一種rof-ofdma下行鏈路中動態(tài)削峰方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種ROF?OFDMA下行鏈路中的動態(tài)削峰方法，通過設(shè)置削峰門限，將大于門限值的OFDMA信號的值設(shè)置為門限值，削峰之后的信號峰值就是門限值，然后將削峰之后的信號進行放大，達到系統(tǒng)允許的峰值，這時信號的平均功率就會得到大大的提高；在具體的運行時，如果削峰門限選擇的過大，平均功率提升較小，如果削峰門限值選擇過小，則信號線性度受到較大影響，系統(tǒng)性能下降嚴重，因此需要選擇一個合適的削峰門限；本發(fā)明通過仿真確定不同調(diào)制格式和不同子載波數(shù)目時的削峰門限，具有較強的適應(yīng)性，能夠適應(yīng)復(fù)雜的調(diào)制格式和不同數(shù)目的子載波個數(shù)。
【專利說明】
-種ROF-OFDMA下行鏈路中動態(tài)削峰方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，設(shè)及一種R0F-0FDMA下行鏈路中動態(tài)削 峰方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線通信及應(yīng)用的飛速發(fā)展下，用戶對無線接入的帶寬需求越來越高，目前的低 頻段的帶寬已遠遠不能滿足用戶的需求，因此需要采用更高頻段的無線接入技術(shù)，例如 60G化頻段有將近7G化帶寬，已成為目前研究的焦點。但是此頻段的信號在空氣中衰減大， 傳播距離短，如果采用傳統(tǒng)的蜂窩接入，需要部署大量的天線和基站。光纖的傳播損耗小， 傳播距離遠，因此可W考慮采用將光纖與無線融合的技術(shù)，利用光纖來傳輸射頻信號，其原 理如圖1所示。通過在CS(中屯、站)和RAU(遠端天線）間采用光纖傳輸射頻信號，可W有效擴 大CS和RAU間的傳輸距離，實現(xiàn)CS覆蓋范圍的增加。由于光載射頻(R0F)技術(shù)將基站和天線 分離，采用光纖將中屯、站與遠端天線連接起來，在中屯、站對遠端天線統(tǒng)一管理，運樣系統(tǒng)的 維護和升級就變得簡單。
[0003] 無線接入的頻譜資源寶貴，因此需要盡可能采用頻譜利用率高的調(diào)制格式，其中 正交頻分復(fù)用接入(0FDMA)技術(shù)已經(jīng)在LTE系統(tǒng)的下行鏈路中得到了廣泛的應(yīng)用。同時，雖 然基于光纖傳輸射頻信號的R0F技術(shù)有多種實現(xiàn)方法，但是從實現(xiàn)成本的角度，基于強度調(diào) 制加直接檢測（IM-DD)的R0F技術(shù)仍然是最佳的選擇。將0FDMA技術(shù)與基于IM-DD的R0F技術(shù) 相結(jié)合，得到的基于R0F傳輸0FDMA下行信號的系統(tǒng)框圖如圖2所示。圖中，在R0F發(fā)射端，電 吸收調(diào)制器化AM)實現(xiàn)對信號的強度調(diào)制，其輸出光功率與輸入的射頻信號幅度成線性關(guān) 系。在R0F接收端，光電轉(zhuǎn)換器(PD)實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，其輸出的射頻信號電流與輸入光信號功 率成線性關(guān)系，運樣PD探測得到的射頻信號電流就與進入EAM的射頻信號幅度成線性關(guān)系， 在阻抗匹配的條件下，ro之后的射頻信號幅度與進入EAM的射頻信號幅度成線性關(guān)系。
[0004] EAM調(diào)制器的輸入輸出關(guān)系如下：
[0005]
[0006] 其中，Ein(t)為輸入光，Eout(t)為輸出光，α為EM的調(diào)嗽系數(shù)，進入調(diào)制器的電信號 d(t)的表達式如下：
[0007] d(t) = (l-m)+mXS〇FDM(t)
[000引m為EAM的調(diào)制指數(shù)。運樣，EAM的輸出光功率變?yōu)椋?br>[0009] P〇ut = E〇ut(t) XE〇ut(t)* = Ein(t) XEin(t)*Xd(t) =Pind(t)
[0010]其中，Eout(t)哺Ein(t)*分另鳩Eout(t)和Ein(t)的共輛河w看郵AM的輸出光功率 與輸入電信號的功率的d(t)的幅度成正比。但是，在PD接收到的信號中，除了需要的射頻信 號SoFDM(t)外，還包含有一個直流信號，運個直流信號的幅度為1-m，為了保證(FDM交流信號 足夠大，需要保證m盡量大。m最大取值為0.5，(FDM射頻信號峰值最大為1。由于(FDM信號具 有很大的峰均比，會造成有用的射頻信號的功率很小，而且m越小，有用的射頻信號功率越 小。
[00川為了保證EAM的正常調(diào)制，需要保證進入EAM的射頻信號的幅度在(-1,1)之間，為 此可W使用(FDM信號的最大值進行歸一化。但是，由于(FDM信號具有較大的峰均比，歸一化 會導(dǎo)致信號的平均功率變得很小，圖3是歸一化之后的OFDM信號采用QPSK、16QAM和64QAM調(diào) 制格式時，系統(tǒng)性能與接收光功率的關(guān)系。圖中，標注為"理想"的曲線，指未加入R0F鏈路時 的0抑MA傳輸性能隨接收信噪比的變化。
[0012] 觀察圖3(a)中QPSK的性能曲線，可W發(fā)現(xiàn)如果不采用削峰，當接收光功率較低時， R0F鏈路中PD噪聲的影響嚴重，系統(tǒng)無法達到需要的誤碼率要求;為了達至IjFEC 口限要求的 3.8 Xl〇-3的誤碼率，需要提高接收光功率至-7地m。對于16QAM需要的接收光功率為-2地m， 而對于64QAM和256QAM，即使在-2dBm的接收光功率條件下系統(tǒng)性能也很差，很難達到3.8 X 1〇一3的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種R0F-0FDMA下行鏈路中動態(tài)削 峰方法，采用削峰的方法降低0FDMA信號的峰均比，實現(xiàn)對0FDMA信號的有效傳輸。
[0014] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明為一種R0F-0抑MA下行鏈路中動態(tài)削峰方法，其特征 在于，包括W下步驟：
[0015] (1)、對各用戶待傳輸?shù)男畔⑿蛄邪凑账峙涞恼{(diào)制格式和子載波個數(shù)η完成QAM 映射，得到每個子載波對應(yīng)的符號序列；
[0016] (2)、將11個符號序列同時進行0抑14調(diào)制，得到待發(fā)送的信號5畫(^;
[0017] (3)、根據(jù)子載波個數(shù)η和調(diào)制格式，計算出信號S〇?(t)的最大幅值Vo,并對信號 S〇FDM( t)進行歸一化，得到信號X (t);
[0018] (4)、在調(diào)制格式確定時，通過對不同子載波數(shù)的仿真結(jié)果進行擬合，確定出削峰 Π 限W;
[0019] w=aXl〇-Vb
[0020] 其中，a, b為常數(shù)，其取值由對應(yīng)的調(diào)制格式確定；
[0021] (5)、對信號X(t)按照削峰口限W進行削峰；
[0022]
[0023] 再對削峰后的信號進行歸一化處理，得到最終的輸出信號
[0024] 本發(fā)明的發(fā)明目的是運樣實現(xiàn)的：
[0025] 本發(fā)明為一種R0F-0FDMA下行鏈路中的動態(tài)削峰方法，由于0FDMA信號具有很大的 峰均比，信號的出現(xiàn)峰值的機率很小，當信號峰值達到系統(tǒng)允許的最大值時，信號的平均功 率很小，但是通過設(shè)置削峰口限，將大于口限值的0FDMA信號的值設(shè)置為口限值，削峰之后 的信號峰值就是口限值，然后將削峰之后的信號進行放大，達到系統(tǒng)允許的峰值，運時信號 的平均功率就會得到大大的提高。通過損失信號的一部分線性度，提高了信號的平均功率。 削峰口限選擇的過大，平均功率提升較小，口限值選擇過小，則信號線性度受到較大影響， 系統(tǒng)性能下降嚴重，因此需要選擇一個合適的削峰口限。本發(fā)明通過仿真確定不同調(diào)制格 式和不同子載波數(shù)目時的削峰口限，具有較強的適應(yīng)性，能夠適應(yīng)復(fù)雜的調(diào)制格式和不同 數(shù)目的子載波個數(shù)。
[00%] 同時，本發(fā)明一種ROF-OFDMA下行鏈路中動態(tài)削峰方法還具有W下有益效果：
[0027] (1)涵蓋了單一調(diào)制格式和不同調(diào)制格式混合使用的情況，覆蓋范圍廣，對實際使 用的OFDM信號具有很強的適應(yīng)性；
[0028] (2)本發(fā)明的方法選擇削峰口限簡單。根據(jù)子載波個數(shù)和調(diào)制格式擬合出削峰口 限公式，雖然不是最優(yōu)的削峰口限，但是能得到接近最優(yōu)的削峰口限，最終實現(xiàn)起來簡單， 用戶不需要查表來確定不同情況的削峰口限，直接將子載波個數(shù)帶入公式計算即可；
[0029] (3)本發(fā)明中可W實時的根據(jù)每帖數(shù)據(jù)的子載波個數(shù)和調(diào)制格式調(diào)整削峰口限， 實時性好，不會因為需要調(diào)整削峰口限而停止發(fā)送數(shù)據(jù)或者影響數(shù)據(jù)的傳輸。
【附圖說明】
[0030] 圖1是基于R0F的光纖與無線融合系統(tǒng)示意圖；
[0031] 圖2是R0F-0FDMA下行鏈路框圖；
[0032] 圖3是R0F鏈路中不同接收光功率的性能曲線；
[0033] 圖4是本發(fā)明一種R0F-0FDMA下行鏈路中動態(tài)削峰方法流程圖；
[0034] 圖5是QPSK削峰口限與子載波的關(guān)系及其線性擬合；
[0035] 圖6是削峰前后信號示意圖；
[0036] 圖7是不同削峰口限下系統(tǒng)性能曲線；
[0037] 圖8是射頻放大器輸入輸出電壓關(guān)系曲線；
[0038] 圖9是模擬域削峰實現(xiàn)框圖；
[0039] 圖10是數(shù)字域削峰系統(tǒng)框圖；
[0040] 圖11是QPSK削峰與不削峰的性能仿真結(jié)果圖；
[OOW 圖12是169施，649施，2569施，削峰前后的性能仿真結(jié)果圖。
[0042] 圖13是4QAM和16QAM混合調(diào)制時的性能仿真結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行描述，W便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地 理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在W下的描述中，當已知功能和設(shè)計的詳細描述也許 會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時，運些描述在運里將被忽略。
[0044] 實施例
[0045] 為了方便描述，先對【具體實施方式】中出現(xiàn)的相關(guān)專業(yè)術(shù)語進行說明：
[0046] (FDM(0;rthogonal Frequen巧 Division Multiplexing):正交頻分復(fù)用；
[0047] 0抑MA(0;rthogonal Frequenc^y Division Multiple Access):正交頻分多址接 入；
[004引 CS: (Central Station)中屯、站；
[0049] RAU: (Remote Antenna Unit)遠端天線單元；
[0050] R〇F(Radio Over Fiber):光載射頻；
[0化1] LTE: (Xong Term Evolution)長期演進；
[0化2] IM-DD: (Intensity Modulation-Direct Detection)強度調(diào)制-直接檢測；
[0化3] EAM:化lect;r〇-Abso;rption Modulator)電吸收調(diào)制器；
[0化4] PD： (Photo-Detector)；
[0055] QPSK(如a化a1:ure Phase Shift Keying):正交相移鍵控；
[0056] QAM(如a化a1:ure Ampli1:ude Modulation):正交幅度調(diào)制。
[0057]圖4本發(fā)明一種R0F-0FDMA下行鏈路中動態(tài)削峰方法流程圖。
[005引在本實施例中，如圖4所示，本發(fā)明一種R0F-0FDMA下行鏈路中動態(tài)削峰方法，包括 W下步驟：
[0059] S1、對各用戶待傳輸?shù)男畔⑿蛄邪凑账峙涞恼{(diào)制格式和子載波個數(shù)η完成QAM映 射，得到每個子載波對應(yīng)的符號序列；
[0060] 在本實施例中，參照LTE系統(tǒng)中的0FDMA信號，可使用的調(diào)制格式包括QPSK，4QAM， 16QAM，64QAM，256QAM，W及不同階數(shù)的QAM混合調(diào)制，如4QAM+16QAM混合調(diào)制等。
[0061 ] S2、將η個符號序列同時進行0FDMA調(diào)制，得到待發(fā)送的信號SoFDM(t);
[0062] S3、根據(jù)子載波個數(shù)η和調(diào)制格式，計算出信號SoFDM(t)的最大幅值Vo,再根據(jù)Vo對 信號SoFDM(t)進行歸一化，得到信號X(t);
[0063] S4、在調(diào)制格式確定時，通過對不同子載波數(shù)的仿真結(jié)果進行擬合，確定出削峰口 限W;
[0064] w=aXl〇-Vb
[0065] 其中，a，b為常數(shù)，其取值由對應(yīng)的調(diào)制格式確定；
[0066] 在本實施例中，WQPSK調(diào)制格式為例，通過仿真可W確認使用不同子載波數(shù)條件 下的最佳削峰口限如表1所示。
[0067] 表1是QPSK不同子載波數(shù)對應(yīng)的最佳削峰口限；
[006引
[0069] 表1
[0070] 同時，考慮到當削峰值在最佳削峰值附近時，都可W獲得接近最佳削峰值的性能， 因此可W對上述仿真結(jié)果進行更為簡單的線性擬合，如圖5所示。從圖5可W得到QPSK調(diào)制 方式下削峰口限與子載波個數(shù)的線性擬合公式，W=3.1 X 10-4η+0.030。
[0071] 同理也可W通過仿真加擬合的方法得到對應(yīng)16QAM，64QAM和256QAM的最佳削峰口 限列表及其擬合公式。
[0072] 16QAM的擬合公式：
[0073] W=3.9Xl〇-V〇.024
[0074] 64QAM的擬合公式：
[0075] W=3.12Xl〇-V〇.040
[0076] 256QAM的擬合公式：
[0077] W=2.68Xl〇-V〇.041
[0078] 當用戶使用混合調(diào)制格式時，由于高階調(diào)制格式對系統(tǒng)的線性度要求比低階的 高，對削峰口限的選擇也更加苛刻，因此削峰的時候可W采取調(diào)制階數(shù)最高的調(diào)制格式的 削峰規(guī)則作為當前的規(guī)則來選擇削峰口限，比如4QAM+16QAM可采用16QAM的削峰規(guī)則來選 擇削峰口限，運里不再重復(fù)。
[0079] S5、對信號X(t)按照削峰口限W進行削峰并歸一化；
[0080]
[0081] 其中，|x(t)|表示X(t)在t時刻的幅值;再對削峰后的信號進行歸一化處理，得到 最終的輸出信號X的。
[0082] 在本實施例中，如圖6給出了削峰口限W = 0.5的時候削峰前后的歸一化信號波形 圖，其中Vo表示未歸一化之前SoFDM(t)信號的峰值。很明顯，沒有削峰之前，進入EAM的歸一化 信號平均功率較小，而使用削峰并歸一化后信號的平均功率增加了 4倍。
[0083] 從圖6可W明顯看到，當削峰口限接近1的時候，歸一化之后系統(tǒng)平均功率提升很 小，系統(tǒng)性能較差;但是當削峰口限接近0的時候，大部分信號被削除，系統(tǒng)線性度很差，導(dǎo) 致系統(tǒng)性能也會變差，因此在(〇，1)之間存在一個最佳的削峰值。圖7繪制了在沒有削峰，削 峰口限過大、適中和過小幾種情況下的系統(tǒng)性能曲線，仿真中采用的調(diào)制格式為QPSK，接收 光功率設(shè)定在-17地m。
[0084] 圖7中可W看到削峰口限選的過大、過小時，系統(tǒng)性能都很差，而適中的削峰口限 可W顯著地提高系統(tǒng)的性能。由此可見，削峰口限的優(yōu)化選擇，是有效利用削峰的關(guān)鍵。
[00化]實例
[0086] 實現(xiàn)方法一:模擬域?qū)崿F(xiàn)削峰
[0087] 模擬域?qū)崿F(xiàn)削峰的關(guān)鍵是利用射頻放大器的飽和輸出特性，射頻放大器的輸入輸 出特性如圖8所示：
[0088] 圖8中輸入信號幅度為B點處于放大器的線性區(qū)間，因此被線性放大，對應(yīng)的輸出 信號幅度為C點；而A點處于放大器的飽和區(qū)間內(nèi)，因此經(jīng)過放大器之后，被削峰為放大器飽 和輸出信號幅度D點。
[0089] 模擬域?qū)崿F(xiàn)削峰的系統(tǒng)框圖如圖9所示，按照步驟S1-S5所述方法，得到最終的輸 出信號X的。
[0090] 實現(xiàn)方法二:數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)削峰
[0091] 由前面的討論可知，削峰的實質(zhì)是按照削峰口限值進行歸一化操作。一旦削峰口 限值確定，可W在數(shù)字域通過簡單的數(shù)學(xué)運算即可實現(xiàn)歸一化。
[0092] 數(shù)字域削峰系統(tǒng)框圖如圖10所示，按照步驟S1-S5所述方法，得到最終的輸出信號 刪。
[0093] 仿真驗證
[0094] 在本實施例中，如圖11所示，當調(diào)制格式為QPSK時，0FDMA-R0F系統(tǒng)中承載不同子 載波數(shù)目時，對削峰與未削峰的性能進行比較。其中，在仿真過程中，0FDMA-R0F系統(tǒng)接收的 光功率為-17地m，射頻鏈路的信噪比為10地時，削峰口限值由擬合曲線計算得到。通過和未 削峰時的誤碼率曲線對比，如果不進行削峰則系統(tǒng)不能正常工作，如果進行削峰可W使誤 碼率降到FECn限之下。因此，可W發(fā)現(xiàn)使用本發(fā)明提出的削峰口限選擇算法進行削峰之 后，系統(tǒng)的性能提升明顯。
[0095] 同理，對于16QAM，64QAM，256QAM，削峰前后的性能仿真結(jié)果如圖12所示：
[0096] 其中，圖12(a)、圖12(b)、圖12(c)的調(diào)制格式分別對應(yīng)16941、649施、2569施，圖12 中調(diào)制格式為16QAM、64QAM、256QAM時對應(yīng)的接收光功率分別為-7地m、-2地m、-2地m。從圖 中可W看出對于16QAM、64QAM、256QAM，本發(fā)明提出的削峰口限選擇算法同樣有效。
[0097] 對于不同調(diào)制格式混合的傳輸方式，通過削峰同樣可W獲得明顯的性能提升，如 圖13所示，一半用戶使用4QAM調(diào)制，如圖13(a)，一半用戶使用16QAM調(diào)制，如圖13(b)， 0FDMA-R0F系統(tǒng)中承載不同用戶數(shù)目時使用削峰與未使用削峰的性能比較。仿真中，接收光 功率為-7地m，削峰口限值的計算W16QAM調(diào)制為基準，再計算出削峰口限值。從圖中可W看 出，我們提出的削峰口限選擇算法對于調(diào)制格式混合使用的情況同樣也適用。
[0098] 盡管上面對本發(fā)明說明性的【具體實施方式】進行了描述，W便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù) 人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實施方式】的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，運些 變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。
【主權(quán)項】
1. 一種ROF-OFDMA下行鏈路中動態(tài)削峰方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 、對各用戶待傳輸?shù)男畔⑿蛄邪凑账峙涞恼{(diào)制格式和子載波個數(shù)η完成QAM映射， 得到每個子載波對應(yīng)的符號序列； (2) 、將η個符號序列同時進行0FDMA調(diào)制，得到待發(fā)送的信號S_M(t); (3) 、根據(jù)子載波個數(shù)η和調(diào)制格式，計算出信號SQFDM(t)的最大幅值V〇,再根據(jù)V對信號 S0FDM( t)進行歸一化，得到信號X(t); (4) 、在調(diào)制格式確定時，通過對不同子載波數(shù)的仿真結(jié)果進行擬合，確定出削峰門限 W； W=a X 10-4n+b 其中，a，b為常數(shù)，其取值由對應(yīng)的調(diào)制格式確定； (5) 、對信號X(t)按照削峰門限W進行削峰；其中，|X(t)|表示t時刻的幅值;再對削峰后的信號進行歸一化處理，得到最終的輸出 信號Α??。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種R0F-0FDMA下行鏈路中動態(tài)削峰方法，其特征在于，所述 的調(diào)制格式為QPSK或4QAM或16QAM或64QAM或256QAM或不同階數(shù)的QAM混合調(diào)制。 當調(diào)制格式為不同階數(shù)的QAM混合調(diào)制時，以QAM階數(shù)最高的調(diào)制格式為基準，再按照 步驟(4)所述方法，確定出削峰門限W。
【文檔編號】H04L27/26GK105871769SQ201610458103
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】張毛, 許渤, 邱昆
【申請人】電子科技大學(xué)