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，屬于無線光通信技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于不受日益增長的射頻覆蓋的影響，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)普遍采用強度調(diào)制/直 接檢測（頂/DD)，即：信號對光的強度進行調(diào)制，因此要保證時域信號為正實數(shù)。二進制啟 閉鍵控調(diào)制（OOK)雖然實現(xiàn)簡單，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，同時對抗多徑衰落，從正交頻分復用（OFDM)衍生而來的離散多音調(diào)制技術(shù)（DMT)被引 入其中。
[0003] 為了保證時域信號的正實性，現(xiàn)在被廣泛采用的兩個光通信DMT方案是非對稱削 波光-正交頻分復用技術(shù)（ACO-OFDM)和直流偏置光-正交頻分復用技術(shù)（DCO-OFDM)。二 者的輸入頻域信號向量都滿足共軛對稱特性，經(jīng)過逆快速傅立葉變換（IFFT)后，就可以得 到實數(shù)時域信號。為了得到非負時域信號，前者直接將負值削為〇,后者在信號上加上一個 直流偏置。在ACO-OFDM方案中，僅有1/4子載波被用來傳遞信號，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子載波被用來傳遞信號，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 被用來傳遞經(jīng)過PAM調(diào)制的符號，且不需要直流偏置。頻域信號向量滿足共軛對稱，因此經(jīng) 過IFFT變換后，得到實數(shù)時域信號。每對雙極性時域信號幅度相同，符號相反，因此將負值 時域信號削為〇并不會減少所傳遞的信息。
[0005] 由于OFDM信號為多個正弦波的疊加，當子載波個數(shù)達到一定程度時，根據(jù)中心極 限定理，OFDM符號波形將是一個高斯隨機過程，它的包絡(luò)極不穩(wěn)定。當IFFT輸入端的數(shù)據(jù) 同相時，其輸出就會產(chǎn)生很大的峰值，因此會造成過大的峰均比（PAPR)。
[0006] 無論是AC0-0FDM、DC0-0FDM，還是PAM-DMT，都存在PAPR過高的問題。PAPR過高 不但會提高對模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器線性范圍的要求，而且會使信號通過電路時容易進入非線 性區(qū)，從而導致信號失真，對系統(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過高導致的非線性效應更加嚴重。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)制信號特點，在時域信號對稱采樣位置上，信號幅 度相同，符號相反。將每組對稱時域信號中正值信號保留，負值信號置零。設(shè)定最大光信號 閥值為n。，當數(shù)據(jù)位大于η。時，將數(shù)據(jù)位乘以給定常數(shù)α進行削波，然后，將對稱位置信 號值由〇改為固定信號值flag作為標記位，從而達到降低PAPR的作用。
[0008] 技術(shù)方案：為實現(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)的每對時域信號經(jīng)過不對稱削波后，其中一位時域信號為數(shù)據(jù)位， 另一位時域信號為0 ;數(shù)據(jù)位為有效數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)位的有效數(shù)據(jù)值大于系統(tǒng)發(fā)射信號最大 允許的閾值η。時，將數(shù)據(jù)位時域信號削波為原時域信號值的 α倍，同時將另一位時域信 號由〇更改為固定值flag，從而達到降低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表示標記乘性削波操作的標記信號。
[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個子載波傳輸經(jīng)過調(diào)制的復數(shù)頻域符號 向量，具體為：信源產(chǎn)生的二進制信號經(jīng)過PAM(脈沖幅度調(diào)制）得到f-Ι個頻域符號，將 這些頻域符號作為f-Ι個復數(shù)頻域符號的虛部，將復數(shù)頻域符號的實部置0,得到復數(shù)頻 域符號向量
【主權(quán)項】
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)的每對時 域信號經(jīng)過不對稱削波后，其中一位時域信號為數(shù)據(jù)位，另一位時域信號為0 ;數(shù)據(jù)位為有 效數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)位的有效數(shù)據(jù)值大于系統(tǒng)發(fā)射信號最大允許的闊值n。時，將數(shù)據(jù)位時域信 號削波為原時域信號值的a倍，同時將另一位時域信號由0更改為固定值flag,從而達到 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表示標記乘 性削波操作的標記信號。
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個子載波傳輸經(jīng)過調(diào)制的復數(shù)頻域符號 向量，具體為；信源產(chǎn)生的二進制信號經(jīng)過PAM得到^-1個頻域符號，將該些頻域符號 作為^-1個復數(shù)頻域符號的虛部，將復數(shù)頻域符號的實部置0,得到復數(shù)頻域符號向量 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，為了得到實數(shù)時域信號進行可見光調(diào)制，頻域信號映射需要滿 足共輛對稱特性，即需要在子載波上根據(jù)下面公式進行頻域符號映射：
其中，X[n]表示第n個子載波攜帶的頻域信號，上標*表示取共輛； (3) 對頻域信號X[n]進行N點IFFT操作，得到時域信號x(k)如下：
其中，k表示時域符號的采樣時刻位置，X化）表示第k個時域信號； (4) 在步驟（3)獲得的時域信號中，每組對稱時域信號值[X化)，x(N-k)]的數(shù)值相同， 符號相反；對所有時域信號進行不對稱負值消除，得到非負實數(shù)時域信號X?；?；消除步驟 按照如下公式進行：
其中，Xt(k)為經(jīng)過不對稱負值削波后的第k個時域信號； (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。，對時域信號 X?；?，化=1，2,…，腳進行乘性削波；首先，當數(shù)據(jù)位信號值大于n擁，將該數(shù)據(jù)位信號 值乘Wa進行削波，并在對稱位置放置標記信號值flag;然后，將乘性削波后仍大于n。的 數(shù)據(jù)位信號值削減為n。;由此得到乘性削波后的第k組對稱信號[Xd?；?，Xde(N-k)]如下：
其中，flag取固定值0. 3ric; 做將經(jīng)過削波后的非負實數(shù)時域信號Xde= [X d。(0)，Xd。(1)，…，Xd。(N-1)]送往光通信 發(fā)射模塊，采用強度調(diào)制，將電信號轉(zhuǎn)換成光強度信號； (7) 在接收端，光電二極管將光強度信號轉(zhuǎn)換為時域電信號yde= [yde(〇)，yde(l)，… ，yde (N-1)]，分別針對每組對稱信號bde似，yde (N-k)]采用經(jīng)典的MAP進行信號檢測，通過 MAP檢測估計出該信號組合在步驟巧）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，由此恢復出經(jīng)過負值削波的時域信號y。;具體恢復操 作按如下步驟：當該組接收信號MAP檢測為情況（a)或化）時，數(shù)據(jù)不作變化；當屬于情況 (C)或（d)時，數(shù)據(jù)位除Wa，對稱位置接收信號即為標記化直接置零；當情況屬于（e)或 (f)時，數(shù)據(jù)位除Wa，對稱位置置零； (8) 在步驟（7)中得到的y。中，正值維持不變，對稱位置放置幅度相同且符號相反的 值，得到原始的時域信號檢測值y，并進行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 PAM解調(diào)獲得發(fā)送的二進制數(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)制信號的特點，首先將每組對稱時域信號中正值信號保留，負值信號置零。設(shè)定最大光信號閥值為ηc，當數(shù)據(jù)位大于ηc時，將數(shù)據(jù)位乘以給定常數(shù)α進行削波。然后，將對稱位置信號值由0改為預先設(shè)定的固定信號值作為標記位。系統(tǒng)接收端通過MAP檢測方法確定信號削波位置和標記位，最后根據(jù)發(fā)送端使用的乘性削波原則進行信號恢復，從而完成發(fā)送信號檢測。該方法通過乘性削波有效降低了發(fā)射光信號的PAPR，方法實現(xiàn)簡單，在抑制PAPR的同時提高了系統(tǒng)能量利用率，降低了系統(tǒng)對功放和發(fā)光二極管線性范圍的要求，減少了信號在電、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】CN104796195
【申請?zhí)枴緾N201510134897
【發(fā)明人】許威, 徐錦丹, 張華
【申請人】東南大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月25日