[发明专利]一种基于优化调幅的无线光传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于优化调幅的无线光传输方法，属于无线光通信系统设计领域。

背景技术

无线光通信由于其频谱资源丰富，通信安全性好，发射功率大，电磁辐射少等优势，近些年来已经成为通信领域研究的热点。无线光通信可以采用简单的开关键控调制(OOK)或脉冲调制(PPM)等方式实现。为了能够实现无线光通信的高速数据传输，降低符号间干扰(ISI)，在无线光通信中引入正交频分复用技术，通过将调制好的符号在正交的子载波上并行发送，可以提供高速数据传输，对抗多径效应。

在无线光通信中常使用强度调制/直接检测(IM/DD)，因此无线光通信中OFDM调制后的时域发射信号需要保证为实值的正信号。目前有两种比较常用的光通信OFDM方法，直流偏置光OFDM(DCO-OFDM)和非对称削峰光OFDM(ACO-OFDM)。ACO-OFDM只在奇数子载波上传输调制符号，偶数子载波不发送符号，将经过IFFT得到的时域信号的负数部分丢弃，只保留正值部分。这样既能保证发送的时域信号是正的实信号，又能降低发射功率，节约资源，但是频率利用率较低，N个子载波只能发送N/4个符号，这种方法以牺牲数据速率为代价避免了加入直流偏置的功率损耗。DCO-OFDM即在经过OFDM调制后的时域发射信号上加入直流偏置，使得信号变为正值，这种方法实现简单，频率利用率高，但是增加了直流功耗。

一方面，与射频(RF)通信中的OFDM系统类似，无线光通信中的OFDM系统也存在着信号峰均功率比过高的问题。在无线光通信中，PAPR偏高会对发射机端功放的线性度提出很高的要求，此外，由于LED灯本身也存在着有限的线性范围，因此高PAPR会由于LED的非线性特性产生非线性失真，从而严重降低系统的整体性能。限幅(clipping)是RF通信中一种常用的降低系统PAPR的方法，实现简单，并且可以有效的降低系统的PAPR。通过不断降低限幅门限，可以不断的降低系统的PAPR，但是过多的限幅也将带来严重的限幅噪声，造成系统接收性能的下降。另一方面，无线光通信与射频通信不同，射频通信发射信号的交流功率是受限的，而光通信由于其需要同时实现照明和通信两个功能，因此主要的发射限制是光照强度。根据发光元件的特性，光强度与信号平均幅度成正比。因此对于采用在交流时域信号上叠加直流偏置的DCO-OFDM系统来说，发射端受限制的是直流发射功率，而交流信号可以进行一定程度的缩放。光通信中一种常用的方法是根据系统的线性范围，将所有交流信号缩放至恰好能够充满最大线性范围，来充分利用系统动态范围，改善系统性能，即无失真调幅。

由于在一个OFDM符号中，幅度很大的采样点出现的概率很小，因此如果适当加大调幅缩放的系数，使得即使有一小部分时域信号超出了系统的线性范围，所造成的损失很小，可以完全由增加的信号功率来抵消。本发明考虑通过在允许一定的限幅噪声的情况下优化调幅缩放系数，来实现无线光通信的高效发射。

发明内容

本发明提出了一种基于优化调幅的无线光传输方法，通过在允许一定的限幅噪声的情况下优化调幅缩放系数，来实现无线光通信的高效发射。

本发明采用的技术方案是一种基于优化调幅的无线光传输方法，该方法包括以下步骤：

1)在发射端，无线光通信OFDM系统的子载波数为N，信源产生的二进制数据源经过多进制正交幅度调制(M-QAM)，形成待发送的频域信号S＝[S₀,…,S_N/2-1]；

2)为了满足无线光通信基带信号为实值，无线光通信系统中OFDM调制的子载波映射按照下面公式进行，满足共轭对称性：

其中(·)^*表示取复数共轭；

3)频域信号经过N点的IFFT后转为实值的时域OFDM信号如下：

其中为虚数单位；

4)对经过IFFT后获得的时域发射信号进行平均功率归一化，则有

5)根据不同的信道特征，以及发射端的线性范围，在存在限幅噪声的条件下，优化调幅系数α，使得系统总容量最大；求得优化的调幅系数后，对时域信号进行缩放；

6)系统发射端的动态范围记为[0,2A]，将经过调幅缩放后的时域信号αx(n)通过最大幅度为A的限幅器，限幅后的时域发射信号y(n)满足：

7)将经过限幅后的时域信号加上直流偏置，即y_dc(n)＝y(n)+B，其中B为直流偏置的大小，由于时域信号的对称性，取直流偏置B＝A；加上直流偏置后的信号驱动LED将电信号转换为光信号发射；