引用本文:

袁建国,李尚晋,赵富强. ACO-OFDM系统中一种改进的DST预编码峰均比抑制方法[J]. 光通信技术,2020,44(6):6-10.

ACO-OFDM系统中一种改进的DST预编码峰均比抑制方法

袁建国,李尚晋,赵富强

(重庆邮电大学 光电信息感测与传输技术重庆市重点实验室,重庆 400065)

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摘要:针对可见光通信非对称削波光正交频分复用(ACO-OFDM)系统中峰均比(PAPR)较高的缺点,基于通用预编码(GP)方法提出一种改进的离散正弦变换GP(DST-GP)方法。该方法基于GP方法将DST矩阵扩展为非对称矩阵以获得更佳PAPR抑制性能,并根据GP方法优化了扩展部分的计算。仿真结果与分析表明:与DST方法相比,所提出的DST-GP方法以较低成本获得更佳PAPR抑制性能,并且取得PAPR抑制性能与计算复杂度之间的良好折中。

关键词:峰均比;通用预编码方法;离散正弦变换;复杂度;非对称削波光正交频分复用

中图分类号:TN929.12  文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)06-0006-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.06.002

0 引言
   随着可见光通信(VLC)技术快速发展,正交频分复用(OFDM)系统因其使用正交多载波调制信号,具有高带宽效率、抗多径延迟和衰落以及易与其它技术相结合等优点[1],在VLC中得到越来越多的应用。非对称削波光OFDM(ACO-OFDM)系统是最基本的可见光OFDM系统之一[2],在进行离散逆傅里叶变换(IFFT)前令输入矩阵满足厄密特对称,且只使用奇数子载波传输数据,在IFFT后削去负值,从而得到单极性实数信号。ACO-OFDM系统无下削波噪声且能量效率较高,因而得到广泛研究。
   VLC的核心器件LED是一个典型非线性器件,它负责信号的传输,采用强度调制/直接检测 (IM/DD)后使信号进入LED时变为单极性实数信号。然而,OFDM系统是一个多载波系统,在不同频率下同时发送多个窄带信号,当多个相同相位信号叠加时,会产生很大峰值,导致高峰均比(PAPR)。这种高PAPR信号在通过LED时会导致严重的上削波噪声和非线性 失真,恶化系统性能。因此,解决ACO-OFDM系统中高PAPR问题非常重要。
   近年来,人们提出多种方法以解决OFDM系统中高PAPR问题[3-6],如预失真技术、概率类技术和预编码技术[7-11]。其中,预编码技术是将星座映射后的信号乘以预设好的酉变换矩阵,再进行IFFT用于传输信号。由于酉矩阵性质,经酉变换矩阵处理后的信号最大峰值功率降低,因而可以抑制信号PAPR。前述酉变换矩阵有离散正弦变换(DST)矩阵、Zaoff-Chu变换(ZCT)矩阵、离散傅里叶变换(DFT)矩阵、离散哈特莱变换(DHT)矩阵和预编码矩阵(PM)[12]。PM是一个非对称的DFT矩阵,可以根据需要将原始信号的调制数据扩展以灵活地抑制PAPR。该方法性能比原预编码技术更佳,但随着扩展部分增大,计算复杂度也迅速增加。为克服PM方法带来的高计算复杂度问题,Hsu等人提出一种通用预编码(GP)方法[13]降低计算复杂度,并将其推广应用于DFT、DHT和ZCT预编码技术。但其它预编码技术,如DST并不能直接应用其原理。
   本文根据GP方法原理将其改进,以应用于DST预编码技术中,提出一种改进的DST通用预编码(DST-GP)方法,以较低成本获得PAPR抑制性能提升,取得PAPR抑制性能和计算复杂度间的良好折中。

4 结束语
    PM方法是抑制ACO-OFDM系统PAPR的有效方法,但存在复杂度过高的缺点。本文重点研究了GP方法,并基于DST预编码技术将其改进,提出了一种DST-GP方法。该方法可通过调节数据扩展的大小灵活地调节PAPR抑制性能,并根据DST、GP方法原理优化了扩展部分的计算,其计算复杂度不会随着扩展部分增大而迅速增加。仿真结果表明:相比于DST方法,DST-GP方法的PAPR抑制性能更佳,且复杂度提升较小;相比于PM方法,DST-GP方法有效地降低了计算复杂度,可以在达到较好的PAPR抑制性能的同时兼顾计算复杂度,具有良好的优越性。