CN109120567A - 一种基于noma-ofdm/oqam的5g模拟信号传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于NOMA‑OFDM/OQAM的5G模拟信号传输方法，提出采取新型NOMA‑OFDM/OQAM的方法传输5G信号，通过NOMA技术区分多用户业务，每个用户的调制方式采用OFDM/OQAM技术，NOMA技术在功率域区分每个用户，从而在支持多业务异步传输的同时，满足在时频资源上传输信息，提高时频资源利用率。本发明的一种基于NOMA‑OFDM/OQAM的5G模拟信号传输方法提出用OFDM/OQAM技术传输，解决了传统OFDM技术固有高峰均功率比的缺点，不需要循环前缀，通过其本身的滤波器组就可以有效抵抗码间干扰和载波间干扰，从而进一步提升频谱效率。

Description

一种基于NOMA-OFDM/OQAM的5G模拟信号传输方法
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及5G信号在光纤系统中的发送、传输、接收。
背景技术
第五代通信技术(5G)致力于构建信息与通信技术的生态系统，是目前业界最热的课题之一。不同于以前的2G、3G和4G，5G不仅仅是移动通信技术的升级换代，更是未来数字世界的驱动平台和物联网发展的基础设施，将真正创建一个全联接的新世界。
随着人们对互联网信息技术要求的提高，加上对虚拟现实、移动互联网以及物联网、虚拟现实等需求的推动，使得对5G无线系统的研究也逐渐被提上日程。5G无线系统目前仍然处于研究的初级阶段，在实际应用的过程中具有多连接、覆盖广、低成本、可靠性高、高速率、低功耗以及低时延等特点，5G移动网系统与4G无线系统相比，显著提高5-15倍左右的频谱效率，同时也能在一定程度上提高100倍以上的能量效率，降低约100倍左右的单位比特成本，因此为了能够提高5G性能对光纤网络的要求也更高。
C-RAN技术，是在分布式基站的基础上，通过基带集中处理、协作无线电技术以及基于云计算的基础设施，实现网络资源共享和动态负载均衡。该技术能提供更大、更灵活的带宽接入并支持更多运营标准，不仅是当前LTE时代的主流接入方案，而且符合5G移动通信的接入网构架发展趋势。C-RAN由基站处理单元(Baseband ProCeSSing Unit，BBU)、射频拉远单元(Radioremote unit，RRU)及BBU与RRU之间的传输光纤链路组成。BBU和RRU之间传输的信号为基于通用公共无线接口(CPRI)的数字基带信号。在C-RAN系统中，由RRU到BBU之间数据传输称之为无线前传(fronthaul)，目前，面向C-RAN的无线前传承载方式主要有光纤直驱、光传送网(OTN)和无源光网络(PON)系统等。其中，基于光纤直驱的方案需占用较多的光纤资源，建设和维护费用及难度较高；基于OTN的方案虽可节约光纤资源，但系统设备价格较高且难以满足前传数据对频率抖动的要求；基于PON的方案，可重用现有PON系统的光纤网络，节省光纤资源降低无线接入网络升级成本。
因此，对于5G接入网来说，如何借助光纤接入网系统，通过光纤传输技术高效的实现接入数据传输，即通过现有光纤接入网络系统实现高速率、大容量、高谱效率的无线前传数据的传输，是当前研究的热点和难点之一。如何利用一张统一的承载网来满足5G不同业务的承载需求是5G承载网面临的巨大挑战。
发明内容
发明目的：本发明提出采取新型NOMA-OFDM/OQAM(基于功率分配的偏移正交调制)的方法传输5G信号，该方法通过NOMA技术区分多用户业务，每个用户的调制方式采用OFDM/OQAM技术。NOMA技术在功率域区分每个用户，从而在支持多业务异步传输的同时，满足在时频资源上传输信息，提高时频资源利用率；为了解决传统OFDM技术固有高峰均功率比(PAPR)的缺点，本发明提出用OFDM/OQAM技术进行传输。
技术方案：本发明的一种基于NOMA-OFDM/OQAM的5G模拟信号传输方法，包括如下步骤：
步骤1，利用任意波形发生器产生不同的业务类型数据信号；
步骤2，对业务类型数据信号进行OFDM/OQAM调制；
步骤3对调制后的信号进行功率分配，分配至N个用户，再将N个用户的功率叠加在同一个频段形成总功率P进行传输；
步骤4，在发射端，经过功率叠加后的信号使用一个数模转换器转换成模拟电信号，经过光调制器，将模拟电信号转化为光信号，通过掺饵光纤放大器(EDFA)放大以后进入光纤传输，在接收端，通过光电检测器(PD)将光信号转化为模拟电信号，再通过模数转换器(ADC)转换为数字信号，最后对数字信号进行信道估计、均衡、解调、恢复信号。
进一步地，步骤1中，所述业务类型数据可以为语音数据或视频数据，为了区分不同业务，在任意波形发生器中对应的FFT设置选项中选取的大小为2048，1024，512，分别对应超清视频数据，视频数据，语音数据。
进一步地，步骤2中所述业务类型数据信号用OFDM/OQAM调制方法在光纤系统中传输。
进一步地，步骤3中，总功率P表达式为其中pi为给第i个用户分配的功率，xi为第i个用户的时域OFDM/OQAM传输信号。
进一步地，步骤4中，在接收端，采用光电检测器将光信号探测出后，再通过模数转换器转换成数字信号，在解调时，根据用户分配的功率从高到低，其信噪比较高，依次解调，经过模数转换的总信号通过OFDM离散傅里叶变换解调后，先获得功率最高的用户的接收信号，为了解调下一个用户的接收信号，采用NOMA接收端专用的串行干扰消除(SIC)技术，将功率最高的用户的信息重构后从干扰消除，以功率分配降序对其他用户进行逐一解调，最后，可以获得第N个用户的接收信号。
有益效果：
1、本发明提出了采用NOMA技术实现功率分配，NOMA技术在功率域区分每个用户，在支持多业务异步传输的同时，满足在时频资源上传输信息，提高时频资源利用率；
2、本发明传输的信号为模拟信号，实现了光纤系统的传输，满足了未来对系统容量的要求变高的要求；
3、为了解决传统OFDM技术固有高峰均功率比(PAPR)的缺点，采用OFDM/OQAM技术传输，OFDM/OQAM技术与传统的OFDM技术相比不需要循环前缀(CP)，通过其本身的滤波器组就可以有效抵抗码间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)，从而进一步提升频谱效率。
附图说明
图1是OFDM/OQAM的调制解调框图；
图2基于NOMA-OFDM/OQAM的5G模拟信号传输方案。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
由于5G具有大带宽、低时延、海量链接的特点，现在5G信号的承载成为研究热点；光纤通信具有频带宽、传输容量大、抗电磁干扰能力强、保密性强等优点。因此利用光纤承载5G信号进行通信被学者提出。然而目前对于5G信号的承载没有一个很好的方式，同时没有一个很好的方法可以在满足5G灵活性以及用户接入数量较多的情况下完成传输。这无疑是给5G的商业带来了一定的限制条件。
所以本发明提出一种基于NOMA-OFDM/OQAM的5G模拟信号传输方法，该方法通过NOMA技术区分多用户业务，每个用户的调制方式采用OFDM/OQAM技术。NOMA技术在功率域区分每个用户，从而在支持多业务异步传输的同时，满足在时频资源上传输信息，提高时频资源利用率；为了解决传统OFDM技术固有高峰均功率比(PAPR)的缺点，提出采用OFDM/OQAM技术传输。OFDM/OQAM技术与传统的OFDM技术相比另一个重要的提升就是不需要循环前缀(CP)，通过其本身的滤波器组就可以有效抵抗码间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)，从而进一步提升频谱效率。
一种基于NOMA-OFDM/OQAM的5G模拟信号传输，如图2具体包括如下步骤：
步骤1，利用任意波形发生器产生不同的业务类型数据信号；
步骤2，对业务类型数据信号进行OFDM/OQAM调制；
步骤3对调制后的信号进行功率分配，分配至N个用户，再将N个用户的功率叠加在同一个频段形成总功率P进行传输；
步骤4，在发射端，经过功率叠加后的信号使用一个数模转换器转换成模拟电信号，经过光调制器，将模拟电信号转化为光信号，通过掺饵光纤放大器放大以后进入光纤传输，在接收端，通过光电检测器将光信号转化为模拟电信号，再通过模数转换器(ADC)转换为数字信号，最后对数字信号进行信道估计、均衡、解调、恢复信号。
步骤1：所述对于用户业务类型的判断，考虑因素为用户的实时性、用户传输数据的大小、用户的覆盖要求等，信号带宽为100MHZ，载波频率为2.52GHZ，我们使用任意波发生器(AWG)，采样率为100GHz，生成调制信号。为了区分不同业务，可以对应的设置FFT的大小为2048，1024，512。
步骤2：OFDM/OQAM的调制解调框图如图1所示，和分别是第n个符号中第k个子载波上信号的实部和虚部，和是接收端恢复出来的第n个符号第k个子载波上的信号的实部和虚部。h(t)是原型滤波器的脉冲响应，r(t)为基带模拟信号，为上变频和下变频，为上变频的、下变频乘以的系数，Re代表实部，Im代表虚部，与OFDM信号类似，每个OFDM/OQAM子载波间的间隔都是1/T，这里T是符号周期。在发送端，OFDM/OQAM映射之后的复数信号分别是第n个符号中第k个子载波上信号的实部和虚部，同时正交分量相比同相分量延时半个符号周期(T/2)，然后两部分信号都经过已经设计好的滤波器组并调制到n个子载波上形成OFDM/OQAM基带信号。
步骤3，对调制后的信号进行功率分配，分配至N个用户，再将N个用户的功率叠加在同一个频段形成总功率P进行传输，总功率P表达式为其中pi为给第i个用户分配的功率，xi为第i个用户的时域OFDM/OQAM传输信号。
步骤4，根据在发射端分配的各个用户功率不同，使到达接收端每个用户的信道增益、每个用户的信号功率也不一样，串行干扰消除接收机将根据信道增益或者接收端各用户信噪比再按照依次解调的顺序进行多用户的干扰消除，优先解调的用户信号需重构出来并在接收信号当中减去，消除了对其它用户的干扰。
假设用户之间的功率分配关系为p1>p2>p3>…>pn。在接收端，首先采用光检测器将光信号探测出后，再使用一个模数转换器转换成数字信号。由于用户1分配的功率较高，其信噪比较高，因此优先解调，接收信号通过OFDM离散傅里叶变换解调后，可以获得用户1的接收信号。其次，为了解调用户2的接收信号，需要采用NOMA接收端专用的串行干扰消除(SIC)技术，将用户1的信息重构后从干扰消除，接下来所有用户的解调都按照这种方法以及信道增益增序(功率分配降序)进行逐一解调，最后，可以获得第N个用户的接收信号。
用户进行相应的调制以后，进过MZM(马赫曾德尔)光调制器，光调制器将电信号转化为光信号，掺耳光纤放大器用于对信号的放大，光电检测器将光信号转化为电信号，模数转换将模拟信号转化为数字信号。然后对信号进行信道估计、均衡、解调、恢复信号。
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。

Claims (5)

1.一种基于NOMA-OFDM/OQAM的5G模拟信号传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，利用任意波形发生器产生不同的业务类型数据信号；
步骤2，对业务类型数据信号进行OFDM/OQAM调制；
步骤3对调制后的信号进行功率分配，分配至N个用户，再将N个用户的功率叠加在同一个频段形成总功率P进行传输；
步骤4，在发射端，经过功率叠加后的信号使用一个数模转换器转换成模拟电信号，经过光调制器，将模拟电信号转化为光信号，通过掺饵光纤放大器放大以后进入光纤传输，在接收端，通过光电检测器将光信号转化为模拟电信号，再通过模数转换器转换为数字信号，最后对数字信号进行信道估计、均衡、解调、恢复信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于NOMA-OFDM/OQAM的5G模拟信号传输方法，其特征在于，步骤1中，所述业务类型数据可以为语音数据或视频数据，为了区分不同业务，在任意波形发生器中对应的FFT设置选项中选取的大小为2048，1024，512，分别对应超清视频数据，视频数据，语音数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于NOMA-OFDM/OQAM的5G模拟信号传输方法，其特征在于，步骤2中所述业务类型数据信号用OFDM/OQAM调制方法在光纤系统中传输。
4.根据权利要求3所述的一种基于NOMA-OFDM/OQAM的5G模拟信号传输方法，其特征在于，步骤3中，总功率P表达式为其中pi为给第i个用户分配的功率，xi为第i个用户的时域OFDM/OQAM传输信号。
5.根据权利要求4所述的一种基于NOMA-OFDM/OQAM的5G模拟信号传输方法，其特征在于，步骤4中，在接收端，采用光电检测器将光信号探测出后，再通过模数转换器转换成数字信号，在解调时，根据用户分配的功率从高到低，依次解调，经过模数转换的总信号通过OFDM离散傅里叶变换解调后，先获得功率最高的用户的接收信号，为了解调下一个用户的接收信号，采用NOMA接收端专用的串行干扰消除技术，将功率最高的用户的信息重构后从干扰消除，以功率分配降序对其他用户进行逐一解调，最后，可以获得第N个用户的接收信号。
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