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使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM 信号PAPR的方法及系统

阅读：1022发布：2020-07-09

专利汇可以提供使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM 信号PAPR的方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM 信号 PAPR的方法及系统，方法包括：产生伪随机二进制比特流；进行DFT扩频得到DFT‑Spread‑OFDM基带信号；通过外调制方式产生光毫米波，将DFT‑Spread‑OFDM信号加载到光毫米波上；将光毫米波信号由中心站经标准单模光纤传输至基站，采用光电探测器将光毫米波信号转换成电毫米波信号，并通过天线发送给用户端；在用户端，电毫米波信号经下变频转换为基带信号，再经由发射端逆过程恢复原始信号。本发明相比于传统方法，降低了计算复杂度，提高了DFT‑Spread‑OFDM‑ROF通信系统性能。，下面是使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM 信号PAPR的方法及系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM 信号PAPR的方法，其特征在于，包括：
步骤101，产生伪随机二进制比特流作为原始二进制比特流，并进行串/并转换，将比特流分成M路子比特流，并通过四进制正交幅度调制16QAM映射到N路相互正交的子载波上；其中，N＞M；
步骤102，对带有16QAM信号的M路子载波进行离散傅里叶变换DFT，未使用的N-M路子载波进行补零完成扩频，再对N路子载波进行快速傅里叶逆变换IFFT，然后添加循环前缀并进行数/模转换，得到离散傅里叶变换扩频DFT-spread-OFDM基带信号；
步骤103，利用激光器、射频信号、第一马赫增德尔调制器产生三阶双边带光毫米波，然后通过第二马赫增德尔调制器将DFT-spread-OFDM基带信号加载到双边带光毫米波上，获得DFT-spread-OFDM光毫米波信号；
步骤104，将DFT-spread-OFDM光毫米波信号由中心站进行标准单模光纤传输至基站，通过光电探测器将DFT-spread-OFDM光毫米波信号转换成为DFT-spread-OFDM电毫米波信号，再通过天线发送给用户端；在用户端，对DFT-spread-OFDM电毫米波信号与60GHz本地振荡器产生的正弦信号相乘，然后经过低通滤波器滤掉高频噪声得到DFT-spread-OFDM基带信号，信号经过模/数转换后，进行去循环前缀、N点快速傅里叶变换和M点离散傅里叶逆变换后，再经过并串转换恢复出传输的原始二进制比特流。
2.根据权利要求1所述的使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM信号PAPR的方法，其特征在于，步骤102中，对带有16QAM信号的M路子载波进行离散傅里叶变换后产生的频域采样数据Ak表示如下：
其中，xm表示M个原始输入数据，m＝0，1，...，M-1，k＝0，1，...，M-1。
3.根据权利要求2所述的使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM信号PAPR的方法，其特征在于，步骤103中，对N-M路子载波补零后的N路子载波频域采样数据ck′表示如下：
其中，k′＝0，1，...，N-1
对N路子载波进行快速傅里叶逆变换产生的数据yn表示如下：
yn＝IFFT{ck′}
其中，n＝0，1，...，N-1。
4.根据权利要求1所述的使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM信号PAPR的方法，其特征在于，所述步骤103，具体包括：
利用激光器、10GHz射频信号、第一马赫增德尔调制器产生三阶双边带60GHz光毫米波，然后通过第二马赫增德尔调制器将DFT-spread-OFDM基带信号加载到双边带60GHz光毫米波上，获得DFT-spread-OFDM光毫米波信号。
5.根据权利要求1所述的使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM信号PAPR的方法，其特征在于，所述将DFT-spread-OFDM光毫米波信号由中心站进行标准单模光纤传输至基站，具体为：将DFT-spread-OFDM光毫米波信号由中心站进行20km标准单模光纤传输至基站。

说明书全文

使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM 信号PAPR的方法及

系统

技术领域

[0001] 本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM信号PAPR的方法及系统。

背景技术

[0002] 光毫米波技术可以通过提升频谱带宽来实现超高速无线数据传播，以光毫米波为核心技术的光纤无线通信(ROF)系统成为光纤通信的研究热点。将正交频分复用(OFDM)技术与ROF技术相结合，能有效提高系统的频谱利用率和抗干扰能力。但由于OFDM信号峰值平均功率比(PAPR)较高，使得系统性能因非线性效应而降低。目前已有降低OFDM信号PAPR的方法，例如：预畸变技术，即通过降低峰值功率附近的幅度来降低峰均功率比，但该方法是非线性实现方式，会导致信号失真，增加误码率。选择性映射法(SLM)也是实现降低OFDM信号PAPR方法之一。其主要思想是在对比特流进行快速傅里叶反变换IFFT运算之前，先进行奇偶校验位的处理，使输出信号的PAPR降低，但是SLM需要传送边带信息以提供相位信息来还原原始信号，并且计算复杂度会比较高。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM信号PAPR的方法及系统，能够可以降低OFDM信号的PAPR，提高频带利用率。

[0004] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

[0005] 一种使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM信号PAPR的方法，包括：

[0006] 步骤101，产生伪随机二进制比特流作为原始二进制比特流，并进行串/并转换，将比特流分成M路子比特流，并通过四进制正交幅度调制16QAM映射到N路相互正交的子载波上；其中，N>M；

[0007] 步骤102，对带有16QAM信号的M路子载波进行离散傅里叶变换DFT，未使用的N-M路子载波进行补零完成扩频，再对N路子载波进行快速傅里叶逆变换IFFT,然后添加循环前缀并进行数/模转换，得到离散傅里叶变换扩频DFT-spread-OFDM基带信号；

[0008] 步骤103，利用激光器、射频信号、第一马赫增德尔调制器产生三阶双边带光毫米波，然后通过第二马赫增德尔调制器将DFT-spread-OFDM基带信号加载到双边带光毫米波上，获得DFT-spread-OFDM光毫米波信号；

[0009] 步骤104，将DFT-spread-OFDM光毫米波信号由中心站进行标准单模光纤传输至基站，通过光电探测器将DFT-spread-OFDM光毫米波信号转换成为DFT-spread-OFDM电毫米波信号，再通过天线发送给用户端；在用户端，对DFT-spread-OFDM电毫米波信号与60GHz本地振荡器产生的正弦信号相乘，然后经过低通滤波器滤掉高频噪声得到DFT-spread-OFDM基带信号，信号经过模/数转换后，进行去循环前缀、N点快速傅里叶变换和M点离散傅里叶逆变换后，再经过并串转换恢复出传输的原始二进制比特流。

[0010] 优选的，步骤102中，对带有16QAM信号的M路子载波进行离散傅里叶变换后产生的频域采样数据Ak表示如下：

[0011]

[0012] 其中，xm表示M个原始输入数据，m＝0,1,…,M-1，k＝0,1,…,M-1。

[0013] 优选的，步骤103中，对N-M路子载波补零后的N路子载波频域采样数据ck′表示如下：

[0014]

[0015] 其中，k′＝0,1,…,N-1

[0016] 对N路子载波进行快速傅里叶逆变换产生的数据yn表示如下：

[0017] yn＝IFFT{ck′}

[0018] 其中，n＝0,1,…,N-1。

[0019] 优选的，所述步骤103，具体包括：

[0020] 利用激光器、10GHz射频信号、第一马赫增德尔调制器产生三阶双边带60GHz光毫米波，然后通过第二马赫增德尔调制器将DFT-spread-OFDM基带信号加载到双边带60GHz光毫米波上，获得DFT-spread-OFDM光毫米波信号。

[0021] 优选的，所述将DFT-spread-OFDM光毫米波信号由中心站进行标准单模光纤传输至基站，具体为：将DFT-spread-OFDM光毫米波信号由中心站进行20km标准单模光纤传输至基站。

[0022] 本发明的有益效果如下：

[0023] 本发明一种使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM信号PAPR的方法及系统，采用离散傅里叶变换(DFT)扩频技术，可以降低OFDM信号的PAPR；同时，与现有技术相比，本发明能够降低计算复杂度，有效提高通信系统性能。

[0024] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM信号PAPR的方法及系统不局限于实施例。

附图说明

[0025] 图1为本发明实施例的DFT扩频OFDM信号发射端符号产生框图；

[0026] 图2为本发明实施例的光毫米波产生和DFT-spread-OFDM调制模块原理框图；

[0027] 图3为本发明实施例的DFT-spread-OFDM光纤无线系统模块原理框图；其中图3(a)表示DFT-Spread-OFDM光毫米波信号转换成电毫米波信号的原理框图；其中图3(b)表示将电毫米波信号恢复成原始二进制比特流信号源的原理框图；

[0028] 图4为本发明实施例的OFDM信号PAPR星座图效果比较图；其中图4(a)表示没有用DFT扩频方法的效果图；其中图4(b)表示使用本发明DFT扩频方法的效果图。

[0029] 附图标识：1、信号源；2、M点DFT；3、子载波映射；4、N点IFFT；5、加循环前缀；6、数/模转换；7、DFT-Spread-OFDM模拟信号；8、激光器；9、射频信号RF；10(1)、第一马赫增德尔调制器；10(2)、第二马赫增德尔调制器；11、DFT-Spread-OFDM光毫米波信号；12、光电探测器；13、天线；14、本地震荡信号；15、低通滤波器。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

[0031] 参见图1至3所示，本发明实施例一种使用DFT扩频(Spread)技术降低光毫米波段OFDM信号PAPR的方法，包括如下步骤：

[0032] a，通过MATLAB数据源模块产生伪随机二进制比特流(PRBS)作为原始二进制比特流信号源1，并进行串/并转换得到若干路具有较低速率的子比特流；

[0033] b，进行M点DFT 2(进行M点离散傅里叶变换产生新的数据符号)，并在处理后的数据中进行子载波映射3(扩频处理)，进一步进行N点IFFT 4(进行N点快速傅里叶逆变换处理)；并添加循环前缀5，进行数/模转换6得到DFT-Spread-OFDM模拟信号7；

[0034] c，用中心频率为193.1THz的激光器8和10GHz的射频信号RF 9来驱动和调制第一马赫增德尔调制器10(1)，产生双边带60GHz光毫米波；

[0035] d，通过第二马赫增德尔调制器10(2)将DFT-Spread-OFDM模拟信号加载到双边带60GHz光毫米波上产生DFT-Spread-OFDM光毫米波信号11；

[0036] e，将DFT-Spread-OFDM光毫米波信号11由中心站进行20km标准单模光纤传输至基站；

[0037] f，在基站端，DFT-Spread-OFDM光毫米波信号11由光电探测器12(PD)拍频，进行光电变换转换成60GHz电毫米波信号；

[0038] g，由所述60GHz电毫米波信号通过天线13进行传播；在用户端接收到电毫米波信号后，与60GHz的本地震荡信号14(LO)混频进行下变频，即接收的高频信号与本地振荡器产生的正弦信号(本振)相乘来进行混频达到降低接收信号频率的目的，然后通过低通滤波器15进行滤波后，得到基带DFT-Spread-OFDM模拟信号，将模拟信号进行模/数转换得到数字信号后，对数字信号进行一系列数字信号处理(DSP)，包括去循环前缀、N点快速傅里叶变换(FFT)、M点离散傅里叶变换(IDFT)、解映射和并/串转换(发射端逆过程)，最后恢复出传输的原始二进制比特流信号源1。

[0039] 参见图4所示，图(a)和图(b)是在信号速率为10Gbits/s、光毫米波频率为60GHz、入纤光功率为2.04dBm的仿真条件下得到数字信号处理端的星座图。图(a)是没有用DFT扩频方法的星座图，图(b)是使用DFT扩频方法的星座图。从图(a)和图(b)中可以明显看出，相比较于没使用DFT扩频方法的图(a)，使用DFT扩频方法后，星座图的点更加集中，这表明使用DFT扩频方法传输性能更好，通过互补累积分布函数可以得出应用该方法的PAPR值更低，进而说明本文使用DFT扩频技术降低光毫米波段OFDM信号PAPR的方法是可行的。

[0040] 以上仅为本发明实例中一个较佳的实施方案。但是，本发明并不限于上述实施方案，凡按本发明所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

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