CN103905931A

CN103905931A - 离散余弦（正弦）变换实现非对称截断光正交频分复用的方法

Info

Publication number: CN103905931A
Application number: CN201410138616.5A
Authority: CN
Inventors: 乔耀军; 周骥; 蔡浞; 纪越峰
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2034-04-08
Also published as: CN103905931B

Abstract

本发明提出了一种利用离散余弦（正弦）变换实现非对称截断光正交频分复用的方法，属于光通信领域。本发明提出的方法在复用和解复用上分别使用了反离散余弦（正弦）变换和离散余弦（正弦）变换，该变换为一种实变换，具有实现简单，抗色散能力强，频谱利用率高和运算复杂度低的特点。非对称截断光正交频分复用方案功率效率高，并且更适用于适应性的系统。因此，本发明的优点有：频谱利用率高，功率效率高，抗干扰能力强，实现简单且系统成本低等。

Description

离散余弦(正弦)变换实现非对称截断光正交频分复用的方法

技术领域

本发明属于光通信领域，是一种利用离散余弦(正弦)变换实现非对称截断光正交频分复用的方法。

背景技术

作为一种多载波调制技术，光快速正交频分复用具有广阔的应用前景。其子载波间隔仅有传统OFDM子载波间隔的一半。最近，J.Zhao等人发现，相对于传统的OFDM，光快速正交频分复用对于频偏和色散有更强的容忍性。并且这项技术已经在相干和直接检测光传输系统中得到验证。另外，在众多OFDM系统中，强度调制直接检测(IM/DD)OFDM系统以其实现简单等优良特性成为适合于未来低成本系统的技术。

众所周知，IM/DD系统只能应用于单偏振OFDM信号。而现在常见的IM/DD OFDM系统有两种，分别为非对称截断光正交频分复用(ACO-OFDM)和直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)。在DCO-OFDM系统中，需要对双偏振信号加直流偏置，从而使信号变为正值，不具有节能的特性。另外，不同调制格式的最佳偏置点不同，应用较为不便。而在ACO-OFDM系统中，通过对双偏振信号在零点进行截断使之变为单偏振信号。ACO-OFDM系统较为节能，并且对于任何的调制格式而言，结构皆相同，应用方便。因而，ACO-OFDM系统更适用于适应性系统和低功率系统。

发明内容

我们提出了一种离散余弦(正弦)变换(Discreet Cosine Transform,DCT)实现非对称截断光正交频分复用(Asymmetrically Clipped Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,ACO-OFDM)的方法。本方法不仅在频谱利用率上优于现存的常用方法，且具有实现简单，系统成本低，应用广泛，功率效率高，对频偏和色散有更强的容忍性等特点。

附图说明

图1为系统结构框图

图2(a)经过64点DCT后的时域OFDM信号；(b)经过截断的信号

图3为不同调制格式下基于DCT的ACO-OFDM系统与基于FFT的ACO-OFDM系统的误码率(BER)性能对比

具体实施方式

在本方法中所述的调制格式为非对称截断光正交频分复用(ACO-OFDM)，复用方式为离散余弦(正弦)变换。在本发明中，运用离散余弦变换(DCT)与离散正弦变换(DST)原理相同，下面以离散正弦变换(DST)为例。实施框图如图1所示。

DST的计算公式为：

X (k) = Σ_{n = 0}^{N - 1} x (n) \sin \frac{πkn}{N}

在本发明中，我们选取第4n′+2个子载波用于传输数据，即对X＝[0,0,X₂,0,0,0,X₆,...,X_N-2,0]进行DST复用。在传统的基于DFT的ACO-OFDM系统中，只对奇数子载波进行调制,相对降低了频谱效率。但是，基于DCT的OFDM的子载波间隔仅为基于FFT的OFDM系统的一半，并且本方法中DCT的符号周期也减小了一半，所以即便在这种载波分配方案下，所用子载波数仅为传统ACO-OFDM系统的一半，频谱效率仍优于传统的ACO-OFDM系统。

复用结果可化简为：

Σ_{n' = 0}^{\frac{N}{4} - 1} x (4 n' + 2) \sin \frac{πk (4 n' + 2)}{N}

由图2(b)所示，可知DCT具有对称/反对称性质，即

(k) = - X (k + \frac{N}{2})

X(k)＝－X(N-k-1）

随后运用ACO-OFDM对OFDM信号进行截断，将小于零的部分置为0，大于零的部分不变；而由上述的对称/反对称性质，ACO-OFDM信号可以通过该信号的一半翻转得到，所以在时域上也进行截断，仅保留一半的符号。则经过截断的信号可以表示为：

在没有噪声的情况下，接收信号与发送的信号一致，将_Xc(k)的接收结果记做X_r(k)，则有：

X_r(k)＝X_c(k)

则实际接收信号为，

在接收端进行接收并对信号进行处理，

而发送的原始信号，即未经截断的信号为：

x (n) = Σ_{k = 0}^{\frac{N}{2} - 1} [X' (k) - X' (k + \frac{N}{2})] \sin \frac{knπ}{N} + Σ_{k = \frac{N}{2}}^{N - 1} [X' (k) - X' (k - \frac{N}{2})] \sin \frac{knπ}{N}

其中，

Σ_{k = 0}^{\frac{N}{2} - 1} X' (k + \frac{N}{2}) \sin \frac{knπ}{N} = Σ_{k = \frac{N}{2}}^{N - 1} X' (k) \sin \frac{(k - \frac{N}{2}) nπ}{N} = Σ_{k = \frac{N}{2}}^{N - 1} X' (k) \sin (\frac{nkπ}{N} - \frac{nπ}{2})

Σ_{k = \frac{N}{2}}^{N - 1} X' (k + \frac{N}{2}) \sin \frac{knπ}{N} = Σ_{k = 0}^{\frac{N}{2} - 1} X' (k) \sin \frac{nπ (\frac{N}{2} + k)}{N} = Σ_{k = 0}^{\frac{N}{2} - 1} X' (k) \sin (\frac{nkπ}{N} - \frac{nπ}{2})

则解复用后的结果中，传输数据的子载波位置上的结果是：

x(4n′+2)＝

\begin{matrix} Σ_{k = 0}^{\frac{N}{2} - 1} [X' (k) - X' (k + \frac{N}{2})] \sin \frac{k (4 n' + 2) π}{N} + Σ_{k = \frac{N}{2}}^{N - 1} [X' (k) - X' (k - \frac{N}{2})] \sin \frac{k (4 n' + 2) π}{N} \\ = 2 x' (4 n' + 2) \end{matrix}

即经过解调，子载波位置并未变化，且选择的子载波上的数据可以正确解调、恢复，此时再将其余子载波位置上的数据全部置为0，就可以完全正确地恢复传输的数据，从而完成解调。

如图3所示，在误码率方面，应用BPSK和4ASK调制格式的基于DCT的ACO-OFDM分别与应用QPSK和16QAM的基于FFT的ACO-OFDM性能相似，可见，本发明在BER性能方面不逊于传统的ACO-OFDM调制方法，并且在同等BER性能的条件下所使用的调制格式阶数更低。

该发明主要技术优势：

1.频谱效率高：本发明利用离散余弦(正弦)变换，使载波间隔减小了一半，并且通过时域上的截断使符号周期减小了一半，从而提高了频谱利用率；

2.算法复杂度较低：运用DCT(DST)进行复用，具有较低的算法复杂度；

3.实施简单且成本低：在ACO-OFDM系统中可以应用IM/DD以降低系统的成本，简化实施方案；

4.调制方式节能：ACO-OFDM系统具有节能的优点；

5.频偏和色散有更强的容忍性：ACO-OFDM系统对于频偏和色散有更强的容忍性。

因此，该发明是符合当今光网络对性能要求的，能够用于光OFDM系统，以提高系统的性能。

Claims

1.本发明的特征在于：

(1)复用方式为离散余弦(正弦)变换；

(2)调制格式为非对称截断光正交频分复用。

2.根据权利要求1所述的离散余弦(正弦)变换，其特征在于，在分配子载波时，按照X＝[0,0,X₂,0,0,0,X₆,...,X_N-2,0]对子载波进行分配，其中X为传输的数据。

3.根据权利要求1所述的非对称截断光正交频分复用信号，其特征在于，可以应用于强度调制/直接检测(IM/DD)系统，例如，离散多音系统(DMT)，无源光网络(PON)和数据中心互联等。