接收机就可以完成信息传输,具有更低的实现复杂度,同时,与同样采用标准O-OFDM接收机的LACO-OFDM方法相比,具有更优的误码率(BER)性能。
附图说明
图1为一种增强型失真消除混合O-OFDM传输方法的结构框图;
图2为不同O-OFDM方案的PAPR的互补累积分布函数;
图3为不同O-OFDM方案在不同Eb/N0下的BER性能示意图;
图4为实现10-3的BER目标所需的Eb/N0示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
在本文中提及″实施例″意味着,结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是,本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种增强型失真消除混合O-OFDM传输方法的结构框图。如图1所示,本发明提供一种增强型失真消除混合O-OFDM传输方法,发送端包括如下步骤:
S1、对待传输的两路比特进行QAM调制和PAM调制,生成QAM符号和PAM符号,将调制后得到的串行形式的QAM符号和PAM符号进行串并转换变成并行形式的QAM符号和PAM符号,接着对QAM符号和PAM符号进行分配,将OFDM***的子载波总数目表示为N,将子载波的序号记为k,其分配方式如下:第g组的子载波序号集合为φg,g=1,…,G,QAM符号承载在前G组的子载波上,PAM符号承载在集合C的子载波上,根据Hermitian对称性,产生频域信号Wk,Wk表示第k个子载波上的频域信号;
S2、通过单个IFFT以及并串转换,将频域信号Wk转换为时域混合信号wn,其中,wn表示第n个时刻的时域混合信号;进一步地,计算用于生成非负信号的时域预处理信号cn,其中,cn表示第n个时刻的时域预处理信号,当n=0,1,…,N/2G+2时,cn取值为信号样本的最大值,其中q=0,1,…,2G-1;
在一个实施例中,时域预处理信号cn满足以下结构:
在一个实施例中,第g组中子载波序号集合φg的具体表达式为:
φg={k=2g-1(2i+1)|i=0,1,L,N/2g-1}
在一个实施例中,PAM符号采用的子载波集合C的具体表达式为:
C={k=2Gm|m=1,2,L,N/2G-1且m≠N/2G+1}。
在一个实施例中,各子载波上的频域信号Wk的具体表达式为:
在一个实施例中,接收端为标准的OFDM接收机,即接收端用光电二极管PD接收信号,经过模数转换器转换成数字信号,接着进行串并转换以及FFT后生成频域信号,最后经过解调恢复信号。
从图1中可以看出,本发明方案采用了单IFFT发射机架构和标准的OFDM接收机,不受削波失真的影响。
图2为不同O-OFDM方案的PAPR的互补累积分布函数。在EDEHO-OFDM中,分配给QAM符号的功率设置是PAM符号的两倍。从图中可以看出,与传统的HACO-OFDM和LACO-OFDM方案相比,本发明方案具有更低的PAPR,同时该PAPR会随着激活剩余子载波数量的增多而降低,表明了本方案可以在非线性条件下运行优良。
图3为不同O-OFDM方案在不同Eb/N0下的BER性能示意图,为了比较公平,LACO-OFDM采用与EPDHO-OFDM相同的标准OFDM接收方法,从图中可以观察到,本发明方法的误码率远低于基于单个FFT接收机的LACO-OFDM,具有更高的可靠性。此外,本发明方案可以在G=2和G=3时分别达到与L=3和L=4的LACO-OFDM相同的频谱效率。
图4为实现10-3的BER目标所需的Eb/N0示意图,表现了在不同O-OFDM方案在不同比特率/归一化带宽下,实现10-3的BER目标所需的Eb/N0,其中DCO-OFDM采用了7dB和10dB的偏置。从图中可以得出,本发明方案需要比ACO-OFDM和DCO-OFDM相对较低的Eb/N0来实现BER目标,这表明本方案具有较高的功率效率。
Claims (6)
1.一种增强型失真消除混合O-OFDM 传输方法,其特征在于,发送端包括如下步骤:
S1、对待传输的两路比特进行调制和调制,生成符号和符号,将
调制后得到的串行形式的符号和符号进行串并转换变成并行形式的符号和符号,接着对符号和符号进行分配,将***的子载波总数目表示为,将子载波的序号记为,其分配方式如下:第组的子载波序号集合为,,符号承载在前 组的子载波上,符号承载在集合的子载波
上,根据Hermitian对称性,产生频域信号,表示第个子载波上的频域信号;
S2、通过单个IFFT以及并串转换,将频域信号转换为时域混合信号,其中,表示第个时刻的时域混合信号;进一步地,计算用于生成非负信号的时域预处理信
号,其中表示第个时刻的时域预处理信号,当时,取值为
信号样本-wn,-wN/2 G -n,…,-wn+qN/2 G,-w(q+1)N/2 G -n,…-wn+N-N/2 G,-wN-n的最大值,其中;
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