本發(fā)明屬于光纖通信和信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及光OFDM系統(tǒng)降低PAPR。

背景技術(shù)：

光正交頻分復用(OOFDM)作為一種新型多載波調(diào)制技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢成為近年來光通信領(lǐng)域的研究熱點之一，尤其是相干光正交頻分復用(CO-OFDM)系統(tǒng)，在頻譜效率、接收機靈敏度、及抗色散性上體現(xiàn)的優(yōu)越性，使其成為未來實現(xiàn)高速率、大容量、遠距離光纖通信的重要解決方案。峰值平均功率比(PAPR)較高是OOFDM系統(tǒng)的主要缺點之一，高PAPR不僅會增加系統(tǒng)復雜度、提高系統(tǒng)成本，還會影響光纖的非線性。目前，許多降低PAPR的方法已經(jīng)被提出，比如限幅法、壓擴變換法、選擇映射法(SLM)、部分傳輸序列法(PTS)、酉變換法等。

酉變換法降低信號PAPR的原因是通過降低信號的非周期自相關(guān)性。酉變換法中，哈達碼(Hadamard)變換矩陣、離散余弦變換(DCT)矩陣為常用的酉變換矩陣。μ律壓擴變換由語音信號的μ律壓擴思想轉(zhuǎn)化而來，對小幅度信號進行擴張，大幅度信號進行壓縮。還有許多關(guān)于酉變換法和壓擴變換法相結(jié)合的研究。比如：Hadamard變換結(jié)合μ律壓擴變換、DCT變換結(jié)合μ律壓擴變換等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是采用快速哈達碼變換(FHT)結(jié)合改進的μ律壓擴變換來對CO-OFDM系統(tǒng)PAPR和誤碼率(BER)性能進行聯(lián)合優(yōu)化，最終實現(xiàn)PAPR性能、計算復雜度和誤碼率性能的折中。是在信號映射后，先進行FHT運算，F(xiàn)HT運算是用來改變映射信號的非周期自相關(guān)性而降低CO-OFDM信號PAPR，同時算法復雜度低。在IFFT運算后再對信號進行改進的μ律壓擴變換，進一步降低CO-OFDM信號的PAPR，改進的μ律壓擴變換是一個重復壓擴濾波的過程。在CO-OFDM系統(tǒng)接收端分別進行壓擴反變換和FHT反變換，恢復CO-OFDM信號。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

基于FHT和改進的μ律壓擴變換抑制光OFDM系統(tǒng)PAPR的方法，通過射頻OFDM發(fā)射機模塊對基帶信號的處理；通過射頻至光上變換器利用IQ調(diào)制器將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?；?jīng)過光纖鏈路傳輸?shù)墓釵FDM信號，在光至射頻下變換器中利用相干檢測技術(shù)實現(xiàn)光信號到電信號的轉(zhuǎn)變；通過射頻OFDM接收機對電信號進行與發(fā)射機相反的變換。

基于FHT和改進的μ律壓擴變換抑制光OFDM系統(tǒng)PAPR的方法，步驟如下：

步驟1：輸入的高速串行數(shù)據(jù)流經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換變?yōu)镹路低速的并行數(shù)據(jù)流，對每路數(shù)字信號采用QPSK方式進行映射生成復值信號；

步驟2：對生成的復值信號進行FHT運算，用來降低信號的PAPR；

步驟3：再對信號進行IFFT運算，用來完成OFDM復數(shù)等效基帶信號的調(diào)制；

步驟4：IFFT運算后再對信號進行改進的μ律壓擴變換；

步驟5：添加循環(huán)前綴，以避免信號不同步和信道色散所引起的符號間干擾；

步驟6：進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將離散的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成連續(xù)的模擬信號；

步驟7：進行電光調(diào)制；

步驟8：光信道傳輸；

步驟9：在接收端部分，采用相干檢測的方法進行光信號的檢測。

進一步的，步驟4中，改進的μ律壓擴變換為一個重復壓擴濾波的過程，具體操作如下：先使用μ律壓擴函數(shù)對信號進行壓擴處理；之后，再經(jīng)過FFT運算將信號變換到頻域進行頻域濾波，然后再通過IFFT運算返回時域，以上過程為進行一次壓擴濾波；這個過程需要重復進行m次，m為最大重復次數(shù)，μ律壓擴變換是在發(fā)送端放大小幅度信號和壓縮大幅度信號。

進一步的，步驟7中，電光調(diào)制是用兩個MZM組成光IQ調(diào)制器來完成復值OFDM信號的實虛兩部分從電域變換到光域上，每個MZM分別由OFDM信號的實部和虛部來驅(qū)動。

進一步的，步驟9中，是將光OFDM信號轉(zhuǎn)換成電OFDM信號后，電OFDM信號通過低通濾波器進行濾波，接著進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，去掉循環(huán)前綴，然后進行m次解壓擴變換；接著進行FFT運算，IFHT運算，經(jīng)過IFHT后的數(shù)字信號將逆映射為與發(fā)送端對應的QPSK星座點并作相應的解調(diào)，得到的N路并行數(shù)字信號通過并/串變換轉(zhuǎn)換成原始的二進制串行數(shù)字信號。

本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是：

將傳統(tǒng)的Hadamard變換和μ律壓擴變換先進行改進，然后再進行級聯(lián)。FHT運算的計算復雜度要比Hadamard變換的低很多，改進的μ律壓擴變換可以對峰均比性能和誤碼率性能進行聯(lián)合優(yōu)化，在降低信號PAPR的同時對信號BER性能進行控制，并在重復過程中消除由信號畸變導致的帶外頻譜再生。在對信號進行完FHT運算后，信號的PAPR下降一部分，再對信號進行改進的壓擴變換時，對信號的預失真就不會很嚴重，這樣在接收端進行反變換時，信號的恢復比較理想。所提出的方法比單獨采用其中一種方法的PAPR性能要好，且綜合性能優(yōu)于傳統(tǒng)的SLM、PTS方法。

附圖說明

圖1為改進的μ律壓擴變換框圖。

圖2為所提方法的CO-OFDM系統(tǒng)框圖，其中，m為重復壓擴濾波的次數(shù)。

圖3為不同方法的互補累積分布函數(shù)(CCDF)曲線。

圖4為所提方法與選擇性映射、部分傳輸序列法的CCDF曲線比較圖。

圖5為所提方法和單獨的改進的壓擴濾波的誤碼率圖。

圖6為所提方法和選擇性映射、部分傳輸序列法的誤碼率圖。

附表說明

表1為所提方法、選擇性映射、部分傳輸序列法的復雜度對比表。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的具體說明：

實施例：

所提方法的CO-OFDM系統(tǒng)框圖，如圖2所示。射頻OFDM發(fā)射機模塊主要是對基帶信號的處理，包括串并轉(zhuǎn)換、子載波映射、快速哈達碼變換、改進的μ律壓擴變換、逆快速傅里葉變換、加循環(huán)前綴、以及數(shù)模轉(zhuǎn)換等。射頻至光上變換器是利用IQ調(diào)制器將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘枴＝?jīng)過光纖鏈路傳輸?shù)墓釵FDM信號，在光至射頻下變換器中利用相干檢測技術(shù)實現(xiàn)光信號到電信號的轉(zhuǎn)變。射頻OFDM接收機對電信號進行與發(fā)射機相反的變換。射頻OFDM發(fā)送機和接收機的工作利用matlab軟件實現(xiàn)，射頻至光上變換器、光信道和光至射頻下變換器部分則由optisystem軟件完成。

該實施例的工作分析：

步驟1：輸入的高速串行數(shù)據(jù)流經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換變?yōu)镹路低速的并行數(shù)據(jù)流，對每路數(shù)字信號采用QPSK方式進行映射生成復值信號。

步驟2：對生成的復值信號進行FHT運算，用來降低信號的PAPR。在理論上，F(xiàn)HT就是將哈達碼矩陣分解為稀疏矩陣的乘積，具體實現(xiàn)和FFT類似，采用蝶形變換，只是沒有乘法運算。相對于Hadamard變換來說，快速算法可以減少運算量。

步驟3：再對信號進行IFFT運算，用來完成OFDM復數(shù)等效基帶信號的調(diào)制。

步驟4：IFFT運算后再對信號進行改進的μ律壓擴變換。改進的μ律壓擴變換為一個重復壓擴濾波的過程，具體操作如下：先使用μ律壓擴函數(shù)對信號進行壓擴處理；之后，再經(jīng)過FFT運算將信號變換到頻域進行頻域濾波，然后再通過IFFT運算返回時域，以上過程為進行一次壓擴濾波。這個過程需要重復進行m次，m為最大重復次數(shù)。μ律壓擴變換是在發(fā)送端放大小幅度信號和壓縮大幅度信號。該步驟過程參見附圖1。

步驟5：添加循環(huán)前綴。循環(huán)前綴是將OFDM符號尾部的一部分子載波數(shù)據(jù)復制到OFDM符號的前面，形成前綴，以避免信號不同步和信道色散所引起的符號間干擾。

步驟6：進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。數(shù)模轉(zhuǎn)換是將離散的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成連續(xù)的模擬信號。

步驟7：進行電光調(diào)制。電光調(diào)制是用兩個MZM組成光IQ調(diào)制器來完成復值OFDM信號的實虛兩部分從電域變換到光域上，每個MZM分別由OFDM信號的實部和虛部來驅(qū)動。

步驟8：光信道傳輸。

步驟9：在接收端部分，采用相干檢測的方法進行光信號的檢測。將光OFDM信號轉(zhuǎn)換成電OFDM信號后，電OFDM信號通過低通濾波器進行濾波，接著進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，去掉循環(huán)前綴，然后進行m次解壓擴變換。接著進行FFT運算，IFHT運算，經(jīng)過IFHT后的數(shù)字信號將逆映射為與發(fā)送端對應的QPSK星座點并作相應的解調(diào)，得到的N路并行數(shù)字信號通過并/串變換轉(zhuǎn)換成原始的二進制串行數(shù)字信號。

圖3為不同方法的互補累積分布函數(shù)(CCDF)曲線。由圖3可以看出：本發(fā)明可以有效的降低CO-OFDM系統(tǒng)的PAPR，并且隨著重復次數(shù)m的增加，降低效果越明顯。

圖4為所提方法與選擇性映射、部分傳輸序列法的CCDF曲線比較圖。由圖4可以看出：本發(fā)明在m＝1,μ＝1時，降低PAPR效果和選擇性映射(D＝8)、部分傳輸序列(V＝8)接近；在m＝3,μ＝1時，降低PAPR效果比比二者要好。

圖5為所提方法和單獨的改進的壓擴濾波的誤碼率圖。由圖5可以看出：單獨采用改進的μ率壓擴變換和采用本發(fā)明的誤碼率性能相當，也就是說，快速哈達碼變換對系統(tǒng)誤碼率沒有影響。

圖6為所提方法和選擇性映射、部分傳輸序列法的誤碼率圖。由圖6可以看出：本發(fā)明的誤碼率性能和選擇性映射法的類似，比部分傳輸序列法略差。

表1為所提方法、選擇性映射、部分傳輸序列法的復雜度對比表。由表1可以看出：各種方法在降低PAPR效果類似的情況下，本發(fā)明的計算復雜度最低；在計算復雜度類似的情況下，本發(fā)明降低PAPR效果最好。

表1

應當明確的是，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，按本發(fā)明構(gòu)思所做出的顯而易見的改進和修飾都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。