CN103986685A - 一种信号处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种信号处理方法及装置，其中一种信号处理方法包括：对一路串行的随机二进制信号进行串并转换，得到多路子载波信号；对每路子载波信号进行调制映射，得到每路子载波信号对应的复信号；对复信号进行分组，并对分组后每组复信号分别进行快速傅里叶变换；将每路子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置；采用PTS算法对重新配置得到的每路第二频域信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号；对双极性OFDM时域实信号添加一个直流偏置处理，得到非负的单极性OFDM时域实信号。而在VLC系统中的信号形式必须是单极性实信号，因此基于本发明实施例提供的信号处理方法适用于基于OFDM技术的VLC系统。

Description

一种信号处理方法及装置

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，特别涉及一种信号处理方法及装置。

背景技术

基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术的射频(Radio Frequency，RF)通信系统中传输的OFDM信号由多个独立的经过调制的子载波信号相互叠加而成，如果OFDM信号由具有相同相位的子载波信号相互叠加而成，则OFDM信号可能产生比较大的峰值功率(Peak Power，P.P)，从而为OFDM信号带来较大的峰值平均功率比(Peak-to-Average-Power Ratio，PAPR)，简称峰均比(PAPR)。

目前用于降低OFDM信号的PAPR的方法主要分为三类：信号预畸变技术，编码类技术和信号扰码技术。其中信号预畸变技术中的一种典型技术是限幅类技术，该限幅类技术通过对OFDM信号的峰值进行非线性处理来降低PAPR。编码类技术则是利用编码技术将OFDM信号中传输的原始数据映射到一个具有较好PAPR特性的传输码集上，以避开会出现较大信号峰值的码字来降低PAPR。信号扰码技术中的典型技术是部分传输序列(Partial Transmit Sequences，PTS)算法，PTS算法降低OFDM信号的PAPR的方法如下：将频域信号分块得到子块信号，然后将每个子块信号与某一合适的加权系数相乘，以此达到降低OFDM信号PAPR的目的。

但是上述用于降低PAPR的方法是应用于基于OFDM技术的RF通信系统中，因此急需一种基于OFDM技术的可见光通信(VLC,Visible LightCommunication)系统中的信号处理方法，来降低可见光OFDM信号的PAPR。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种信号处理方法及装置，以适用于基于OFDM技术的VLC系统，实现降低可见光OFDM信号的PAPR的目的。技术方案如下：

本发明实施例提供一种信号处理方法，应用于基于正交频分复用OFDM技术的可见光通信VLC系统中，所述方法包括：

对一路串行的随机二进制信号进行串并转换，得到多路子载波信号，所有子载波信号包含的数据构成所述随机二进制信号；

对每路所述子载波信号进行调制映射，得到每路所述子载波信号对应的复信号；

对所述复信号进行分组，并对分组后每组所述复信号分别进行快速傅里叶变换；

将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置，其中所述第一频域信号为每组复信号进行快速傅里叶变换得到的信号；

采用部分传输序列PTS算法对重新配置得到的每路第二频域信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号；

对所述双极性OFDM时域实信号添加一个直流偏置处理，得到非负的单极性OFDM时域实信号，其中所述非负的单极性OFDM时域实信号是指在变化过程中取值大于零点的信号。

优选地，采用PTS算法对重新配置得到的每路第二频域信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号，包括：

分别对每路所述第二频域信号进行分割，得到每路所述第二频域信号的多个子块信号，其中每个所述子块信号包括的数据符号数量相同，且每个子块信号的数据长度与所述第二频域信号的长度相同，所述数据符号在每个所述子块信号中的位置与数据符号在所述第二频域信号中的位置相同，每个所述子块信号中未被所述数据符号占用的位置均被设置为0；

对每个所述子块信号进行扰码处理，并对扰码处理后得到的每个子块信号进行共轭对称处理；

对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号。

优选地，对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号，包括：

对共轭对称处理后的每个子块信号进行快速傅里叶逆变换，得到多路时域OFDM信号，并对多路时域OFDM信号进行相加，得到双极性OFDM时域实信号；

或者对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号，包括：对共轭对称处理后的每个子块信号进行相加，并对相加后得到的信号进行快速傅里叶逆变换，得到双极性OFDM时域实信号。

优选地，对每个所述子块信号进行扰码处理，包括：

将每个所述子块信号与预先为所述子块信号分配的加权系数相乘，以实现扰码处理，其中所述预先为所述子块信号分配的加权系数之间满足共轭对称的关系。

优选地，将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置，包括：以每组第一频域信号为单位，按照每组第一频域信号在所有第一频域信号中的先后顺序，依次排序每组第一频域信号；

或者将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置，包括：以每组第一频域信号为单位，按照每组第一频域信号在所有第一频域信号中的先后顺序，依次从每组第一频域信号组中抽取一个数据符号进行排序直至每组第一频域信号中的所有数据符号都被抽取完毕。

本发明实施例还提供一种信号处理装置，应用于基于正交频分复用OFDM技术的可见光通信VLC系统中，所述装置包括：

串并转换单元，用于对一路串行的随机二进制信号进行串并转换，得到多路子载波信号，所有子载波信号包含的数据构成所述随机二进制信号；

调制映射单元，用于对每路所述子载波信号进行调制映射，得到每路所述子载波信号对应的复信号；

变换单元，用于对所述复信号进行分组，并对分组后每组中的所述复信号分别进行快速傅里叶变换；

重配置单元，用于将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置，其中所述第一频域信号为每组复信号进行快速傅里叶变换得到的信号；

第一处理单元，用于采用部分传输序列PTS算法对重新配置得到的每路第二频域信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号；

第二处理单元，用于对所述双极性OFDM时域实信号添加一个直流偏置处理，得到非负的单极性OFDM时域实信号，其中所述非负的单极性OFDM时域实信号是指在变化过程中取值大于零点的信号。

优选地，所述第一处理单元包括：

分割子单元，用于分别对所述第二频域信号进行分割，得到每路所述第二频域信号的多个子块信号，其中每路所述子块信号包括的数据符号数量相同，且每个子块信号的数据长度与所述第二频域信号的长度相同，所述数据符号在每个所述子块信号中的位置与数据符号在所述第二频域信号中的位置相同，每个所述子块信号中未被所述数据符号占用的位置均被设置为0；

扰码处理子单元，用于对每个所述子块信号进行扰码处理；

对称处理子单元，用于对扰码处理后得到的每个子块信号进行共轭对称处理；

信号处理子单元，用于对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号。

优选地，所述信号处理子单元对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号，包括：

对共轭对称处理后的每个子块信号进行快速傅里叶逆变换，得到多路时域OFDM信号，并对多路时域OFDM信号进行相加，得到双极性OFDM时域实信号；

或者对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号，包括：对共轭对称处理后的每个子块信号进行相加，并对相加后得到的信号进行快速傅里叶逆变换，得到双极性OFDM时域实信号。

优选地，所述扰码处理子单元对每个所述子块信号进行扰码处理，包括：

将每个所述子块信号与预先为所述子块信号分配的加权系数相乘，以实现扰码处理，其中所述预先为所述子块信号分配的加权系数之间满足共轭对称的关系。

优选地，所述重配置单元将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置，包括：以每组第一频域信号为单位，按照每组第一频域信号在所有第一频域信号中的先后顺序，依次排序每组第一频域信号；

或者将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置，包括：以每组第一频域信号为单位，按照每组第一频域信号在所有第一频域信号中的先后顺序，依次从每组第一频域信号组中抽取一个数据符号进行排序直至每组第一频域信号中的所有数据符号都被抽取完毕。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

应用本发明实施例提供的信号处理方法，首先对一路串行的随机二进制信号进行串并转换，得到多路子载波信号；其次对每路所述子载波信号进行调制映射，得到每路所述子载波信号对应的复信号，对所述复信号进行分组，并对每组的所述复信号分别进行快速傅里叶变换；将每路子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置；采用PTS算法对重新配置得到的每路第二频域信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号；对所述双极性OFDM时域实信号进行添加一个直流偏置处理，得到非负的单极性OFDM时域实信号输出，而在VLC系统中的信号形式必须是单极性实信号，因此基于本发明实施例提供的信号处理方法适用于基于OFDM技术的VLC系统。

并且在VLC系统中，单极性OFDM时域实信号的PAPR与子载波信号的自相关性有关，且自相关性越低，单极性OFDM时域实信号出现高的PAPR的概率也越小，本发明实施例提供的信号处理方法通过快速傅里叶变换以降低子载波信号的自相关性，从而降低单极性OFDM时域实信号的PAPR。由于PTS算法能够有效降低OFDM实信号的PAPR，所以本发明实施例将快速傅里叶变换展开和PTS算法相结合可以进一步降低单极性OFDM时域实信号的PAPR。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的信号处理方法的一种流程图；

图2是本发明实施例提供的一种调制映射的示意图；

图3是本发明实施例提供的集中分配的示意图；

图4是本发明实施例提供的插值分配的示意图；

图5是图1所示信号处理方法中步骤105的流程图；

图6是本发明实施例提供的相邻分割的示意图；

图7是本发明实施例提供的PTS算法的一种原理框图；

图8是本发明实施例提供的PTS算法的另一种原理框图；

图9是本发明实施例提供的一种仿真结果的示意图；

图10是本发明实施例提供的信号处理装置的结构示意图；

图11是图10所示信号处理装置中第一处理单元的结构示意图。

具体实施方式

现有基于OFDM技术的RF通信系统(简称RF-OFDM系统)和基于OFDM技术的VLC系统(简称VLC-OFDM系统)具有如表1所示区别：

表1 RF-OFDM系统与VLC-OFDM系统的比较

	信息承载方式	信号形式	检测方式
				RF-OFDM系统	信息承载于电信号	双极性复信号	相干检测
VLC-OFDM系统	信息承载于光强度信号	单极性实信号	直接检测

从表1表可以看出，RF-OFDM系统和VLC-OFDM系统的不同之处主要表现在以下三个方面：

(1)在RF-OFDM系统中以电信号作为载波，OFDM信号用于调制载波的相位、振幅等参数。因此，RF-OFDM系统中OFDM信号是双极性复信号。但是在VLC-OFDM系统中发射端以强度调制方式，且以光信号作为载波，OFDM信号用于调制光的强度，故OFDM信号必须是非负的单极性实信号；

(2)在RF-OFDM系统中，发射端用天线发射的是无线电波；而在VLC-OFDM系统中，发射端用LED将电信号转换成光信号，发射的是光波；

(3)在RF-OFDM系统中，接收端用天线来接收信号，通常采用相干检测方式；而在VLC-OFDM系统中，接收端是用光电检测器将接收到的光信号转换成电信号，通常采用直接检测(Direct Detection,DD)光信号的强度。

基于上述区别，现有的用于降低PAPR的方法并不适用于VLC-OFDM系统，为此本发明实施例提供一种信号处理方法，OFDM信号经过本发明实施例提供的信号处理方法处理后可以得到非负的单极性OFDM时域实信号来满足VLC-OFDM系统中OFDM时域信号必须是单极性的实信号的要求。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明实施例，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其示出了本发明实施例提供的信号处理方法的流程图，该信号处理方法可以应用于VLC-OFDM系统，包括以下步骤：

101：对一路串行的随机二进制信号进行串并转换，得到多路子载波信号，所有子载波信号包含的数据构成随机二进制信号。

102：对每路子载波信号进行调制映射，得到每路子载波信号对应的复信号。

在本发明实施例中，串并转换是将串行数据转换为并行数据，这样一路串行的随机二进制信号在经过串并转换后得到多路子载波信号。并且串并转换以对子载波信号调制映射时采用的方式为依据，即串并转换是将串行的二进制信号数据转换为包括预设比特位数的多路并行的子载波信号数据，每一路并行的子载波信号的长度与采用的调制映射方式有关，调制映射是一种数据映射方式，它是将二进制信号与某些复数数据构成一一对应的关系。

比如以正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)调制为例，每两比特位数的二进制数据映射成一个以复数形式表示的QPSK符号。如表2所示QPSK符号的映射方式，输入00则输出1；输入01则输出j；输入10则输出-1；输入11则输出-j。

表2 QPSK调制映射方式

二进制数据	00	01	10	11
					QPSK符号	1	j	-1	-j

相应的，将串行的随机二进制信号转换成并行的子载波信号，且每路子载波信号携带两比特位数的二进制数据，如图2所示。

103：对复信号进行分组，并对分组后每组中的复信号分别进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)。

其中分组是指将复信号划分至不同的小组中，当N个复信号被分成k组，且每组包括m个复信号，则N＝k×m，每个N/k点的FFT所需要的复数乘法和复数加法的运算量分别为：

$n_{\mathrm{mul}}=\frac{N}{2k}{\log }_2\frac{N}{k}$

$n_{\mathrm{add}}=\frac{N}{k}{\log }_2\frac{N}{k}$

对每个分组分别进行FFT后，算法的复数乘法和复数加法的总运算量分别为：

$N_{\mathrm{mul}}=k\×\frac{N}{2k}{\log }_2\frac{N}{k}=\frac{N}{2}{\log }_2\frac{N}{k}$

$N_{\mathrm{add}}=k\×\frac{N}{k}{\log }_2\frac{N}{k}=N\×{\log }_2\frac{N}{k}$

由以上可以明显看出，若k越大，则算法的复数乘法和复数加法的总运算量就越小。也就是说若分组越多，则算法的复杂度就越小。因此，在进行FFT前需要对复信号进行分组，以降低算法的复杂度。

104：将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置，其中所述第一频域信号为每组复信号进行快速傅里叶变换得到的信号。

其中，重新分配的方式包括：集中分配和插值分配，在本发明实施例中可以采用任意一种重新分配方式对第一频域信号进行处理。

上述集中分配的原理为：以每组第一频域信号为单位，按照每组第一频域信号在所有第一频域信号中的先后顺序，依次排序每组第一频域信号。以图3所示四组第一频域信号为例，且为了便于查看如何采用集中分配第一频域信号，对四组第一频域信号中的数据符号采用不同线条标记。

四组第一频域信号分别记为FFT1、FFT2、FFT3和FFT4，并且上述四组第一频域信号——FFT1、FFT2、FFT3和FFT4的先后顺序为：FFT1——FFT2——FFT3——FFT4，那么在采用集中分配后得到的第二频域信号中数据符号的排列顺序为：按照FFT1-FFT2-FFT3-FFT4排列，如图3中箭头指向的数据符号为采用集中分配排列后得到的第二频域信号。

插值分配的原理则是：以每组第一频域信号为单位，按照每组第一频域信号在所有第一频域信号中的先后顺序，依次从每组第一频域信号组中抽取一个数据符号进行排序直至每组第一频域信号中的所有数据符号都被抽取完毕。

仍以图3中箭头左侧的四组第一频域信号，且这四组第一频域信号的先后顺序为：FFT1——FFT2——FFT3——FFT4为例，在采用插值分配时，首先从FFT1中抽取第一个数据符号，再从FFT2中抽取第一个数据符号排在FFT1中的第一个数据符号之后，再从FFT3中抽取第一个数据符号排在抽取的FFT2的第一个数据符号之后，再从FFT4中抽取第一个数据符号排在抽取的FFT3的第一个数据符号之后，然后再从FFT1、FFT2、FFT3和FFT4中抽取第二个数据符号之后，紧随第一个数据符号按照从FFT1——FFT2——FFT3——FFT4中抽取的顺序排列直至所有数据符号都被抽取完毕。经过插值分配后得到的第二频域信号如图4所示。

105：采用PTS算法对重新配置得到的每路第二频域信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号。

106：对双极性OFDM时域实信号添加一个直流偏置处理，得到非负的单极性OFDM时域实信号，其中非负的单极性OFDM时域实信号是指在变化过程中取值大于零点的信号。

应用上述技术方案，首先对一路串行的随机二进制信号进行串并转换，得到多路子载波信号；其次对每路子载波信号进行调制映射，得到每路子载波信号对应的复信号，对复信号进行分组，并对每个分组中的每个复信号分别进行FFT；将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置；采用PTS算法对重新配置得到的第二频域信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号；对双极性OFDM时域实信号进行添加一个直流偏置处理，得到非负的单极性OFDM时域实信号输出，而在VLC系统中信号形式必须是单极性实信号，因此基于本发明实施例提供的信号处理方法适用于基于OFDM技术的VLC系统。

并且在VLC系统中，单极性OFDM时域实信号的PAPR与子载波信号的自相关性有关，且自相关性越低，单极性OFDM时域实信号出现高的PAPR的概率也越小，本发明实施例提供的信号处理方法通过FFT可以降低子载波信号的自相关性，从而降低单极性OFDM时域实信号的PAPR。由于PTS算法能够有效降低OFDM实信号的PAPR，所以本发明实施例将FFT展开和PTS算法相结合可以进一步降低单极性OFDM时域实信号的PAPR。

在本发明实施例中，步骤105采用PTS算法对每路第二频域信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号的过程请参阅图5所示，可以包括以下步骤：

1051：分别对每路第二频域信号进行分割，得到每路第二频域信号的多个子块信号。

在本发明实施例中，分割每路第二频域信号得到每路第二频域信号中相互不重叠的子块信号，假设第二频域信号为X＝[X₀,X₁...,X_N-1]，其中N为第二频域信号X的长度，那么得到的V个子块信号表示为：{X_v,v＝1,2,...,V}，即满足

其中分割方法可以包括相邻分割，随机分割和交织分割，每种分割方法需要遵循以下原则：

(1)分割后所得的每个子块信号的数据长度与第二频域信号的长度相同，即都为N；

(2)数据符号在每个子块信号中的位置与数据符号在第二频域信号中的位置相同；

(3)在一个子块信号中，除位于第二频域信号中的数据符号外，其他未被数据符号占用的位置均被设置为0。

(4)每路第二频域信号中的数据符号只能出现在一个子块信号内。

(5)每个子块信号中所包含的数据符号数量相同。

如第二频域信号X＝[1,-1,-1,1,1,-1]，在以相邻分割法分割后，得到的三个子块信号如图6所示，其中被加粗框框住的数据符号为第二频域信号中的数据符号。

1052：对每个子块信号进行扰码处理，并对扰码处理后的子块信号进行共轭对称处理。

其中，对每个子块信号进行扰码处理是为了降低高峰均比信号出现的概率，其中一种可行方式是：将每个子块信号与预先为子块信号分配的加权系数相乘，以实现扰码处理。

1053：对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号。

在本发明实施例中，对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号可以采用如下两种可行方式：

一种可行方式是：对共轭对称处理后的每个子块信号进行快速傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)，得到多路OFDM时域信号，然后对多路OFDM时域信号进行相加得到双极性OFDM时域实信号。

另一种可行方式是：对共轭对称处理后的每个子块信号进行相加，并对相加后得到的信号进行IFFT，得到双极性OFDM时域实信号。

下面以VLC-OFDM系统中PTS算法的原理框图为例对上述两种可行方式进行详细说明，第一种原理框图如图6所示，该原理框图首先对共轭对称后的子块信号进行加和处理，然后再对加和后的数据进行IFFT，具体如下：

首先第二频域信号X经过分割后得到V个子块信号X_v，表示为：{X_v,v＝1,2,...,V}，每个子块信号分别与各自对应的加权系数b_v相乘，假设子块信号和加权系数相乘后的结果可以表示为：b_vX_v＝[z₁,z₂...,z_N/2-1]，则对该子块信号进行共轭对称处理后得到新的信号为： $X_v^{\′\′}=[0,z_1,z_2...,z_{N/2-1},0,z_{N/2-1}^{*},z_{N/2-2}^{*},...,z_1^{*}].$

对共轭对称处理后的子块信号进行相加得到然后再对X″进行IFFT： $X^{\′}=\mathrm{IFFT}\left\{X^{\′\′}\right\}=\mathrm{IFFT}\left\{\underset{v=1}{\overset{V}{\mathrm{\Σ}}}{V}_v^{\′\′}\right\}.$

由于X″_v共轭对称，基于共轭对称的性质，得到的X″也满足共轭对称的性质，因此经过IFFT后得到的X′为VLC-OFDM系统中的双极性OFDM时域实信号。

第二种原理框图如图7所示，该原理框图首先对共轭对称后的子块信号进行IFFT，然后再进行加和，具体如下：

首先第二频域信号X经过分割后得到V个子块信号X_v，表示为{X_v,v＝1,2,...,V}，每个子块信号分别与各自对应的加权系数相乘，假设子块信号和加权系数相乘后的结果可以表示为：b_vX_v＝[z₁,z₂...,z_N/2-1]，则对该子块信号进行共轭对称处理后得到的信号为： $X_v^{\′\′}=[0,z_1,z_2...,z_{N/2-1},0,z_{N/2-1}^{*},z_{N/2-2}^{*},...,z_1^{*}].$

对共轭对称处理后的子块信号进行IFFT：IFFT{X″_v}，由于X″_v共轭对称，基于共轭对称的性质经过IFFT后得到的信号为实信号。然后对IFFT后的信号进行相加，得到因为相加的信号为实信号，所以相加后得到的信号为X′是VLC-OFDM系统中的双极性OFDM时域实信号。

在此需要注意的一点是：本发明实施例中的加权系数也称为相位旋转因子或边带信息，必须设法将边带信息告知接收端，发送端采用的PTS算法所使用的边带信息是什么，这样接收端才可以正确地解调信号，因此发送端在发送单极性OFDM时域实信号时，需要预留子载波来发送边带信息。

并且加权系数b_v满足为了降低信号的PAPR在本发明实施例中PTS算法通过搜索加权系数b_v的不同组合来输出不同的信号，通过比较输出的每路信号的PAPR得到本发明实施例最终选择的加权系数b_v。加权系数b_v满足如下关系：

${\{b}_1,b_2,...,b_v\}=\underset{\{b_1,b_2,...,b_v\}}{\arg \min }\left(\underset{\{b_1,b_2,...,b_v}{\max }{\left|X^{\′}\right|}^2\right)=\underset{\{b_1,b_2,...,b_v\}}{\arg \min }\left(\underset{\{b_1,b_2,...,b_v\}}{\max }{\left|\underset{v=1}{\overset{V}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{IFFT}\right\{X_v^{\′\′}\left\}\right|}^2\right)$

其中，argmin{·}表示函数取得最小值时所使用的判据条件，通过这样搜索加权系数b_v可以尽可能降低VLC-OFDM系统中的单极性OFDM时域实信号的PAPR。当V＝1时，就是原始的OFDM时域信号。

下面提供实验数据来验证本发明实施例提供的方法(简称FFT-S-PTS)可以降低单极性OFDM时域实信号的PAPR。实验条件是：128个子载波信号，采用16阶的振幅移相键控(Amplitude Phase ShiftKeying，APSK)调制方式，分成4个小组，采用插值分配的方法，PTS算法中采用交织分割方式分割成4个子块信号，相位旋转因子为{1,-1}，仿真次数为10⁴。仿真结果如图9所示，图9所示仿真结果将原始OFDM信号、FFT展开法、PTS方法以及利用FFT-S-PTS方法四种方法的峰均比性能进行仿真比较。x轴表示某一门限值PAPR0的大小，y轴表示OFDM信号的峰均比超过门限值PAPR0的概率，CCDF是OFDM信号的峰均比的互补累积概率分布函数(Complementary Cumulative DistributionFunction，CCDF)，即OFDM信号的峰均比大于某个门限值PAPR0的概率。

从图9中可以看出，采用FFT-S-PTS方法的峰均比性能最好，未采用任何方法的原始OFDM信号的峰均比性能最差，FFT展开方法和PTS方法的性能介于两者之间。当CCDF的值为10^-4时，FFT-S-PTS方法比其它三种方法的峰均比分别降低了大约1.2dB、2.7dB、3.6dB。仿真结果表明，本发明实施例提供的方法可以有效提高OFDM系统的峰均比性能。

与上述方法实施例相对应，本发明实施例还提供一种应用于OFDM技术的可见光通信VLC系统中的信号处理装置，其结构示意图如图10所示，可以包括：串并转换单元11、调制映射单元12、变换单元13、重配置单元14、第一处理单元15和第二处理单元16。其中，

串并转换单元11，用于对一路串行的随机二进制信号进行串并转换，得到多路子载波信号，所有子载波信号包含的数据构成随机二进制信号。

调制映射单元12，用于对每路子载波信号进行调制映射，得到每路子载波信号对应的复信号。

在本发明实施例中，串并转换是将串行数据转换为并行数据，这样一路串行的随机二进制信号在经过串并转换后得到多路子载波信号。并且串并转换以对子载波信号调制映射时采用的方式为依据，即串并转换是将串行的二进制信号数据转换为包括预设比特位数的多路并行的子载波信号数据，每一路并行的子载波信号的长度与采用的调制映射方式有关，调制映射是一种数据映射方式，它是将二进制信号与某些复数数据构成一一对应的关系。

变换单元13，用于对复信号进行分组，并对分组后每组中的复信号分别进行FFT。其中分组是指将复信号划分至不同的小组中，当N个复信号被分成k组，且每组包括m个复信号，则N＝k×m，每个N/k点的FFT所需要的复数乘法和复数加法的运算量分别为：

$n_{\mathrm{mul}}=\frac{N}{2k}{\log }_2\frac{N}{k}$

$n_{\mathrm{add}}=\frac{N}{k}{\log }_2\frac{N}{k}$

对每组分别进行FFT后，算法的复数乘法和复数加法的总运算量分别为：

$N_{\mathrm{mul}}=k\×\frac{N}{2k}{\log }_2\frac{N}{k}=\frac{N}{2}\×{\log }_2\frac{N}{k}$

$N_{\mathrm{add}}=k\×\frac{N}{k}{\log }_2\frac{N}{k}=N\×{\log }_2\frac{N}{k}$

由以上可以明显看出，若k越大，则算法的复数乘法和复数加法的总运算量就越小。也就是说若分组越多，则算法的复杂度就越小。因此，在进行FFT前需要对复信号进行分组，以降低算法的复杂度。

重配置单元14，用于将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置，其中所述第一频域信号为每组复信号进行快速傅里叶变换得到的信号。其中，重新分配的方式包括：集中分配和插值分配，在本发明实施例中可以采用任意一种重新分配方式对第一频域信号进行处理。

上述集中分配的原理为：以每组第一频域信号为单位，按照每组第一频域信号在所有第一频域信号中的先后顺序，依次排序每组第一频域信号，如图3以四组第一频域信号为例阐述的集中分配过程。

插值分配的原理则是：以每组第一频域信号为单位，按照每组第一频域信号在所有第一频域信号中的先后顺序，依次从每组第一频域信号组中抽取一个数据符号进行排序直至每组第一频域信号中的所有数据符号都被抽取完毕，具体过程可以参阅图4所示。

第一处理单元15，用于采用PTS算法对重新配置得到的每路第二频域信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号。

第二处理单元16，用于对双极性OFDM时域实信号添加一个直流偏置处理，得到非负的单极性OFDM时域实信号，其中非负的单极性OFDM时域实信号是指在变化过程中取值大于零点的信号。

应用上述技术方案，一路串行的随机二进制信号经过信号处理装置处理后，可以得到非负的单极性OFDM时域实信号，而在VLC系统中信号形式必须是单极性实信号，因此基于本发明实施例提供的信号处理装置适用于基于OFDM技术的VLC系统。

并且在VLC系统中，单极性OFDM时域实信号的PAPR与子载波信号的自相关性有关，且自相关性越低，单极性OFDM时域实信号出现高的PAPR的概率也越小，本发明实施例提供的信号处理装置通过FFT可以降低子载波信号的自相关性，从而降低单极性OFDM时域实信号的PAPR。由于PTS算法能够有效降低OFDM实信号的PAPR，所以本发明实施例将FFT展开和PTS算法相结合可以进一步降低单极性OFDM时域实信号的PAPR。

在本发明实施例中，第一处理单元15的一种结构示意图可以参阅图11所示，可以包括：分割子单元151、扰码处理子单元152、对称处理子单元153和信号处理子单元154，其中：

分割子单元151，用于分别对每路第二频域信号进行分割第二频域信号，得到每路第二频域信号的多个子块信号。在本发明实施例中，分割每路第二频域信号得到每路第二频域信号中相互不重叠的子块信号，假设第二频域信号为X＝[X₀,X₁...,X_N-1]，其中N为第二频域信号X的长度，那么得到的V个子块信号表示为：{X_v,v＝1,2,...,V}，即满足

其中分割方法可以包括相邻分割，随机分割和交织分割，每种分割方法需要遵循以下原则：

(1)分割后所得的每个子块信号的数据长度与第二频域信号的长度相同，即都为N；

(2)数据符号在每个子块信号中的位置与数据符号在第二频域信号中的位置相同；

(3)在一个子块信号中，除位于第二频域信号中的数据符号外，其他未被数据符号占用的位置均被设置为0。

(4)每路第二频域信号中的数据符号只能出现在一个子块信号内。

(5)每个子块信号中所包含的数据符号数量相同。

如第二频域信号X＝[1,-1,-1,1,1,-1]，在以相邻分割法分割后，得到的三个子块信号如图6所示，其中被加粗框框住的数据符号为第二频域信号中的数据符号。

扰码处理子单元152，用于对每个子块信号进行扰码处理。其中，对每个子块信号进行扰码处理是为了降低高峰均比信号出现的概率，其中一种可行方式是：将每个子块信号与预先为子块信号分配的加权系数相乘，以实现扰码处理。

对称处理子单元153，用于对扰码处理后得到的每个子块信号进行共轭对称处理。

信号处理子单元154，用于对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号。在本发明实施例中，对称处理子单元153对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号可以采用如下两种可行方式：

一种可行方式是：对共轭对称处理后的每个子块信号进行IFFT，得到多路OFDM时域信号，然后对多路OFDM时域信号进行相加得到双极性OFDM时域实信号。

另一种可行方式是：对共轭对称处理后的每个子块信号进行相加，并对相加后得到的信号进行IFFT，得到双极性OFDM时域实信号。

每路第二频域信号在经过分割子单元151、扰码处理子单元152、对称处理子单元153得到每路第二频域信号分别对应的共轭对称的信号，然后由信号处理子单元154对多路共轭对称的信号进行加和处理，得到双极性OFDM时域实信号，该双极性OFDM时域实信号再经过第二处理单元16处理后，得到非负的单极性OFDM时域实信号，使得本发明实施例提供的信号处理装置适用于基于OFDM技术的VLC系统。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读内存(Read-Only Memory，ROM)/随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上对本发明所提供的一种信号处理方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种信号处理方法，应用于基于正交频分复用OFDM技术的可见光通信VLC系统中，其特征在于，所述方法包括：

对一路串行的随机二进制信号进行串并转换，得到多路子载波信号，所有子载波信号包含的数据构成所述随机二进制信号；

对每路所述子载波信号进行调制映射，得到每路所述子载波信号对应的复信号；

对所述复信号进行分组，并对分组后每组所述复信号分别进行快速傅里叶变换；

将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置，其中所述第一频域信号为每组复信号进行快速傅里叶变换得到的信号；

采用部分传输序列PTS算法对重新配置得到的每路第二频域信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号；

对所述双极性OFDM时域实信号添加一个直流偏置处理，得到非负的单极性OFDM时域实信号，其中所述非负的单极性OFDM时域实信号是指在变化过程中取值大于零点的信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用PTS算法对重新配置得到的每路第二频域信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号，包括：

分别对每路所述第二频域信号进行分割，得到每路所述第二频域信号的多个子块信号，其中每个所述子块信号包括的数据符号数量相同，且每个子块信号的数据长度与所述第二频域信号的长度相同，所述数据符号在每个所述子块信号中的位置与数据符号在所述第二频域信号中的位置相同，每个所述子块信号中未被所述数据符号占用的位置均被设置为0；

对每个所述子块信号进行扰码处理，并对扰码处理后得到的每个子块信号进行共轭对称处理；

对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号，包括：

对共轭对称处理后的每个子块信号进行快速傅里叶逆变换，得到多路时域OFDM信号，并对多路时域OFDM信号进行相加，得到双极性OFDM时域实信号；

或者

对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号，包括：对共轭对称处理后的每个子块信号进行相加，并对相加后得到的信号进行快速傅里叶逆变换，得到双极性OFDM时域实信号。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对每个所述子块信号进行扰码处理，包括：

将每个所述子块信号与预先为所述子块信号分配的加权系数相乘，以实现扰码处理，其中所述预先为所述子块信号分配的加权系数之间满足共轭对称的关系。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置，包括：以每组第一频域信号为单位，按照每组第一频域信号在所有第一频域信号中的先后顺序，依次排序每组第一频域信号；

或者

将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置，包括：以每组第一频域信号为单位，按照每组第一频域信号在所有第一频域信号中的先后顺序，依次从每组第一频域信号组中抽取一个数据符号进行排序直至每组第一频域信号中的所有数据符号都被抽取完毕。

6.一种信号处理装置，应用于基于正交频分复用OFDM技术的可见光通信VLC系统中，其特征在于，所述装置包括：

串并转换单元，用于对一路串行的随机二进制信号进行串并转换，得到多路子载波信号，所有子载波信号包含的数据构成所述随机二进制信号；

调制映射单元，用于对每路所述子载波信号进行调制映射，得到每路所述子载波信号对应的复信号；

变换单元，用于对所述复信号进行分组，并对分组后每组中的所述复信号分别进行快速傅里叶变换；

重配置单元，用于将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置，其中所述第一频域信号为每组复信号进行快速傅里叶变换得到的信号；

第一处理单元，用于采用部分传输序列PTS算法对重新配置得到的每路第二频域信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号；

第二处理单元，用于对所述双极性OFDM时域实信号添加一个直流偏置处理，得到非负的单极性OFDM时域实信号，其中所述非负的单极性OFDM时域实信号是指在变化过程中取值大于零点的信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一处理单元包括：

分割子单元，用于分别对所述第二频域信号进行分割，得到每路所述第二频域信号的多个子块信号，其中每路所述子块信号包括的数据符号数量相同，且每个子块信号的数据长度与所述第二频域信号的长度相同，所述数据符号在每个所述子块信号中的位置与数据符号在所述第二频域信号中的位置相同，每个所述子块信号中未被所述数据符号占用的位置均被设置为0；

扰码处理子单元，用于对每个所述子块信号进行扰码处理；

对称处理子单元，用于对扰码处理后得到的每个子块信号进行共轭对称处理；

信号处理子单元，用于对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述信号处理子单元对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号，包括：

对共轭对称处理后的每个子块信号进行快速傅里叶逆变换，得到多路时域OFDM信号，并对多路时域OFDM信号进行相加，得到双极性OFDM时域实信号；

或者

对共轭对称处理后的每个子块信号进行处理，得到双极性OFDM时域实信号，包括：对共轭对称处理后的每个子块信号进行相加，并对相加后得到的信号进行快速傅里叶逆变换，得到双极性OFDM时域实信号。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述扰码处理子单元对每个所述子块信号进行扰码处理，包括：

将每个所述子块信号与预先为所述子块信号分配的加权系数相乘，以实现扰码处理，其中所述预先为所述子块信号分配的加权系数之间满足共轭对称的关系。

10.根据权利要求6至9任意一项所述的装置，其特征在于，所述重配置单元将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置，包括：以每组第一频域信号为单位，按照每组第一频域信号在所有第一频域信号中的先后顺序，依次排序每组第一频域信号；

或者

将每路所述子载波信号对应的所有第一频域信号进行重新配置，包括：以每组第一频域信号为单位，按照每组第一频域信号在所有第一频域信号中的先后顺序，依次从每组第一频域信号组中抽取一个数据符号进行排序直至每组第一频域信号中的所有数据符号都被抽取完毕。