一种ACO-OFDM可见光通信系统PAPR抑制方法与流程

    专利2022-07-07  135


    本发明涉及一种aco-ofdm可见光通信系统papr抑制方法,属于可见光通信技术领域。



    背景技术:

    目前非对称裁剪光正交频分复用aco-ofdm可见光通信系统的峰值平均功率比papr抑制方法主要包括用离散哈特雷变换代替离散傅里叶变换以及丢弃aco-ofdm时域信号高于上限幅阈值的部分;已有的方法中,用离散哈特雷变换代替离散傅里叶变换的方法复杂度高,丢弃时域信号大于上限幅阈值的方法会导致接收端误码率升高;这些已有的方法不适合在实际系统中应用。



    技术实现要素:

    发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种aco-ofdm可见光通信系统papr抑制方法,通过在发射端做相位旋转以及上限幅,在接收端做数据重建以及去除相位旋转因子,使得在相同的误码率性能条件下可得到更低的峰均功率比,本发明适合在实际系统中应用。

    技术方案:为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:

    一种aco-ofdm可见光通信系统papr抑制方法,包括如下步骤:

    步骤a:在可见光通信系统的发射端,将路输入比特经过串并转换形成信号后进行正交幅度调制qam符号映射,得到符号向量其中,n代表子载波数,ai代表a的第i个数据,[]t表示矩阵的转置运算。初始化v个子符号向量其中,bυ,i代表第v个子符号向量bυ的第i个数据,0≤υ≤v-1。从标号i=0开始直到为止,设置第mod(i,v)个子符号向量bmod(i,v)的值bmod(i,v),i=ai,其中,mod(i,v)表示i整除v所得的余数。

    步骤b:分别将设置后的子符号向量bυ乘以相位旋转因子bυ,获得相位旋转符号向量bυbυ。其中,bυ的值从有限集合中选取,q表示候选的相位旋转因子个数,第q 1个相位旋转因子的取值,j表示虚数单位。

    步骤c:从υ=0开始直到υ=v-1为止,根据如下调制方法:h为奇数且属于第υ组子符号向量

    用bvbv调制第v个调制符号向量uv=[uv,0,uv,1,…,uv,h,…,uv,n-1]t,其中,uv,h代表uv的第h个数据,0≤h≤n-1。对调制符号向量uv做快速傅里叶逆变换ifft获得时域离散信号ev=[ev,0,ev,1,…,ev,k,…,eυ,n-1]t,其中,eυ,k代表eυ的第k个数据,0≤k≤n-1,之后计算获得时域离散求和信号x=[x0,x1,…,xk,…,xn-1]t,其中,xk代表x的第k个数据。

    步骤d:对时域离散求和信号x做零值限幅获得时域零值限幅信号f=[f0,f1,…,fk,…,fn-1]t,其中fk表示f的第k个数据。

    步骤e:选取f的元素中的最大值进而获得上限幅阈值ηc=αw,其中,α为一个预设常量。对做上限幅处理,其表达式为

    得到上限幅时域离散信号s=[s0,s1,…,sk,…,sn-1]t,其中sk表示s的第k个数据,所获得的上限幅时域离散信号s即为papr得到抑制之后的信号。

    步骤f:上限幅时域离散信号s经过时域离散信道传输到接收端,接收端接收到的信号为上限幅离散信号y=[y0,y1,…,yk,…,yn-1]t,其中yk表示y的第k个数据。

    步骤g:接收端接收到零值限幅信号r=[r0,r1,…,rk,…,rn-1]t,其表达式为:

    其中rk表示r的第k个数据。

    步骤h:对零值限幅信号r做快速傅里叶变换fft获得接收端频域零值限幅信号d=[d0,d1,…,dh,…,dn-1]t,其中dh表示d的第个数据。计算获得频域符号向量其中zi表示z的第i个数据。

    步骤i:将z乘以2并进行qam解符号映射得到路信号的比特信息。将路比特信息进行并串转换获得输出比特。

    优选的:所述步骤b中,相位旋转因子bv的计算步骤如下:

    步骤b-1:初始化迭代次数l=0,最大迭代次数l,分组标号v=1,相位标号q=0,papr门限值ε,初始相位旋转因子表示第v个相位旋转因子的初始值。

    步骤b-2:计算相位旋转因子为时x的峰值功率x表示时域离散求和信号。

    步骤b-3:计算第v组子符号块用相位因子exp(j2πq/q)调整后所得峰值功率

    步骤b-4:若并令

    步骤b-5:若p<ε,终止迭代,输出此时的相位因子表示第v个相位旋转因子在第l次迭代的取值。

    步骤b-6:令q←q 1,其中,←表示将该运算符右边表达式的值赋值给左边的变量。

    步骤b-7:若q>q-1,令q=0,v←v 1,转步骤b-8,否则返回步骤b-3。

    步骤b-8:若v>v-1,令v=1,l←l 1,转步骤b-9,否则返回步骤b-3。

    步骤b-9:若l>l,终止迭代,输出表示第v个相位旋转因子在第l次迭代的取值,否则返回步骤b-3。

    优选的:步骤c中对调制符号向量uv做如下快速傅里叶逆变换ifft:

    优选的:步骤h中对零值限幅信号r做如下快速傅里叶变换fft:

    优选的:步骤e中预设常量

    本发明相比现有技术,具有以下有益效果:

    本发明在发射端采用基于局部最优解的迭代选取方法选取相位旋转因子,将相位旋转因子与子符号向量相乘,并且对时域零值限幅信号做上限幅,在接收端对接收端上限幅离散信号进行数据重建,并且对接收端频域零值限幅信号去除相位旋转因子的影响。采用本发明方法,在相同的误码率性能条件下可得到更低的峰均功率比。

    附图说明

    图1是本发明涉及的一种aco-ofdm可见光通信系统抑制papr的收发机结构框图。

    具体实施方式

    下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明,应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

    一种aco-ofdm可见光通信系统papr抑制方法,如图1所示的一种aco-ofdm可见光通信系统抑制papr的收发机结构框图,包括依次连接的串并转换模块、qam符号映射模块、子符号向量设置模块、相位旋转因子计算模块、调制模块、ifft模块、并串转换模块、零值限幅模块、上限幅模块、加循环前缀、数模转换及低通滤波模块、led模块、可见光信道模块、pd模块、数据重建模块、fft模块、去除相位因子模块、qam符号解映射模块,papr抑制方法包括如下步骤:

    步骤a:在可见光通信系统的发射端,将路输入比特经过串并转换形成信号后进行正交幅度调制qam符号映射,其中n代表子载波数,得到符号向量其中ai代表a的第i个数据,[]t表示矩阵的转置运算。初始化v个子符号向量其中bυ,i代表第υ个子符号向量bυ的第i个数据,0≤υ≤v-1。从标号i=0开始直到为止,设置第mod(i,v)个子符号向量bmod(i,v)的值bmod(i,v),i=ai,其中mod(i,v)表示i整除v所得的余数。

    步骤b:分别将设置后的bv乘以相位旋转因子bv,获得相位旋转符号向量bvbv。其中,bv的值从有限集合中选取,q表示候选的相位旋转因子个数。

    bv的具体步骤如下:

    步骤b-1:初始化迭代次数l=0,最大迭代次数l,分组标号v=1,相位标号q=0,papr门限值ε,初始相位旋转因子表示第v个相位旋转因子的初始值。

    步骤b-2:计算相位因子为时x的峰值功率

    步骤b-3:计算第v组子符号块用相位因子exp(j2πq/q)调整后所得峰值功率

    步骤b-4:若并令

    步骤b-5:若p<ε,终止迭代,输出此时的相位因子表示第v个相位旋转因子在第l次迭代的取值。

    步骤b-6:令q←q 1,其中←为运算符,表示将该运算符右边表达式的值赋值给左边的变量。

    步骤b-7:若q>q-1,令q=0,v←v 1,转步骤b-8,否则返回步骤b-3。

    步骤b-8:若υ>v-1,令v=1,l←l 1,转步骤b-9,否则返回步骤b-3。

    步骤b-9:若l>l,终止迭代,输出表示第υ个相位旋转因子在第l次迭代的取值,否则返回步骤b-3。

    步骤c:从υ=0开始直到v=v-1为止,根据如下调制方法h为奇数且属于第υ组子符号向量将bυbυ调制在第v个调制符号向量uυ=[uυ,0,uυ,1,…,uv,h,…,uυ,n-1]t,其中uυ,h代表uυ的第h个数据,0≤h≤n-1。对uv做快速傅里叶逆变换ifft

    获得时域离散信号eυ=[eυ,0,eυ,1,…,eυ,k,…,eυ,n-1]t,其中,eυ,k代表eυ的第k个数据,0≤k≤n-1,之后计算获得时域离散求和信号

    x=[x0,x1,…,xk,…,xn-1]t,其中xk代表x的第k个数据。

    步骤d:对x做零值限幅获得时域零值限幅信号f=[f0,f1,…,fk,…,fn-1]t,其中fk表示f的第k个数据。

    步骤e:选取f的元素中的最大值进而获得上限幅阈值ηc=αw,其中α为一个预设常量且做上限幅处理,其表达式为

    得到上限幅时域离散信号s=[s0,s1,…,sk,…,sn-1]t,其中sk表示s的第k个数据,所获得的上限幅时域离散信号s即为papr得到抑制之后的信号。

    步骤f:s经过时域离散信道传输到接收端,接收端接收到的信号为上限幅离散信号y=[y0,y1,…,yk,…,yn-1]t,其中yk表示y的第k个数据。

    步骤g:接收端接收到零值限幅信号r=[r0,r1,…,rk,…,rn-1]t,其表达式为:

    其中rk表示r的第k个数据。

    步骤h:对r做快速傅里叶变换fft

    获得接收端频域零值限幅信号d=[d0,d1,…,dh,…,dn-1]t,其中dh表示d的第个数据。计算获得频域符号向量其中zi表示z的第i个数据。

    步骤i:将z乘以2并进行qam解符号映射得到路信号的比特信息。将路比特信息进行并串转换获得输出比特。

    以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。


    技术特征:

    1.一种aco-ofdm可见光通信系统papr抑制方法,其特征在于,包括如下步骤:

    步骤a:在可见光通信系统的发射端,将路输入比特经过串并转换形成信号后进行正交幅度调制qam符号映射,得到符号向量其中,n代表子载波数,ai代表a的第i个数据,[]t表示矩阵的转置运算;初始化v个子符号向量其中,bv,i代表第v个子符号向量bv的第i个数据,0≤v≤v-1;从标号i=0开始直到为止,设置第mod(i,v)个子符号向量bmod(i,v)的值bmod(i,v),i=ai,其中,mod(i,v)表示i整除v所得的余数;

    步骤b:分别将设置后的子符号向量bv乘以相位旋转因子bv,获得相位旋转符号向量bvbv;其中,bv的值从有限集合中选取,q表示候选的相位旋转因子个数,表示第q 1个相位旋转因子的取值,j表示虚数单位;

    步骤c:从v=0开始直到v=v-1为止,根据如下调制方法:

    h为奇数且属于第v组子符号向量

    用bvbv调制第v个调制符号向量uv=[uv,0,uv,1,…,uυ,h,…,uυ,n-1]t,其中,uυ,h代表uυ的第h个数据,0≤h≤n-1;对调制符号向量uυ做快速傅里叶逆变换ifft获得时域离散信号eυ=[eυ,0,eυ,1,…,eυ,k,…,eυ,n-1]t,其中,eυ,k代表ev的第k个数据,0≤k≤n-1,之后计算获得时域离散求和信号x=[x0,x1,…,xk,…,xn-1]t,其中,xk代表x的第k个数据;

    步骤d:对时域离散求和信号x做零值限幅获得时域零值限幅信号f=[f0,f1,…,fk,…,fn-1]t,其中fk表示f的第k个数据;

    步骤e:选取f的元素中的最大值进而获得上限幅阈值ηc=αw,其中,α为一个预设常量;对做上限幅处理,其表达式为

    得到上限幅时域离散信号s=[s0,s1,…,sk,…,sn-1]t,其中sk表示s的第k个数据,所获得的上限幅时域离散信号s即为papr得到抑制之后的信号;

    步骤f:上限幅时域离散信号s经过时域离散信道传输到接收端,接收端接收到的信号为上限幅离散信号y=[y0,y1,…,yk,…,yn-1]t,其中yk表示y的第k个数据;

    步骤g:接收端接收到零值限幅信号r=[r0,r1,…,rk,…,rn-1]t,其表达式为:

    其中rk表示r的第k个数据;

    步骤h:对零值限幅信号r做快速傅里叶变换fft获得接收端频域零值限幅信号d=[d0,d1,…,dh,…,dn-1]t,其中dh表示d的第个数据;计算获得频域符号向量其中zi表示z的第i个数据;

    步骤i:将z乘以2并进行qam解符号映射得到路信号的比特信息;将路比特信息进行并串转换获得输出比特。

    2.根据权利要求1所述aco-ofdm可见光通信系统papr抑制方法,其特征在于:

    所述步骤b中,相位旋转因子bυ的计算步骤如下:

    步骤b-1:初始化迭代次数l=0,最大迭代次数l,分组标号υ=1,相位标号q=0,papr门限值ε,初始相位旋转因子表示第υ个相位旋转因子的初始值;

    步骤b-2:计算相位旋转因子为时x的峰值功率x表示时域离散求和信号;

    步骤b-3:计算第v组子符号块用相位因子exp(j2πq/q)调整后所得峰值功率

    步骤b-4:若并令

    步骤b-5:若p<ε,终止迭代,输出此时的相位因子表示第v个相位旋转因子在第l次迭代的取值;

    步骤b-6:令q←q 1,其中,←表示将该运算符右边表达式的值赋值给左边的变量;

    步骤b-7:若q>q-1,令q=0,v←v 1,转步骤b-8,否则返回步骤b-3;

    步骤b-8:若v>v-1,令v=1,l←l 1,转步骤b-9,否则返回步骤b-3;

    步骤b-9:若l>l,终止迭代,输出表示第v个相位旋转因子在第l次迭代的取值,否则返回步骤b-3。

    3.根据权利要求2所述aco-ofdm可见光通信系统papr抑制方法,其特征在于:

    步骤c中对调制符号向量uv做如下快速傅里叶逆变换ifft:

    4.根据权利要求3所述aco-ofdm可见光通信系统papr抑制方法,其特征在于:

    步骤h中对零值限幅信号r做如下快速傅里叶变换fft:

    5.根据权利要求4所述aco-ofdm可见光通信系统papr抑制方法,其特征在于:

    步骤e中预设常量

    技术总结
    本发明公开了一种ACO‑OFDM可见光通信系统PAPR抑制方法,通过在发射端采用基于局部最优解的迭代选取方法选取相位旋转因子,将相位旋转因子与子符号向量相乘,并且对时域零值限幅信号做上限幅,在接收端对接收端上限幅离散信号进行数据重建,并且对接收端频域零值限幅信号去除相位旋转因子的影响。本发明在相同的误码率性能条件下可得到更低的峰均功率比。

    技术研发人员:陈明;蔡景丰;蒋良成;肖仁良
    受保护的技术使用者:东南大学
    技术研发日:2020.12.03
    技术公布日:2021.03.12

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