本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于哈特萊變換降低光OFDM系統(tǒng)PAPR的U率壓擴(kuò)方法。

背景技術(shù)：

正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM， Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一種多載波調(diào)制技術(shù)，具有良好的抗多徑能力、高頻譜利用率及實現(xiàn)簡單等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代通信系統(tǒng)，成為通信系統(tǒng)中關(guān)鍵核心技術(shù)。將OFDM技術(shù)應(yīng)用于光通信鄰域是近幾年研究的熱點。將OFDM技術(shù)與光通信相結(jié)合，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的傳輸速率以及抗多徑干擾能力，有效的改善光通信系統(tǒng)的性能。

OFDM調(diào)制技術(shù)可以將高速串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成多路低速子數(shù)據(jù)流并調(diào)制在多個正交子載波上，拓寬碼元周期，減少信道時延造成的碼間干擾；同時，OFDM技術(shù)通過在每個OFDM符號之間加入保護(hù)間隔來進(jìn)一步消除多徑效應(yīng)對通信系統(tǒng)的影響。因此，在通信系統(tǒng)中使用OFDM調(diào)制技術(shù)可以有效降低信道干擾對系統(tǒng)性能造成的影響，有助于實現(xiàn)高速低損耗的無線通信。

OFDM系統(tǒng)也存在缺陷，其中之一就是由于OFDM時域信號由多個獨立子載波信號疊加而成，其信號波動范圍很大，多載波間的復(fù)合使OFDM信號具有較高的峰均功率比。這不僅會導(dǎo)致射頻放大器的功率效率降低，增大系統(tǒng)對射頻放大器的要求，而且，過高的PAPR值信號進(jìn)入了器件的非線性工作區(qū)域，會引起非線性失真，產(chǎn)生帶外輻射和互調(diào)干擾，影響通信系統(tǒng)的性能。光通信中一般采用LED作為發(fā)射工具，高峰值信號可能會影響LED的發(fā)光質(zhì)量、使用壽命。一旦傳輸信號出現(xiàn)高峰值，就會引起載波間干擾，導(dǎo)致非線性失真，從而使通信指標(biāo)惡化。因此降低OFDM系統(tǒng)的PAPR對于通信系統(tǒng)的性能具有非常重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：在保證誤碼率的情況下，驅(qū)動LED發(fā)射工具發(fā)光，降低光OFDM系統(tǒng)的PAPR，降低計算復(fù)雜度，從而改善通信系統(tǒng)的性能。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于哈特萊變換降低光OFDM系統(tǒng)PAPR的U率壓擴(kuò)算法，包括以下步驟：S1、在數(shù)據(jù)發(fā)送端將串行數(shù)據(jù)并行化，將并行數(shù)據(jù)進(jìn)行快速哈特萊逆變換處理，再經(jīng)并串變換，并添加循環(huán)前綴；S2、對S1的數(shù)據(jù)進(jìn)行U率壓擴(kuò)，再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換；S3、對數(shù)模轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)過短距離IM/DD系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送；S4、對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行解壓擴(kuò)，再經(jīng)串并轉(zhuǎn)換；S5、S4得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行快速哈特萊變換，再經(jīng)過并串變換后，解調(diào)輸出。

上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：使用哈特萊變換無需使輸入信號埃爾米特對稱就可以得到實值信號，驅(qū)動LED發(fā)光。進(jìn)針對每一光OFDM符號信號的幅度分布情況，選擇最適宜的U率壓縮擴(kuò)展算法，相比之下，新提出的方案在不影響誤碼率的情況下，能夠更有效的降低光OFDM系統(tǒng)的峰均功率比，降低信號非線性失真，降低硬件成本與計算復(fù)雜，使信息傳輸速率更快，更有效提高系統(tǒng)性能。

附圖說明

圖1是本方案的光OFDM系統(tǒng)框圖；

圖2是FFT與FHT在N階條件下的復(fù)雜度對比表格；

圖3是0-2輸入值下的u率，指數(shù)算法的輸出曲線；

圖4是64子載波下本方案PAPR對比圖；

圖5是256子載波下本方案PAPR對比圖；

圖6是64子載波下本方案誤碼率對比圖；

圖7是256子載波下本方案誤碼率對比圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實例用于說明本發(fā)明。

本發(fā)明針對光OFDM系統(tǒng)存在的高峰均功率比的問題，提出一種基于哈特萊變換降低光OFDM系統(tǒng)PAPR的U率壓擴(kuò)方法。本方案采用哈特萊變換代替?zhèn)鹘y(tǒng)的傅里葉變換，通過仿真選擇效果最好的U率算法，相較傳統(tǒng)壓擴(kuò)方案，在不降低誤碼率性能的情況下，能夠更有效的降低峰均功率比，降低計算復(fù)雜度，提高光OFDM系統(tǒng)的性能。

本發(fā)明按以下步驟實施：

S1、如圖1前6部分所示，光OFDM系統(tǒng)下，輸入的高速串行數(shù)據(jù)流先經(jīng)過調(diào)制星座映射，再轉(zhuǎn)換成低速的并行數(shù)據(jù)流（調(diào)制后的符號數(shù)據(jù)用HK表示）。HK經(jīng)過快速哈特萊逆變換換算成時域信號圖（用hn表示），假設(shè)光OFDM系統(tǒng)的子載波數(shù)為N，經(jīng)過IFHT之后的一個OFDM符號可以表示為：

圖2是FFT與FHT在N階條件下的復(fù)雜度對比表格，從圖中看出，作為一種實現(xiàn)光OFDM更高效的算法，與傅里葉變換相比，哈特萊變換減少了硬件系統(tǒng)對乘法的運算次數(shù)，縮短了運算時間。

S2、如圖1的（7）、（8）所示，經(jīng)過（7）壓擴(kuò)變換對信號進(jìn)行壓擴(kuò)，采用u率、指數(shù)算法的輸入-輸出曲線如圖3所示。圖4和圖5為分別在子載波數(shù)N為64和256情況下，采用u率算法的PAPR效果對比圖，PAPR效果用互補(bǔ)累計分布CCDF來表示：

從圖中可以看出，時域信號經(jīng)過算法變換后，峰均比會有所降低。之后信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成模擬信號。

S3、如圖1的（9）、（10）、（11）所示，對模擬信號進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制系統(tǒng)（IM），讓信號可以被光電探測器接收。信號通過高斯信道后被直接檢測系統(tǒng)（DD）接收信號，并恢復(fù)出模擬信號。

S4、如圖1的（12）、（13）、（14）、（15）所示，模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，通過對應(yīng)的解壓擴(kuò)算法對信號解壓擴(kuò)。之后，檢測循環(huán)前綴的長度類型，并去除掉循環(huán)前綴。然后信號進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，為哈特萊變換做準(zhǔn)備。

S5、如圖1最后四部分所示，根據(jù)S4得到的信號進(jìn)行與S1的逆過程，經(jīng)過哈特萊變換（FHT）之后的一個OFDM符號可以表示為：

之后信號經(jīng)過并串變換，對串行數(shù)據(jù)解調(diào)，然后輸出和（1）串行數(shù)據(jù)流完全相同的輸出數(shù)據(jù)流。（19）和（1）中不同數(shù)據(jù)的占比則是誤碼率。圖6和圖7為這兩種情況下3種方案的誤碼率效果圖，結(jié)合圖4圖5可以看出，新提出的方案在影響誤碼率可以忽略不計的情況下，相較單一的壓縮擴(kuò)展算法會有3.5dB以上不等的效果提升。至此，光OFDM系統(tǒng)整體完成。

由以上實施例可以看出，本方案在不降低誤碼率性能的情況下，能夠更有效的降低峰均功率比，提高光OFDM系統(tǒng)的性能。