[发明专利]一种用于无线光通信系统的幅相OFDM调制方法

说明书

本发明公开了一种用于无线光通信系统的幅相OFDM调制方法，称为幅度相位光学OFDM(MPO‑OFDM)。在这种方法中，不需要OFDM调制器的输入端的Hermitian对称数据来生成实信号。取而代之的是，常规复数值OFDM信号的幅度和相位分量来连续发送。MPO‑OFDM对所发送的相位信息进行量化，并使用M阶脉冲幅度调制(M‑PAM)进行编码发送。使用M‑PAM，可以有效减小加性噪声对相位分量的影响。本发明在此基础上优化了控制发射信号幅度的调制系数，从而使得幅度分量的信噪比(SNR)最大化。与DCO，ACO，U‑OFDM和基于极性的OFDM相比，本发明所提出的MPO‑OFDM可以提供更好的误码率(BER)性能。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种幅相OFDM调制方法。

背景技术

近年来，自由空间光通信，可见光通信和红外通信等强度调制和直接检测(IM/DD)通信系统近来引起了很多研究关注。使用发光二极管(LED)或激光二极管(LD)作为发送器，IM/DD光学系统具有优于比率-频率(RF)通信的许多优点，包括高保密性，高数据速率，低功耗和无频谱调节。然而，由于IM/DD过程中要求发送和接收的信号必须为非负实数，因此在此类通信系统中进行信号调制时需要对调制方式进行设计。

由于使用IM/DD系统时需要传输非负的实数信号，因此常规的OFDM无法直接应用于IM/DD系统。现有研究成果已经提出了一些针对无线光通信系统的OFDM改进技术，这些系统使用具有Hermitian对称性的调制信号为基础，从而直接生成实数信号。同时，为了将双极性实数OFDM信号转换为单极性，经常采用直流偏置的光学OFDM(DCO-OFDM)。在DCO-OFDM中，添加的DC偏置通常是峰值发射功率的一半。但是，由于DC偏置需要增加额外的发射功率，且由于直流信号的偏移，具有峰值功率约束的光源则会引入更多的信号截断失真。进一步，一些研究人员提出了不对称限幅的光学OFDM(ACO-OFDM)，ACO-OFDM仅对奇数频率的子载波进行调制，从而达到生成单极性OFDM信号的目的，然而，这种算法的带宽利用效率较低。结合ACO-OFDM与脉冲位置调制，一些研究人员提出了一种称为分数反极性光学OFDM的技术，该技术在可见光通信应用中考虑了调光控制。单极性OFDM(U-OFDM)(也称为Flip-OFDM)是近期提出的新型OFDM调制算法，通过在两个时隙中连续发送双极性原始信号的正负部分来生成单极性信号，从而避免增加直流偏置。但是，由于使用了额外的信号时隙，当传输相同的OFDM符号速率时，U-OFDM所需的带宽是DCO-OFDM的两倍。

现有的产生单极性实数OFDM信号的算法往往需要针对具有Hermitian对称性的信号进行调制，从而降低了频谱利用率。而采用DCO-、ACO-、以及U-OFDM的算法在构造了具有Hermitian对称性的调制信号的基础上，又分别增加了直流偏置、采用更少的子载波、增加传输时隙等方式避免了发射双极性OFDM信号。从而导致系统的功率使用率与频谱利用率进一步降低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于无线光通信系统的幅相OFDM调制方法，称为幅度相位光学OFDM(MPO-OFDM)。在这种方法中，不需要OFDM调制器的输入端的Hermitian对称数据来生成实信号。取而代之的是，常规复数值OFDM信号的幅度和相位分量来连续发送。MPO-OFDM对所发送的相位信息进行量化，并使用M阶脉冲幅度调制(M-PAM)进行编码发送。使用M-PAM，可以有效减小加性噪声对相位分量的影响。本发明在此基础上优化了控制发射信号幅度的调制系数，从而使得幅度分量的信噪比(SNR)最大化。与DCO，ACO，U-OFDM和基于极性的OFDM相比，本发明所提出的MPO-OFDM可以提供更好的误码率(BER)性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1：信号发射机设计；