一種cdma結(jié)合aco-ofdm的光多載波碼分多址系統(tǒng)通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及碼分多址和光多載波調(diào)制結(jié)合的光無(wú)線通信系統(tǒng)，尤其是涉及碼分多 址和非對(duì)稱限幅光正交頻分復(fù)用結(jié)合的光多載波碼分多址系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著用戶對(duì)實(shí)時(shí)寬帶無(wú)線數(shù)據(jù)需求的不斷增大，傳統(tǒng)的射頻（Radio Frequency，RF)接入技術(shù)存在著頻譜資源稀缺，安全性差，嚴(yán)重的電磁干擾和巨大的能耗等 不足。光無(wú)線通信（Opticalwirelesscommunication, 0WC)可以提供巨大的頻譜資源， 無(wú)需頻譜許可，無(wú)電磁干擾和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是RF很有前景的互補(bǔ)型接入技 術(shù)。
[0003] 碼分多址（CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)作為第三代移動(dòng)通信 (3rd-Generation，3G)的核心技術(shù)，具有多址接入能力強(qiáng)、抗窄帶噪聲性能好、抗多徑衰落 能力強(qiáng)和保密性好等優(yōu)點(diǎn)，但是無(wú)線技術(shù)存在的高頻譜效率要求和嚴(yán)重頻率選擇性衰落兩 個(gè)方面，CDMA技術(shù)如何應(yīng)對(duì)這兩個(gè)挑戰(zhàn)成為下一代多址接入技術(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。正交頻分復(fù) 用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)是一類多載波調(diào)制技術(shù)，在抗 多徑效應(yīng)引起的碼間串?dāng)_方面有其固有優(yōu)勢(shì)，非常適合高速無(wú)線數(shù)據(jù)通信。多載波碼分多 址（MultiCarrier-CodeDivisionMultipleAccess，MC_CDMA)是將CDMA和OFDM相結(jié)合 的技術(shù)，具有抗窄帶噪聲干擾、多徑效應(yīng)引起的碼間干擾等方面的優(yōu)勢(shì)，并具有頻率分集的 特點(diǎn)。
[0004] 早在 1993 年文獻(xiàn)[1] "Multi-carrierCDMAinindoorwirelessradio networks^. (N.Yee,J.P.Linnarz,G.Fettweis.ProceedingsIEEEInternational SymposiumonPersonal,IndoorandMobileRadioCommun. [C]，1993，pp. 109-113)就提 出了MC-CDMA技術(shù)方案，參見(jiàn)圖1所示其基本原理是：在發(fā)送端，設(shè)有U個(gè)用戶同時(shí)發(fā)送信 息，其中第u個(gè)用戶輸入的信息符號(hào)為au(k)，k表示第k個(gè)符號(hào)間隔，au(k)以等概率取值 于±1，TS為信息符號(hào)周期。au(k)首先輸入到一個(gè)復(fù)制器，其輸出為N路并行的au(k)復(fù)制 的符號(hào)；然后N路并行符號(hào)和第u個(gè)用戶的長(zhǎng)為N的正交擴(kuò)頻序列Cu按照對(duì)應(yīng)位（Chip)相 乘，并行輸出的N長(zhǎng)符號(hào)序列再進(jìn)行載波調(diào)制，調(diào)制子載波的頻率間隔為F/Ts，其中F是整 數(shù)，因此各個(gè)子載波間是正交的且包含了擴(kuò)頻序列符號(hào)；最后將并行的N路調(diào)制信號(hào)相加， 作為第u個(gè)用戶的輸出信號(hào)su(t)。通常每路子載波信號(hào)間是獨(dú)立的，所以其和信號(hào)su(t) 是一個(gè)復(fù)信號(hào)。經(jīng)過(guò)信道傳輸后，在接收端收到的信號(hào)r(t)是U個(gè)用戶信號(hào)的混合信號(hào)。 參見(jiàn)圖2所示，信號(hào)r(t)經(jīng)過(guò)解調(diào)器后輸出N路子載波信號(hào)，每一路信號(hào)再乘以一個(gè)合并 因子后將N路信號(hào)分別經(jīng)過(guò)低通濾波器（LowPassFilter，LPF)，輸出的基帶信號(hào)相加，然 后抽樣后產(chǎn)生第k個(gè)符號(hào)的判決變量bu。在實(shí)際的系統(tǒng)中調(diào)制解調(diào)可以使用逆快速傅里葉 變換/快速傅里葉變換（IFFT/FFT)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0005] 自MC-CDMA提出后，學(xué)者們對(duì)其在RF系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了大量研宄。但是在光無(wú) 線通信系統(tǒng)中研宄應(yīng)用MC-CDMA技術(shù)的文獻(xiàn)較少，主要有以下相關(guān)研宄：
[0006] (1)國(guó)內(nèi)西安電子科技大學(xué)的欒英姿在參考文獻(xiàn)[2] "MC-CDMAforoptical wirelesscommunications"（Y.Luan,G.Jiang,andJ.Li.Proc.SPIE6021，Optical Transmission，Switching，andSubsystemsIII[C]，2005，pp.60210Z-60210Z_8)中提出 在光無(wú)線通信系統(tǒng)中應(yīng)用MC-CDMA技術(shù)，設(shè)計(jì)了在上行鏈路時(shí)采用解相關(guān)-并行干擾抵消 (DEC-PIC)技術(shù)進(jìn)行多用戶檢測(cè)的系統(tǒng)模型，給出了計(jì)算信干噪比的公式。
[0007] (2)泰國(guó)學(xué)者M(jìn)uhammadZubairFarooqui，PoompatSaengudomlert在參考文獻(xiàn) [3]"TransmitpowerreductionthroughsubcarrierselectionforMC-CDMA-based indooropticalwirelesscommunicationswithIM/DD"(EurasipJournalonWireless CommunicationsAndNetworking[J], 2013:138)中研宄在下行鏈路中，強(qiáng)度調(diào)制/直接檢 測(cè)（IntensityModulationDirectDetection，IM/DD)系統(tǒng)中通過(guò)子載波選擇來(lái)減少平均 發(fā)送功率的方法。
[0008] (3)英國(guó)學(xué)者F.E.Alsaadi,J.M.Elmirghani在參考文獻(xiàn)[4] "MC-CDMAIndoor OpticalWirelessSystem" （2007IEEEGlobalTelecommunicationsConference[C]， 2007, pp.2455-2460)，參考文獻(xiàn)[5]"MobileMC-CDMAopticalwirelesssystem employinganadaptivemultibeamtransmitteranddiversityreceiversinareal indoorenvironment"（IEEE2008InternationalConferenceonCommunications[C]， 2008, pp. 5196-5203)，參考文獻(xiàn)[6]"AdaptiveMobileLineStripMultibeam MC-CDMAOpticalWirelessSystemEmployingImagingDetectioninaRealIndoor Environment"（IEEEJournalonSelectedAreasInCommunications[J]，2009， vol. 27,no. 9,pp. 1663-1675)中研宄在不同的室內(nèi)信道環(huán)境下，采用不同的檢測(cè)技術(shù)分析 了光MC-CDMA的系統(tǒng)性能。
[0009] 在光無(wú)線通信系統(tǒng)中，通常采用頂/DD調(diào)制方式，即就是信號(hào)直接調(diào)制發(fā)送端的 非相干發(fā)光二極管（Light-EmittingDiode，LED)的強(qiáng)度（而非幅度），那么就需要驅(qū)動(dòng)LED 的信號(hào)是非負(fù)實(shí)數(shù)信號(hào)。但是在參考文獻(xiàn)[2,3]中，研宄應(yīng)用于光無(wú)線通信的MC-CDMA系 統(tǒng)時(shí)，CDMA和傳統(tǒng)的OFDM相結(jié)合，那么MC-CDMA系統(tǒng)輸出信號(hào)是一個(gè)復(fù)信號(hào)，如果直接用于 驅(qū)動(dòng)LED時(shí)，信號(hào)的相位信息將丟失掉。在參考文獻(xiàn)[4,5,6]中MC-CDMA輸出信號(hào)同樣是 復(fù)信號(hào)，文中提出在發(fā)送端用兩個(gè)LED分別來(lái)傳送復(fù)信號(hào)的實(shí)部和虛部。但是在IM/DD系 統(tǒng)中接收端直接檢測(cè)時(shí)，在光電檢測(cè)器（Photodiode，PD)中要將載荷實(shí)部和虛部信息的兩 路光信號(hào)同步分離將很難實(shí)現(xiàn)。此外，兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)信道傳輸后再合并，恢復(fù)的復(fù)信號(hào)所受 到的加性噪聲干擾將是一路傳輸信號(hào)的兩倍。
[0010] 另一方面，在參考文獻(xiàn)[2, 3, 4, 5, 6]中都假設(shè)發(fā)送端的發(fā)光光源是理想的器件， 而沒(méi)有考慮實(shí)際的器件在正常工作時(shí)輸入輸出信號(hào)總是有一定的動(dòng)態(tài)范圍，即就是輸入信 號(hào)在一定的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)時(shí)，可以認(rèn)為發(fā)端光源發(fā)出的光信號(hào)強(qiáng)度正比于輸入信號(hào)，如果輸 入信號(hào)超出了此范圍，發(fā)端光源的輸入信號(hào)需先經(jīng)過(guò)限幅處理后才能輸入到LED光源，否 則光源輸出的光信號(hào)和輸入信號(hào)的關(guān)系將呈現(xiàn)非線性的關(guān)系，甚至于輸入信號(hào)過(guò)大時(shí)LED 光源被燒壞，過(guò)小時(shí)又無(wú)法工作。
[0011] 最后，在參考文獻(xiàn)[2, 3, 4, 5, 6]的MC-CDMA系統(tǒng)中接收端的光信號(hào)會(huì)隨