無線光通信系統(tǒng)中的mimo aco-ofdm迭代接收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線光通信領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種MIM0AC0-0FDM迭代接收方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線光通信是一種不需要使用有線信道為傳輸媒介的新型通信方式，其結(jié)合了光 纖通信與微波通信的優(yōu)點(diǎn)，既具有高速傳輸和大通信容量的優(yōu)點(diǎn)，又不需要鋪設(shè)光纖，因此 各國在無線光通信領(lǐng)域投入大量人力和物力，并取得了階段性的成果。
[0003] 多輸入多輸出（MIM0)和正交頻分復(fù)用（OFDM)技術(shù)是現(xiàn)代無線射頻通信系統(tǒng)中的 兩項(xiàng)核屯、傳輸技術(shù)。MIM0技術(shù)在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)上配置多根天線，利用散射與干擾造成的 信道間不相關(guān)，在相同的發(fā)射功率下，取得遠(yuǎn)高于單入單出（SIS0)系統(tǒng)的通信容量；OFDM 技術(shù)把高速的數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換分配到相互正交的低速子信道中傳輸，由于每個(gè)子信道 中的符號(hào)周期會(huì)相應(yīng)增加，因此可W減輕多徑時(shí)延擴(kuò)展對(duì)系統(tǒng)造成的影響。如果把MIM0技 術(shù)與OFDM技術(shù)融合進(jìn)無線光通信系統(tǒng)，該一系統(tǒng)將不僅具備MIM0技術(shù)高通信容量與OFDM 技術(shù)抗多徑時(shí)延的優(yōu)點(diǎn)，而且具有無線光通信系統(tǒng)的高數(shù)據(jù)速率傳輸，信道容量和安全保 密性強(qiáng)的特點(diǎn)，為未來的信息社會(huì)提供了一種十分重要的通信系統(tǒng)。
[0004] 無線光通信系統(tǒng)通常采用強(qiáng)度調(diào)制，而該調(diào)制方式要求基帶發(fā)送信號(hào)恒為正。為 滿足該要求，研究者們改進(jìn)了無線射頻通信中的OFDM技術(shù)，提出直流偏置光正交頻分復(fù)用 值C0-0FDM)和非對(duì)稱限幅光正交頻分復(fù)用（AC0-0FDM)等方案，其中AC0-0FDM由于無需添 加直流偏置，具有較高的功率利用率，因而受到了廣泛關(guān)注。
[0005] AC0-0抑M技術(shù)還往往會(huì)利用上削波降低(FDM信號(hào)的峰均比。然而，削波操作勢(shì)必 會(huì)引起發(fā)射信號(hào)失真，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)整體性能損失。鑒于此，需要在設(shè)計(jì)接收機(jī)時(shí)充分考慮 發(fā)送端削波操作的影響，W提高M(jìn)IM0AC0-0抑M系統(tǒng)的傳輸可靠性。雖然削波本質(zhì)上屬于 非線性操作，但是為了簡(jiǎn)化理論分析，通常使用線性近似模型刻畫削波噪聲。在接收端可W 利用該模型，進(jìn)行最小均方誤差（MMS巧檢測(cè)，然后對(duì)檢測(cè)所得信號(hào)進(jìn)行削波操作W估計(jì)出 發(fā)射端的削波噪聲，并通過多次迭代提高準(zhǔn)確率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的旨在針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種考慮發(fā)送端削波噪聲的無 線光通信MIM0AC0-0FDM迭代接收機(jī)方法。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是；無線光通信系統(tǒng)中的MIM0ACO-CFDM迭代接收方法， 包括如下步驟：
[000引首先，接收端對(duì)頻域接收(FDM信號(hào)R進(jìn)行MMSE檢測(cè)得到發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值；
[0009] 然后，接收端進(jìn)行迭代操作消除削波噪聲，每次迭代中根據(jù)發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值計(jì) 算得到削波噪聲的估計(jì)值，對(duì)接收信號(hào)R去除削波噪聲后再進(jìn)行MMSE檢測(cè)得到新發(fā)送符號(hào) 的估計(jì)值，迭代結(jié)束后得到最終的消除削波噪聲后發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值；
[0010] 最后，接收端基于消除削波噪聲后發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值進(jìn)行解調(diào)恢復(fù)發(fā)送比特。
[0011] 進(jìn)一步地，所述接收端對(duì)頻域接收(FDM信號(hào)R進(jìn)行MMSE檢測(cè)得到發(fā)送符號(hào)的估 計(jì)值的具體方法為：
[001引設(shè)信號(hào)R含有Nc行和N列，Nc表示接收端光電二極管個(gè)數(shù)，N為OFDM子載波 數(shù)，分別對(duì)R的第2,4,6，"'，f列進(jìn)行匪SE檢測(cè)得到發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值弓…，第n個(gè)子載波， "=2.4.6....，^，上使用的均衡矩陣為；
[0013]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 無線光通信系統(tǒng)中的ΜΙΜΟ ACO-OFDM迭代接收方法，其特征在于：包括如下步驟： 首先，接收端對(duì)頻域接收OFDM信號(hào)R進(jìn)行MMSE檢測(cè)得到發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值； 然后，接收端進(jìn)行迭代操作消除削波噪聲，每次迭代中根據(jù)發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值計(jì)算得 到削波噪聲的估計(jì)值，對(duì)接收信號(hào)R去除削波噪聲后再進(jìn)行MMSE檢測(cè)得到新發(fā)送符號(hào)的估 計(jì)值，迭代結(jié)束后得到最終的消除削波噪聲后發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值； 最后，接收端基于消除削波噪聲后發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值進(jìn)行解調(diào)恢復(fù)發(fā)送比特。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線光通信系統(tǒng)中的MIMO ACO-OFDM迭代接收方法，其特征 在于： 所述接收端對(duì)頻域接收OFDM信號(hào)R進(jìn)行MMSE檢測(cè)得到發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值的具體方法 為： 設(shè)信號(hào)R含有Nk行和N列，1^表不接收端光電二極管個(gè)數(shù)，N為OFDM子載波數(shù)，分別對(duì)R 的第2,4,6,··',|列進(jìn)行麗SE檢測(cè)得到發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值#>，第η個(gè)子載波，"= 2,4,6,…， 上使用的均衡矩陣為：
其中K為發(fā)射端削波引起的衰減系數(shù)，其表達(dá)式為：
式中erf ()為誤差函數(shù)，π為圓周率，e表示自然常數(shù)，erfc〇為余補(bǔ)誤差函數(shù)，γ為 歸一化上削波界限，其計(jì)算式為Z = ，其中amax為上削波界限，σ5= @表示削波前發(fā) 送端時(shí)域信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差，M為正交振幅調(diào)制階數(shù)；:為估計(jì)得到的第η個(gè)子載波上的等效 無線光MMO信道矩陣；上標(biāo)H表示共軛對(duì)稱運(yùn)算；為發(fā)射端削波噪聲的方差，其計(jì)算式 為： (
σ$，f = l，2,…，TVii表示第i個(gè)接收鏈路所含噪聲的方差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線光通信系統(tǒng)中的MIMO ACO-OFDM迭代接收方法，其特征 在于： 所述根據(jù)發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值計(jì)算得到削波噪聲的估計(jì)值的具體方法包括： 首先，對(duì)發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值#>按ACO-OFDM規(guī)則按列進(jìn)行共軛對(duì)稱擴(kuò)展得到k為 當(dāng)前迭代序號(hào)； 然后，對(duì)紀(jì)!,按行做快速傅里葉逆變換并將小于零的元素置零得到紀(jì)S紀(jì)1經(jīng)削波操 作得紀(jì)>，的第i行第j列元素化丨,與紀(jì)1的第i行第j列元素紀(jì)^對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： =\，J'J MX，1 = 1，2，...，乂，」=1，2，...，1其中&_為上削波界限； Si, J > ?max 之后，計(jì)算時(shí)域削波噪聲的估計(jì)值粑1，其計(jì)算式為：，其 中，K為發(fā)射端削波引起的衰減系數(shù)，M"為所有元素均等于八的NtRn列的矩陣， f y \ 4 =;^ i-e 2 乂為發(fā)射端LED的個(gè)數(shù)，N為OFDM子載波數(shù)； 最后，對(duì)和f做快速傅里葉變換得到頻域削波噪聲的估計(jì)值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線光通信系統(tǒng)中的MIMO ACO-OFDM迭代接收方法，其特征 在于：所述對(duì)接收信號(hào)R去除削波噪聲的計(jì)算式為=R-處'其中R=為去除削波噪 聲后的信號(hào)，為頻域削波噪聲的估計(jì)值，k為當(dāng)前迭代序號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線光通信系統(tǒng)中的MMO ACO-OFDM迭代接收方法，其特 征在于：所述對(duì)接收信號(hào)R去除削波噪聲后再進(jìn)行麗SE檢測(cè)得到新發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值中 MMSE檢測(cè)具體方法包括：分別對(duì)去除削波噪聲后的信號(hào)<^的第2,4A…列進(jìn)行MMSE 檢測(cè)得到發(fā)送符號(hào)的估計(jì)值#+1>，第η個(gè)子載波，《= ，上使用的均衡矩陣為：
其中K為發(fā)射端削波引起的衰減系數(shù)，〇3表示削波前發(fā)送端時(shí)域信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差，： 為估計(jì)得到的第η個(gè)子載波上的等效無線光MMO信道矩陣，為發(fā)射端削波噪聲的方差， σ,Ι / = 1,2，...為表示第i個(gè)接收鏈路所含噪聲的方差，，吧:為頻域削 波噪聲的估計(jì)值，乂表示接收端光電二極管個(gè)數(shù)，N為OFDM子載波數(shù)，k為當(dāng)前迭代序號(hào)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線光通信系統(tǒng)中的多輸入多輸出非對(duì)稱修剪光正交頻分復(fù)用調(diào)制(MIMO ACO-OFDM)迭代接收方法。在傳統(tǒng)MIMO ACO-OFDM接收算法基礎(chǔ)上，利用發(fā)送端削波操作的線性近似模型以及削波噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行最小均方誤差(MMSE)檢測(cè)，并以迭代的方式消除削波噪聲。本發(fā)明提供的改進(jìn)接收方法可以有效降低削波噪聲對(duì)系統(tǒng)造成的性能損失，與傳統(tǒng)MIMO ACO-OFDM接收機(jī)相比，能夠顯著地改善誤碼率性能。同時(shí)，本發(fā)明每次迭代計(jì)算復(fù)雜度低，所需迭代次數(shù)少，因而易于工程實(shí)現(xiàn)。
【IPC分類】H04L25-02, H04L25-03, H04L27-26
【公開號(hào)】CN104836758
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510230401
【發(fā)明人】沈弘, 鄧榆欽, 趙春明
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月7日