CN116346235A - 一种基于im/dd的弹性分组三层混合o-ofdm方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于IM/DD的弹性分组三层混合O‑OFDM方法,利用三层O‑OFDM信号混合传输,同时,第三层的子载波分组是可变的,能够更灵活地适应不同的信道状况,且提升了子载波的利用效率。相比LACO‑OFDM,FTHO‑OFDM的分层数目固定为三层,因此,接收机具有固定的复杂度和处理时延,不会随着分层数目的增加,相比分层数目大于三层的LACO‑OFDM,降低了接收机的复杂度和处理时延,同时,传输性能没有明显降低,本发明与LACO‑OFDM的解调方式相同,在接收端均采用迭代检测的方式,但在相同的频谱效率下,由于本发明的分层数目固定为三层,因此只需要迭代两次,对于计算复杂度随着分层数目而增加的LACO‑OFDM而言,本发明显著降低了接收机的复杂度和处理时延,并且更适合实际实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于IM/DD的弹性分组三层混合O-OFDM方法,属于光通信技术领域。
背景技术
在光通信领域,强度调制直接检测(IM/DD)是一种流行的调制方法,它借助光的强度进行信息的传输,具有实现简单、成本低的优势,广泛地应用于光纤通信、无线光通信等光通信领域。同时,正交频谱复用(OFDM)技术具有频谱效率高、能够有效对抗码间串扰等优势,因此,在光通信领域,基于IM/DD的光OFDM(O-OFDM)成为一种热门技术。
在基于IM/DD的系统中,传输信号被限定为非负性的,因而催生了多种O-OFDM方法,典型的代表包括直流偏置O-OFDM(DCO-OFDM)、非对称限幅O-OFDM(ACO-OFDM)、混合ACO-OFDM(HACO-OFDM)、自适应偏置O-OFDM(ABO-OFDM)、三层混合O-OFDM(THO-OFDM)等。DCO-OFDM采用添加直流偏置的方式保证非负性,实现简单但功率效率较低,为此,功率更为高效的ACO-OFDM方法被提出,采用限幅的方式产生但ACO-OFDM只利用了一半的子载波进行传输,具有较低的频谱效率。为了提升频谱效率,HACO-OFDM在ACO-OFDM信号的基础上,叠加了脉幅调制离散多音(PAM-DMT)信号,提升了频谱效率,但在HACO-OFDM中,仍存在1/4的子载波资源未得到利用。ABO-OFDM方法根据信号的幅度,自适应地添加偏置信号,实现了高效的功率效率,同时,接收复杂度得到了大幅地降低。但ABO-OFDM存在与HACO-OFDM同样的问题,未能实现子载波的高效利用。THO-OFDM利用三个O-OFDM进行混合传输提升子载波利用率,但THO-OFDM的子载波利用率固定为87.5%,仍然未能充分地利用子载波资源。目前,虽然存在能够充分地利用子载波资源的O-OFDM方法,例如分层ACO-OFDM(LACO-OFDM),但由于分层数目过多,导致较高的接收复杂度和处理时延。虽然存在低复杂的自适应偏置分层O-OFDM(ABLO-OFDM)方法,但复杂度降低的代价是传输性能的明显下降。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种基于IM/DD的弹性分组三层混合O-OFDM方法,利用三层O-OFDM信号混合传输,同时,第三层的子载波分组是可变的,能够更灵活地适应不同的信道状况,且提升了子载波的利用效率。相比LACO-OFDM,FTHO-OFDM的分层数目固定为三层,因此,接收机具有固定的复杂度和处理时延,不会随着分层数目的增加,相比分层数目大于三层的LACO-OFDM,降低了接收机的复杂度和处理时延,同时,传输性能没有明显降低。
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,本发明提供了一种基于IM/DD的弹性分组三层混合O-OFDM方法,包括:
获取传输比特,将传输比特分为三路;
将两路传输比特经过正交振幅调制和脉冲幅度调制后,分别进行串并变换并利用奇数子载波和偶数子载波的虚数部分进行符号传输,产生ACO-OFDM和PAM-DMT的频域信号;
将第三路传输比特采用弹性的子载波分组方法进行分组,计算获取频域信号Zk;
对频域信号Zk执行N/2点IFFT操作,生成Zk的时域信号zn;
基于时域信号zn,获取自适应偏置信号bn;
将第n个采样时刻的ACO-OFDM和PAM-DMT的未限幅时域信号分别表示为xn和yn,n=0,1,…,N-1,
进一步的,将第三路传输比特采用弹性的子载波分组方法进行分组,计算获取频域信号Zk,包括:
所述子载波分组方法表示为:Ω={k|k=2g-1(2i+1),i=0,1,…,N/2g,g=1,2,…,G},其中,G表示第三层的深度,通过调整G的取值,实现第三层子载波分组的灵活弹性调整;
在弹性分组基础上,频域信号通过下式产生
其中,Pk表示分配至第k个子载波的PAM符号。
进一步的,基于时域信号zn,获取自适应偏置信号bn,包括:
进一步的,采用迭代检测的方式,逐个检测各层O-OFDM信号,将接收信号经过FFT操作转换成频域信号,首先进行ACO-OFDM频域信号检测,根据ACO-OFDM的检测符号还原ACO-OFDM的限幅噪声,并从偶数子载波去除ACO-OFDM的限幅噪声后,进行PAM-DMT频域信号检测,并根据PAM-DMT的检测符号还原PAM-DMT的限幅噪声,并从偶数子载波的实部去除PAM-DMT的限幅噪声后,进行第三层O-OFDM频域信号检测。
第二方面,本发明提供一种基于IM/DD的弹性分组三层混合O-OFDM装置,包括:
获取模块,用于获取传输比特,将传输比特分为三路;
频域信号产生模块,用于将两路传输比特经过正交振幅调制和脉冲幅度调制后,分别进行串并变换并利用奇数子载波和偶数子载波的虚数部分进行符号传输,产生ACO-OFDM和PAM-DMT的频域信号;
频域信号获取模块,用于将第三路传输比特采用弹性的子载波分组方法进行分组,计算获取频域信号Zk;
时域信号获取模块,用于对频域信号Zk执行N/2点IFFT操作,生成Zk的时域信号zn;
自适应偏置信号获取模块,用于基于时域信号zn,获取自适应偏置信号bn;
第三方面,本发明提供一种电子设备,包括处理器及存储介质;
所述存储介质用于存储指令;
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据前述任一项所述方法的步骤。
第四方面,本发明提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现前述任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果:
本发明提供一种基于IM/DD的弹性分组三层混合O-OFDM方法,相较于传统的ACO-OFDM、HACO-OFDM、ABO-OFDM、THO-OFDM等方法,本发明能够达到与LACO-OFDM相同的频谱效率,从而实现子载波资源的充分利用。此外,第三层的子载波可以实现子载波的弹性分组,能够根据需要灵活调整用于数据传输的子载波组的数量,从而为通信提供了额外的自由度。
本发明与LACO-OFDM的解调方式相同,在接收端均采用迭代检测的方式。但在相同的频谱效率下,由于本发明的分层数目固定为三层,因此只需要迭代两次,对于计算复杂度随着分层数目而增加的LACO-OFDM而言,本发明显著降低了接收机的复杂度和处理时延,并且更适合实际实施。
同时,当采用更多子载波传输时,本发明在峰均功率比(PAPR)方面优于LACO-OFDM,这表明在抑制非线性失真方面表现更好。在考虑LED的非线性时,本发明显示了在误码率(BER)性能上的优越性,有效地提升了光通信的传输性能。
附图说明
图1为本发明中的发射机结构框图;
图2为本发明中的接收机结构框图;
图3为不同O-OFDM方案的PAPR性能对比图;
图4为不同O-OFDM方案在不同Eb/N0下的BER性能示意图。
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。
实施例1
本实施例介绍一种基于IM/DD的弹性分组三层混合O-OFDM方法,包括:
获取传输比特,将传输比特分为三路;
将两路传输比特经过正交振幅调制和脉冲幅度调制后,分别进行串并变换并利用奇数子载波和偶数子载波的虚数部分进行符号传输,产生ACO-OFDM和PAM-DMT的频域信号;
将第三路传输比特采用弹性的子载波分组方法进行分组,计算获取频域信号Zk;
对频域信号Zk执行N/2点IFFT操作,生成Zk的时域信号zn;
基于时域信号zn,获取自适应偏置信号bn;
将第n个采样时刻的ACO-OFDM和PAM-DMT的未限幅时域信号分别表示为xn和yn,n=0,1,…,N-1,
本实施例提供的基于IM/DD的弹性分组三层混合O-OFDM方法,其应用过程具体涉及如下步骤:
步骤1:提出的FTHO-OFDM方法采用三层O-OFDM信号混合传输方式,FTHO-OFDM的前两层为ACO-OFDM和PAM-DMT信号,两路传输比特首先经过正交振幅调制(QAM)和脉冲幅度调制(PAM),接着分别进行串并变换并利用奇数子载波和偶数子载波的虚数部分进行符号传输,产生ACO-OFDM和PAM-DMT的频域信号后,通过IFFT操作转换为时域信号,将第n个采样时刻的ACO-OFDM和PAM-DMT的未限幅时域信号分别表示为xn和yn,n=0,1,…,N-1,进一步地通过并串转换和限幅操作产生非负性信号和/> 则表示削波负部分操作;
步骤2:第三层的O-OFDM采用弹性的子载波分组方法,令k表示子载波的序号,N表示系统的子载波总数目,第三层O-OFDM的子载波分组可以表示为Ω={k|k=2g-1(2i+1),i=0,1,…,N/2g,g=1,2,…,G},其中,G表示第三层的深度,可以通过调整G的取值,实现第三层子载波分组的灵活弹性调整,在弹性分组基础上,频域信号可以通过下式产生
其中,Pk表示分配至第k个子载波的PAM符号,进一步地,针对频域信号Zk,k=0,1,…,N/2,执行N/2点IFFT操作,生成Zk的时域信号,表示为zn,n=0,1,…,N/2-1;
步骤3:利用自适应偏置生成非负性信号,自适应偏置信号由时域信号序列和/>q=0,1,…,2G+1-1的最小值决定,其中,mod()表示取余数操作,将自适应偏置信号表示为bn,bn通过下面的公式进行计算:
步骤5:将三层的O-OFDM信号混合叠加,产生FTHO-OFDM信号,表示为
FTHO-OFDM信号经过数模转换后,进一步地输入至LED驱动其发光;
步骤6:接收端采用迭代检测的方式,逐个检测各层O-OFDM信号,将接收信号经过FFT操作转换成频域信号,首先进行第一层ACO-OFDM的信号检测,根据ACO-OFDM的检测符号还原ACO-OFDM的限幅噪声,并从偶数子载波去除ACO-OFDM的限幅噪声后,进行第二层PAM-DMT的信号检测,并根据PAM-DMT的检测符号还原PAM-DMT的限幅噪声,并从偶数子载波的实部去除PAM-DMT的限幅噪声后,进行第三层O-OFDM的信号检测。
图1为一种基于IM/DD的弹性分组三层混合O-OFDM方法的发射机结构框图,从图中可以看到,在实现相同频谱效率的情况下,对于L层的LACO-OFDM的发射器,需要L个IFFT操作,而所提出的FTHO-OFDM的发射器只需要三个IFFT操作。因此,本发明在硬件实现上具有更低的复杂度。
图2为基于IM/DD的弹性分组三层混合O-OFDM方法的接收机结构框图,在接收端,FTHO-OFDM和LACO-OFDM虽然都是采用迭代检测的方式,然而由于本发明的分层数目固定为三层,因此迭代次数明显少于LACO-OFDM,因此,本发明具有比LACO-OFDM更低的接收复杂度和处理时延。
图3为所提的FTHO-OFDM方法与LACO-OFDM的PAPR性能对比图。横坐标PAPR0为设定的PAPR的变换范围,纵坐标为互补累计分布函数曲线Pr[PAPR>PAPR0],表示系统PAPR分布大于PAPR0的概率。其中,G=1、G=2和G=3的FTHO-OFDM方法具有与L=3、L=4和L=5相同的频谱效率。并且可以看出,在相同的频谱效率情况下,对于给定PAPR0,当G=1和G=2时,FTHO-OFDM的Pr[PAPR>PAPR0]与LACO-OFDM相同,具有相同的PAPR性能,当G=3时,FTHO-OFDM具有比LACO-OFDM更低的PAPR,意味着本发明在抗非线性能力方面更加优越。
图4为不同O-OFDM方案在不同Eb/N0下的BER性能,从图中可以观察到,在相同频谱效率的情况下,本发明能够获得与LACO-OFDM相近的BER性能,保证了传输的可靠性。
本发明提出了一种弹性分组三层混合O-OFDM(FTHO-OFDM)方法,利用三层O-OFDM信号混合传输,同时,第三层的子载波分组是可变的,能够更灵活地适应不同的信道状况,且提升了子载波的利用效率。相比LACO-OFDM,FTHO-OFDM的分层数目固定为三层,因此,接收机具有固定的复杂度和处理时延,不会随着分层数目的增加,相比分层数目大于三层的LACO-OFDM,降低了接收机的复杂度和处理时延,同时,传输性能没有明显降低。
实施例2
本实施例提供一种基于IM/DD的弹性分组三层混合O-OFDM装置,包括:
获取模块,用于获取传输比特,将传输比特分为三路;
频域信号产生模块,用于将两路传输比特经过正交振幅调制和脉冲幅度调制后,分别进行串并变换并利用奇数子载波和偶数子载波的虚数部分进行符号传输,产生ACO-OFDM和PAM-DMT的频域信号;
频域信号获取模块,用于将第三路传输比特采用弹性的子载波分组方法进行分组,计算获取频域信号Zk;
时域信号获取模块,用于对频域信号Zk执行N/2点IFFT操作,生成Zk的时域信号zn;
自适应偏置信号获取模块,用于基于时域信号zn,获取自适应偏置信号bn;
实施例3
本实施例提供一种电子设备,包括处理器及存储介质;
所述存储介质用于存储指令;
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例1中任一项所述方法的步骤。
实施例4
本实施例提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现实施例1中任一项所述方法的步骤。
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 (10)
1.一种基于IM/DD的弹性分组三层混合O-OFDM方法,其特征在于,包括:
获取传输比特,将传输比特分为三路;
将两路传输比特经过正交振幅调制和脉冲幅度调制后,分别进行串并变换并利用奇数子载波和偶数子载波的虚数部分进行符号传输,产生ACO-OFDM和PAM-DMT的频域信号;
将第三路传输比特采用弹性的子载波分组方法进行分组,计算获取频域信号Zk;
对频域信号Zk执行N/2点IFFT操作,生成Zk的时域信号zn;
基于时域信号zn,获取自适应偏置信号bn;
7.根据权利要求1所述的基于IM/DD的弹性分组三层混合O-OFDM方法,其特征在于,采用迭代检测的方式,逐个检测各层O-OFDM信号,将接收信号经过FFT操作转换成频域信号,首先进行ACO-OFDM频域信号检测,根据ACO-OFDM的检测符号还原ACO-OFDM的限幅噪声,并从偶数子载波去除ACO-OFDM的限幅噪声后,进行PAM-DMT频域信号检测,并根据PAM-DMT的检测符号还原PAM-DMT的限幅噪声,并从偶数子载波的实部去除PAM-DMT的限幅噪声后,进行第三层O-OFDM频域信号检测。
8.一种基于IM/DD的弹性分组三层混合O-OFDM装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取传输比特,将传输比特分为三路;
频域信号产生模块,用于将两路传输比特经过正交振幅调制和脉冲幅度调制后,分别进行串并变换并利用奇数子载波和偶数子载波的虚数部分进行符号传输,产生ACO-OFDM和PAM-DMT的频域信号;
频域信号获取模块,用于将第三路传输比特采用弹性的子载波分组方法进行分组,计算获取频域信号Zk;
时域信号获取模块,用于对频域信号Zk执行N/2点IFFT操作,生成Zk的时域信号zn;
自适应偏置信号获取模块,用于基于时域信号zn,获取自适应偏置信号bn;
9.一种电子设备,其特征在于:包括处理器及存储介质;
所述存储介质用于存储指令;
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1~7任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于:该程序被处理器执行时实现权利要求1~7任一项所述方法的步骤。
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Cited By (2)
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CN117978286A (zh) * | 2024-04-01 | 2024-05-03 | 南京信息工程大学 | 一种融合高精度调光的预处理ablo-ofdm方法、装置、介质及设备 |
CN118367993A (zh) * | 2024-06-20 | 2024-07-19 | 南京信息工程大学 | 一种功率高效的自适应偏置分层光ofdm方法及系统 |
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- 2022-12-28 CN CN202211693763.XA patent/CN116346235A/zh active Pending
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