CN114900416A - 一种用于ofdm系统的数据发送和接收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于OFDM系统的数据发送和接收方法,其发送方法,包括:对原始数据进行串并转换并将其分配至子载波;对子载波上的传输数据进行QAM调制获取频域数据;对频域数据进行频域数据重组生成频域序列;对频域序列使用N点IDFT映射到时域获取时域数据;对时域数据进行时域数据重组生成时域序列;对时域序列添加循环前缀与保护间隔并进行并串转换生成发送数据;对发送数据进行发送;其接收方法与发送方法对应设置;本发明能够有效降低OFDM系统的运算时延。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于OFDM系统的数据发送和接收方法,属于通信技术领域。
背景技术
正交频分复用技术(Orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM),作为多载波传输方式的一种,其将子信道频谱相互重叠进行并行数据传输,在无需高速均衡器的情况下就可以在对抗窄带脉冲噪声与多径衰落的同时,极大提高了信道的利用度,满足了日益增长的数据传输容量需求,因此可以作为下一代宽带通信的关键技术。由于该复用技术的上述特点可以有效应对光纤中色散效应的影响,近几年业界开始尝试将OFDM技术应用在光纤通信中。与此同时,由于OFDM系统相当依赖于数字信号处理算法,因此如何降低运算量是亟待解决的问题。
为了简化OFDM系统,已经有多种方案被提出。其中,由于离散傅里叶变换算法与OFDM调制原理的相似性,利用离散傅里叶变换代替传统调制中使用的复杂与繁琐的调制器件是最为常用的方法。离散傅里叶变换的快速计算实现在上述改进基础上进一步降低了计算量,是简化OFDM系统的有效手段。如图1所示,为现有的强度调制光OFDM传输算法,其工作原理为:发送端首先将用户数据进行串并变换,将其分配至各个子载波,随后对每个子载波的数据进行QAM调制,提高子载波上单一符号承载的信息量;随后进行Hermitian对称性排布保证时域信号为实数,并使用2N点IDFT将QAM调制数据映射到时域,添加循环前缀与保护间隔避免OFDM系统中的符号间串扰问题,经过并串转换后通过信道传输给接收端;接收端收到信号后首先对OFDM信号进行串并转换并去除循环前缀与保护间隔,然后使用2N点DFT将时域信号转换到频域,QAM解调将单一符号映射为比特数据,最后使用并串转换将原先分配至各子载波的数据还原为原始比特。但是,由于在强度调制传输系统中需保证时域信号为实数,在与QAM调制结合使用时需要将原始信号进行共轭排列,离散傅里叶变换的长度增加了一倍导致运算量的增加,从而增加了OFDM系统的运算时延。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种用于OFDM系统的数据发送和接收方法,能够有效降低OFDM系统的运算时延,从而降低硬件实现成本。
为达到上述目的,本发明是采用下述技术方案实现的:
第一方面,本发明提供了一种用于OFDM系统的数据发送方法,包括:
对原始数据进行串并转换并将其分配至子载波;
对子载波上的传输数据进行QAM调制获取频域数据;
对频域数据进行频域数据重组生成频域序列;
对频域序列使用N点IDFT映射到时域获取时域数据;
对时域数据进行时域数据重组生成时域序列;
对时域序列添加循环前缀与保护间隔并进行并串转换生成发送数据;
对发送数据进行发送。
可选的,所述对频域数据进行频域数据重组生成频域序列包括:
可选的,所述对时域数据进行时域数据重组生成时域序列包括:
可选的,所述对发送数据进行发送包括使用强度调制对发送数据进行传输。
第二方面,本发明提供了一种用于OFDM系统的数据接收方法,包括:
对发送数据进行接收;
对发送数据进行串并转换并去除循环前缀与保护间隔生成时域数据;
对时域数据进行时域数据重组生成时域序列;
对时域序列使用N点DFT映射到频域获取频域数据;
对频域数据进行频域数据重组生成频域序列;
对频域序列进行QAM解调获取子载波上的传输数据;
对子载波上的传输数据进行并串转换获取原始数据。
可选的,所述对时域数据进行时域数据重组生成时域序列包括:
可选的,所述对频域数据进行频域数据重组生成频域序列包括:
可选的,所述对发送数据进行接收包括使用示波器对发送数据进行捕获。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果:
本发明提供的一种用于OFDM系统的数据发送和接收方法,基于现有的强度调制光OFDM传输算法,将原先强度调制光OFDM传输系统中发送端的2N点IDFT运算部分替换为频域信号重组、N点IDFT运算、时域信号重组;接收端的2N点DFT运算部分替换为时域信号重组、N点DFT运算、频域信号重组。其中频域信号重组主要将原始信号经过共轭对称、时反、旋转、相加等操作后形成新的序列,时域信号重组主要将复数信号的实部与虚部映射为长度翻倍的新的实数序列,从而将离散傅里叶变换部分的点数降低了一半,起到了减少运算量的效果。
附图说明
图1是本发明背景技术提供的现有技术的强度调制光OFDM传输算法的流程示意图;
图2是本发明实施例提供的一种用于OFDM系统的数据发送方法的流程图;
图3是本发明实施例提供的发送端对频域数据进行频域数据重组生成频域序列的示意图;
图4是本发明实施例提供的发送端对时域数据进行时域数据重组生成时域序列的示意图;
图5是本发明实施例提供的一种用于OFDM系统的数据接收方法的流程图;
图6是本发明实施例提供的接收端对时域数据进行时域数据重组生成时域序列的示意图;
图7是本发明实施例提供的接收端对频域数据进行频域数据重组生成频域序列的示意图;
图8是本发明实施例提供的一种用于OFDM系统的数据传输方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图2所示,本发明提供了一种用于OFDM系统的数据发送方法,包括以下步骤:
S11、对原始数据(二进制数据)进行串并转换并将其分配至子载波。
S12、对子载波上的传输数据进行QAM调制获取频域数据(QAM星座数据)。
S13、对频域数据进行频域数据重组生成频域序列;
如图3所示,具体包括:
S14、对频域序列使用N点IDFT映射到时域获取时域数据。
S15、对时域数据进行时域数据重组生成时域序列;
如图4所示,具体包括:
S16、对时域序列添加循环前缀与保护间隔并进行并串转换生成发送数据。
S17、对发送数据进行发送。对发送数据进行发送包括使用强度调制对发送数据进行传输。
运算量分析:
在离散傅里叶反变换中,最大的运算需求来自复数乘法,为了简化运算量的衡量,使用复数乘法次数来衡量一次离散傅里叶反变换的运算量。
在现有方案(如图1所示)中,由于强度调制只能传输一路信号,需要将QAM星座映
射后的数据进行Hermitian对称性排布,导致离散傅里叶反变换的长度由增加为,在
使用Cooley–Tukey快速傅里叶变换算法的情况下,排除旋转因子与信号相乘在特殊情
况下退化为实数乘法的特例后,一个点的离散傅里叶反变换需要
次的复数乘法(为正整数),进行Hermitian对称性排布导致长度增加一倍后现有方法在
离散傅里叶反变换上共需要次的复数乘法。
在本专利中,发送端增加的数据重组运算部分的运算量也使用复数乘法次数进行
衡量,其中时域数据重组中无需使用复数乘法,频域数据重组中复数乘法出现在旋转因子上,在QAM星座映射补0后序列长度为的情况下(为正整数),需要进行次的
复数乘法运算。经过重组后,使用的Cooley–Tukey快速傅里叶变换算法的运算长度减少一
半,需要次复数乘法。与现有方法相比,总体运算量减少了
次。例如,当时,现有方法需要9217次复数乘法运算,本专利方案需要5120次复数乘
法运算,减少了4097次复数乘法运算。
如图5所述,本发明提供了一种用于OFDM系统的数据接收方法,包括以下步骤:
S21、对发送数据进行接收;对发送数据进行接收包括使用示波器对发送数据进行捕获。
S22、对发送数据进行串并转换并去除循环前缀与保护间隔生成时域数据。
S23、对时域数据进行时域数据重组生成时域序列;
如图6所示,具体包括:
S24、对时域序列使用N点DFT映射到频域获取频域数据。
S25、对频域数据进行频域数据重组生成频域序列;
如图7所示,具体包括:
S26、对频域序列进行QAM解调获取子载波上的传输数据;
S27、对子载波上的传输数据进行并串转换获取原始数据。
运算量分析:
在离散傅里叶变换中,最大的运算需求来自复数乘法,为了简化运算量的衡量,使用复数乘法次数来衡量一次离散傅里叶变换的运算量。
在现有方案(如图1所示)中,由于发送端将离散傅里叶反变换的长度增加一倍,接
收端也需要将离散傅里叶变换的长度增加一倍到点(为正整数)。与发送端的讨论类
似,在使用Cooley–Tukey快速傅里叶变换算法时需要进行次的复数乘
法。
在本专利中,接收端的时域信号重组无需进行复数乘法,频域数据重组中复数乘
法出现在旋转因子上,在排除了时旋转因子退化为实数的情况后,需要进行
次的复数乘法运算,加上使用Cooley–Tukey快速傅里叶变换算法时需要的
次复数乘法运算后,比现有方案少了次复数乘法运算。例如,当时,现有方案需要9217次复数乘法运算,本专利方案需要5120次复数乘法运算,减
少了4097次复数乘法运算。
如图8所示,为本发明实施例的一种用于OFDM系统的数据的传输流程图。基于现有的强度调制光OFDM传输算法,将原先强度调制光OFDM传输系统中发送端的2N点IDFT运算部分替换为频域信号重组、N点IDFT运算、时域信号重组;接收端的2N点DFT运算部分替换为时域信号重组、N点DFT运算、频域信号重组。其中频域信号重组主要将原始信号经过共轭对称、时反、旋转、相加等操作后形成新的序列,时域信号重组主要将复数信号的实部与虚部映射为长度翻倍的新的实数序列,从而将离散傅里叶变换部分的点数降低了一半,起到了减少运算量的效果。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于OFDM系统的数据发送方法,其特征在于,包括:
对原始数据进行串并转换并将其分配至子载波;
对子载波上的传输数据进行QAM调制获取频域数据;
对频域数据进行频域数据重组生成频域序列;
对频域序列使用N点IDFT映射到时域获取时域数据;
对时域数据进行时域数据重组生成时域序列;
对时域序列添加循环前缀与保护间隔并进行并串转换生成发送数据;
对发送数据进行发送。
4.根据权利要求1所述的一种用于OFDM系统的数据发送方法,其特征在于,所述对发送数据进行发送包括使用强度调制对发送数据进行传输。
5.一种用于OFDM系统的数据接收方法,其特征在于,包括:
对发送数据进行接收;
对发送数据进行串并转换并去除循环前缀与保护间隔生成时域数据;
对时域数据进行时域数据重组生成时域序列;
对时域序列使用N点DFT映射到频域获取频域数据;
对频域数据进行频域数据重组生成频域序列;
对频域序列进行QAM解调获取子载波上的传输数据;
对子载波上的传输数据进行并串转换获取原始数据。
8.根据权利要求5所述的一种用于OFDM系统的数据接收方法,其特征在于,所述对发送数据进行接收包括使用示波器对发送数据进行捕获。
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