CN112511238A - 一种基于im/dd的自适应偏置分层光ofdm方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法，发送端包括如下步骤：将需要发送的符号Q_m按序号分配到L层，分层规则如下：第l层包含第2^l‑1(2i+1)个子载波，L表示分层后子载波的总层数；将上述步骤中分配后的每一层子载波直接叠加后得到频域信号Z_k，再对频域信号Z_k进行反傅里叶变换操作，生成时域信号z_n；计算自适应偏置信号v_n；将上述自适应偏置信号v_n与时域信号z_n相加得到非负发送信号

再将所述非负发送信号

进行数模转换并将转换结果传输至发送端的光学调制器。

Description

一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法。

背景技术

强度调制/直接检测(IM/DD)是一种利用光载波的强度表征传输信号的调制方式，在接受端直接通过光电探测器恢复出原信号。IM/DD传输技术在成本、可靠性等方面具有显著优势，广泛地应用于光纤通信、无线光通信等诸多领域。

正交频分复用(OFDM)是一种具有较高频谱效率的多载波调制技术，可以有效地抵抗传输过程中的多径衰落和符号间干扰，在各类通信系统中得到广泛的应用。在基于IM/DD通信系统中，需要传输非负性的实值信号。因此，传统的射频通信中的OFDM方案无法直接在IM/DD系统中推广使用。针对IM/DD系统，多种专门的光OFDM(O-OFDM)技术方案被提出，主要分为两类：直流偏置的光OFDM(DCO-OFDM)和非对称裁剪的光OFDM(ACO-OFDM)。DCO-OFDM采取对双极性信号叠加直流偏置的方式产生非负性信号，但是，由于直流偏置不承载任何传输信息，会导致DCO-OFDM功率效率低。ACO-OFDM具有较高的功率效率，但是其利用傅里叶变换的特点，仅调制奇数子载波，直接将负的时域信号限幅为零，产生非负信号，从而频谱利用率较低。

进一步的，在不降低功率效率的前提下提高频谱，叠加OOFDM被提出，主要有混合ACO-OFDM(HACO-OFDM)和分层ACO-OFDM(LACO-OFDM)。HACO-OFDM在时域同时传输ACO-OFDM和PAM-DMT，将ACO-OFDM的数据传输速率提高了两倍，并且对系统的误码性能不会造成任何影响，但是增加了系统复杂度。LACO-OFDM中子载波被分为不同的层并由不同种类的ACO-OFDM进行调制，这些载波组合在一起用于同时传输。这样，更多的子载波用于数据传输，从而提高了频谱效率。但是由于每一层的削波过程会对更高层产生干扰，且LACO-OFDM的复杂度相对较高，也会带来时延问题。

传统的ACO-OFDM和DCO-OFMD由于频谱效率和功率效率问题已很少被直接采用。在ACO-OFDM上做改进提出的LACO-OFDM，虽然大幅地提高了频谱效率，但是由于每一层ACO-OFDM进行削波操作时，会对更高层产生干扰，接收端检测时，需要先考虑削减干扰，这必定会带来一定的复杂度和时间延迟问题，对信号的检测也会带来误差。且发送端每一层就需进行一次IFFT操作，更是又增加了不少复杂度。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法。

为实现本发明的目的，提供一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法，发送端包括如下步骤：

s1、将需要发送的符号Q_m按序号分配到L层，分层规则如下：第l层包含第2^l-1(2i+1)个子载波，L表示分层后子载波的总层数，假定每一层具有N个子载波，

s2、将上述步骤s1中分配后的每一层子载波直接叠加后得到频域信号Z_k，再对所述频域信号Z_k进行反傅里叶变换操作，生成时域信号z_n，其中，Z_k表示频域信号Z的第k个子载波，k＝0,1,…,N-1，z_n表示时域信号z的第n个子载波，n＝0,1,…,N-1。

s3、计算自适应偏置信号v_n。

s4、将上述自适应偏置信号v_n与时域信号z_n相加得到非负发送信号

再将所述非负发送信号

进行数模转换并将转换结果传输至发送端的光学调制器。

进一步地，接收端采用标准的OFDM接收器。

进一步地，所述步骤s2中频域信号Z_k的计算公式如下：

其中，Q表示需要发送的符号Q_m，下标

表示它是Q的第

个子载波，*为共轭计算，

其中，

进一步地，所述自适应偏置信号v_n是一个周期序列，v_r是所述自适应偏置信号v_n中的一个周期，且v_r的计算方法如下：

其中，

z_r表示时域信号z的第r个子载波。

跟现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明方法与LACO-OFDM一样具有较高的频谱效率，但直接叠加LACO-OFDM每一层中的未削波信号，消除了LACO-OFDM每层中的削波操作对更高层产生的干扰，再叠加自适应偏置可确保发送信号的非负性。本发明方法的发送端仅需要一个IFFT块，相比较之下，具有L层的LACO-OFDM需要L个IFFT块来生成多个ACO-OFDM信号，降低了发送端的实现复杂度。本发明方案的接收端为标准的OFDM接收器，与LACO-OFDM相比，不需要使用迭代接收器解调每层的ACO-OFDM信号，从而降低了接收端的复杂度，也减少了时延。本发明方法与LACO-OFDM相比，在给定Pr[PAPR>PAPE_F]的情况下，PAPR更低，且在非线性情况下，所提方案的BER性能远好于LACO-OFDM，即本发明方案的系统性能更优，这意味着在非线性情况下，系统也能进行良好的数据传输。

附图说明

图1是一个实施例的一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法的发送端的结构框图；

图2是一个实施例的一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法的接收端的结构框图；

图3是一个实施例的一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法的PAPR性能图；

图4是一个实施例的一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法在非线性情况下的BER性能图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参考图1所示，本发明提供一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法，发送端包括如下步骤：

s1、将需要发送的符号Q_m按序号分配到L层，分层规则如下：第l层包含第2^l-1(2i+1)个子载波，L表示分层后子载波的总层数，假定每一层具有N个子载波，

s2、将上述步骤s1中分配后的每一层子载波直接叠加后得到频域信号Z_k，再对所述频域信号Z_k进行反傅里叶变换操作，生成时域信号z_n，其中，Z_k表示频域信号Z的第k个子载波，k＝0,1,…,N-1，z_n表示时域信号z的第n个子载波，n＝0,1,…,N-1。

s3、计算自适应偏置信号v_n；此时，使得发送信号变为非负所需的自适应偏置的最小值为：

此时，P＝0,1,…,2^L-1。

s4、将上述自适应偏置信号v_n与时域信号z_n相加得到非负发送信号

再将所述非负发送信号

进行数模转换并将转换结果传输至发送端的光学调制器。

图2是一个实施例的一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法的接收端的结构框图，接收端采用标准的OFDM接收器。

在一个实施例中，所述步骤s2中频域信号Z_k的计算公式如下：

其中，Q表示需要发送的符号Q_m，下标

表示它是Q的第

个子载波，*为共轭计算，

在一个实施例中，所述自适应偏置信号v_n是一个周期序列，v_r是所述自适应偏置信号v_n中的一个周期，且v_r的计算方法如下：

其中，

z_r表示时域信号z的第r个子载波。

并且，可以证明上述自适应偏置信号v_r是以N/2^L为周期的周期序列，即

上述自适应偏置信号v_n的频域信号V_k，具有以下特性：

其中，6＝0，1，…，N/2^L-1。

如图3所示，为一种基于强度调制/直接检测的自适应偏置分层光OFDM方法的PAPR性能图。横坐标上PAPR0为设定的峰均比的变换范围，纵坐标互补累计分布函数曲线表示系统PAPR分布大于PAPR0的概率。图2中ABLO-OFDM为所提方案，可以看出在给定Pr[PAPR>PAPR₀]的情况下，所提方案每一层的峰均比都小于LACO-OFDM，即系统性能更好。

如图4所示，为一种基于强度调制/直接检测的自适应偏置分层光OFDM方法在非线性情况下的BER性能图。由于LED随温度和环境变化，并不能一直保持线性特性，图3可以看出所提方案在非线性情况下的BER性能远远好于LACO-OFDM，即系统能在非线性情况下进行良好的数据传输，具有一定的意义。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

需要说明的是，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本申请实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法，其特征在于，发送端包括如下步骤：

s1、将需要发送的符号Q_m按序号分配到L层，分层规则如下：第l层包含第2^l-1(2i+1)个子载波，L表示分层后子载波的总层数，假定每一层具有N个子载波，

s2、将上述步骤s1中分配后的每一层子载波直接叠加后得到频域信号Z_k，再对所述频域信号Z_k进行反傅里叶变换操作，生成时域信号z_n，其中，Z_k表示频域信号z的第k个子载波，k＝0，1，...，N-1，z_n表示时域信号z的第n个子载波，n＝0，1，...，N-1；

s3、计算自适应偏置信号v_n；

s4、将上述自适应偏置信号v_n与时域信号z_n相加得到非负发送信号

再将所述非负发送信号

进行数模转换并将转换结果传输至发送端的光学调制器。

2.根据权利要求1所述的一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法，其特征在于，接收端采用标准的OFDM接收器。

3.根据权利要求1所述的一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法，其特征在于，所述步骤s2中频域信号Z_k的计算公式如下：

其中，Q表示需要发送的符号Q_m，下标

表示它是Q的第

个子载波，*为共轭计算，

4.根据权利要求1所述的一种基于IM/DD的自适应偏置分层光OFDM方法，其特征在于，所述自适应偏置信号v_n是一个周期序列，v_r是所述自适应偏置信号v_n中的一个周期，且v_r的计算方法如下：

其中，

z_r表示时域信号z的第r个子载波。

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