[发明专利]一种拥有低峰均功率比的无线光正交多载波通信方法

摘要

本发明公开了一种拥有低峰均功率比（PAPR）的无线光正交多载波通信方法，按如下步骤进行在发射端，首先调制后的频域符号采用音调注入（TI）算法，用松弛法转化为半正定规划凸优化问题，通过通用凸优化和随机化方法求解；其次，频域信号共轭对称的映射在子载波上，经过反快速傅里叶变换后添加循环前缀；最后，时域发射信号加入直流偏置驱动发光二极管发射。在接收端，光电二极管实现光电转换；信号经放大滤波，模数转换，快速傅里叶变换后移除循环前缀和共轭对称部分；对信号取模将其恢复在原星座图中；最后解调得到接收符号。本发明能够有效降低无线光通信OFDM系统的PAPR，降低对功率放大器和LED线性度的要求，减小非线性失真，提高接收性能。

主权项

一种拥有低峰均功率比的无线光正交多载波通信方法，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，形成待发送的频域信号2)根据音调注入方法，将原有星座点扩展，使得频域发送信号变为其中Ck＝pkDk+jqkDk被称为注入的音调，pk∈{0,‑sgn(Rk)}，qk∈{0,‑sgn(Ik)}，Rk＝Re{Xk}，Ik＝Im{Xk}，Mk表示QAM信号星座的大小，标量因子ρ≥1，Δk表示符号间的最小距离，pk，qk的值根据经典TI方法选取，sgn()表示取符号，Re{·}、Im{·}分别表示取信号实部和虚部；3)为了满足无线光通信，使得基带信号为实值，令Yk,k＝0,1,...,N‑1表示经过子载波映射后的频域发射信号，无线光通信OFDM中子载波映射按照下面公式进行，满足共轭对称性：Yk=Re(X‾0),k=0X‾k,k=1,...,N2-1Im(X‾0),k=N2X‾N-k*,k=N2+1,...,N-1]]>4)频域信号经过N点的反快速傅里叶变换后转为实值的时域OFDM信号如下：yn=1NΣk=0N-1Ykej2πkn/N=2NΣk=0N2-1Re{X‾kej2πkn/N}+Kn,]]>其中通常OFDM系统中直流部分设置此时对应Kn＝0；5)重新映射时域信号功率为：yn2=4N[Σk=0N/2-1Re{(Rk+jIk+pkDk+jqkDk)ej2πkn/N}]2=4NrTSnr,]]>其中Rk＝Re{Xk}，Ik＝Im{Xk}，r＝[1 pT qT]T，p＝[p0 … pN/2‑1]T，q＝[q0 … qN/2‑1]T，是需要优化的目标向量，Sn,n＝0,…,N‑1是与发射信号有关的(N+1)×(N+1)的已知矩阵；定义如下向量和矩阵：R＝[R0 … RN/2‑1]T，I＝[I0 … IN/2‑1]T，cosn=cos2π0n/N...cos2π(N2-1)n/N,]]>sinn=sin2π0n/N...sin2π(N2-1)n/N,]]>D＝diag[D0 … DN/2‑1]，bpn＝Dcosn(RTcosn‑ITsinn)，bqn＝‑Dsinn(RTcosn‑ITsinn)，Appn＝Dcosn(Dcosn)T，Aqqn＝Dsinn(Dsinn)T，Apqn＝‑Dcosn(Dsinn)T，Aqpn＝‑Dsinn(Dcosn)T，cn＝(RTcosn‑ITsinn)2，则音调注入算法的目标即可以转换成最小化6)需要决定的向量r中的元素原本可以取{0，±1}，为了方便后续步骤的处，理定义新的变量将TI算法问题等效为其中：S~n=ATSnA+ATSnb0N+1,N+bTSnA0N,N+1+bTSnb01,N0N,10N,N,A=diag112sgn(R)T12sgn(I)T,b=1-12sgn(R)T-12sgn(I)TT;]]>7)令则R是元素仅包含±1并且对角线元素为+1的一个秩为1的方阵，进一步将秩为1这个条件松弛为R是半正定的，松弛后的问题转化为标准半正定规划SDP凸优化问题：其中min表示最小化，s.t.表示优化问题的约束条件；8)使用通用凸优化工具箱CVX解得半正定矩阵R，采用随机化方法将R特征值分解，选取其最大的特征值λmax和对应的特征向量u，则中各个元素取值的概率为Pr{r＝r0}表示r＝r0的概率，按照这个概率分布随机产生多组候选向量，选择使得目标函数最小的候选向量作为最优解从而计算最终的p，q以及最终发射信号9)将经过TI运算后的信号依次经过共轭映射，N点快速傅里叶变换，加上循环前缀得到时域发送信号，将时域信号经过功率放大器以及数模变换器，送往光通信发射模块，加入直流偏置后驱动LED灯发射；10)在接收端，光电二极管将光信号转换为时域电信号，经过放大、滤波处理后，通过模数转换模块，作N点傅里叶变换后去除循环前缀，得到频域接收信号11)频域接收信号经过对Dk取模的模块，将接收信号星座点限制在未扩展的M‑QAM星座图中，得到最后进行解调，获得最终的接收符号。