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⃝⃝可在www.sciencedirect.com上在线ScienceDirectICT Express 5(2019)202www.elsevier.com/locate/icte可见光通信中光OFDM信号峰均比的降低Abbas Ali Sharifi伊朗博纳卜大学电气工程系接收日期:2018年12月8日;接受日期:2019年在线提供2019年摘要正交频分复用(OFDM)技术被广泛应用于光通信中以实现高速传输。针对可见光通信中直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)和非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)信号峰均功率比(PAPR)过高的问题,提出了一种VLM预编码方法。与Walsh-Hadamard变换(WHT),离散余弦变换(DCT),离散Hartley变换(DHT)的预编码方法的PAPR降低性能进行了比较仿真结果表明,该方法在DCO-OFDM和ACO-OFDM技术中都能有效地降低光信号的峰均比。c2019韩国通信与信息科学研究所(KICS)。出版社:Elsevier B.V.这是一个开放的访问CC BY-NC-ND许可证下的文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。关键词:峰均比; VLM; DCO-OFDM; ACO-OFDM1. 介绍可见光通信(VLC)由于其高速率传输的能力而备受关注[1]。正交频分复用(OFDM)通常用于获得高速传输,并且它消除了符号间干扰[2]。在VLC系统中,OFDM信号波动被用来调制发光二极管(LED)的强度因此,应该将双极性OFDM信号转换为单极信号[1]。用于光通信的OFDM 系 统 有 两 种 类 型 : 直 流 偏 置 光 OFDM ( DCO-OFDM)和非对称限幅光OFDM(ACO-OFDM)系统。在DCO-OFDM 系 统 [3] 中 , 将 DC 偏 置 应 用 于 实 光 OFDM(OOFDM)信号以获得单极信号。在ACO-OFDM系统[4]中,偶数子载波被设置为零,并且仅奇数副载波携带数据符号。在这种情况下,信号被限幅到零以生成正信号。与原始OFDM信号类似,OOFDM信号遭受高峰均功率比(PAPR)。由于高PAPR的影响已经提出了许多降低PAPR的技术,包括限幅和滤波[5]、选择性映射(SLM)[6]、部分发送序列电子邮件地址:sharifi@bonabu.ac.ir。同行评审由韩国通信和信息科学研究所(KICS)负责https://doi.org/10.1016/j.icte.2019.01.001[17][18][19]在限幅技术中,信号幅度被限幅到预定义的水平,因此发生带内失真。SLM和PTS技术都降低了高PAPR的概率。它们需要向接收方发送边信息,这降低了带宽效率。预编码和后编码方法在不破坏误码率(BER)性能并且不需要边信息和附加处理的情况下降低PAPR。已经研究了一些预编码方法,例如本文针对DCO-OFDM和ACO-OFDM信号提出了VLM预编码技术将该方法与WHT、DCT和DHT预编码技术在降低峰均比性能方面进行了比较。实验结果表明,VLM预编码方法比WHT、DCT和DHT预编码方法更有效。第二部分介绍了光OFDM系统的基本原理和峰均比的第三节研究了DCO-OFDM和ACO-OFDM系统中的VLM预编码技术。在这一部分中,还介绍了WHT,DCT和DHT预编码技术第4节模拟结果2405-9595/c2019韩国通信和信息科学研究所(KICS)。Elsevier B. V.提供的出版服务。这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。2nNKN2NHN−HN1A.A. Sharifi / ICT Express 5(2019)202-205203讨论了最后,结论性意见见第5节。2. OOFDM系统模型与PAPR在OOFDM系统中,OFDM信号调制光强度。因此,它应该是真实的和单极的(积极的)。为了具有真实的OOFDM信号,频域基带调制符号X=[X0,X1,.. .,XN-1]T被迫具有厄米特对称性,例如Xk=X<$N−k1kN/2X0=XN/2=0(一)将 序 列 X 应 用 于 IFFT 操 作 以 生 成 时 域 符 号 x=[x0 ,x1,.. . ,xN−1]T.离散时间传输的OOFDM信号的第n个N−1Fig. 1. 采用预编码的DCO-OFDM系统模型。x=1∑X ej2πkn;0≤n≤N−1(2)其中N是IFFT点的数量,并且Xk是第k然后将循环前缀(CP)添加到每个数据块以避免符号间和载波间干扰。为了创建正OOFDM信号,DC偏置被简单地添加到信号。这种单极信号生成方案被称为DCO-OFDM。创建正 信号的另 一种方法是ACO-OFDM。在 ACO-OFDM中,偶数子载波被设置为零,使得X=[0,X1,0,X3,. . .,XN-1]T,并且只有奇数子载波携带数据符号。向量X的元素也被迫具有厄米对称性。所得到的时域信号x是实数,并且具有如下的反对称性质:xk= −xk+N0k N/< 2<(3)因此,ACO-OFDM信号被限幅为零以发送正部分。由于x的反对称性,限幅不会导致任何信息损失。在接收器处,仅解调奇数子载波。OOFDM信号的PAPR的数学关系是最大功率与平均功率之比,如下:图二. 采用预编码的ACO-OFDM发射机系统模型。[s0,s1,. . 、.、 s M−1] T. 预编码器矩阵将向量S变换为新向量X,如X=P×S=[X0,X1,. . .,XM-1]T和P是预编码矩阵。将厄米对称性应用于复向量X,以生成实值OFDM信号。在接收器侧,在FFT过程之后应用逆预编码矩阵。WHT,DCT,DHT和VLM方法是四种实数变换,其中数据乘以这些变换矩阵。如图2所示,ACO-OFDM发射机的框图类似于DCO-OFDM发射机,除了在ACO-OFDM中仅奇数子载波携带数据符号并且偶数子载波被设置为零之外。在WHT技术中,一个具有ele-n的Hadamard矩阵HNPAPR=最大值|X n|(4)E |X n|2使用1或-1。1,2和2N阶的Hadamard矩阵计算如下[10]:其中,E {}表示数学期望。1[1 1]PAPR降低技术的性能通常用互补累积分布函数H1=[1]H2=1021−1(六)(CCDF)。CCDF是一个信号的PAPROOFDM信号大于给定阈值PAPR0,如下:H2N=1[HN HN]CCDF=P(PAPR> PAPR0)=1-(1-e-PAPR0)N(5)3. 所提出的预编码方案OOFDM信号的PAPR可以通过适当的预编码方案来降低。图1示出了DCO-OFDM系统。其中在DCT方案中,大小为N×N的矩阵P的第m行和第n列中的100%(m=0)基于预编码方案的系统。输入的二进制数据被映射到数字调制器pmn=100000⎪0≤n≤N−1π{1≤m≤N− 1(七)k=0(i.e.、16-QAM)以生成新的复符号S=N(n+0. (5)m)0≤n≤N−1≤ ≤−=-p=n/cos((m−1)(n−1/2))204A.A. Sharifi/ICT Express 5(2019)202图三. DCO-OOFDM方法的PAPR性能。在DHT技术中,第m见图4。ACO-OOFDM方法的PAPR性能。表1CCDF= 10−3时的PAPR比较。1 2π2πpmn=<$N[cos(Nmn)+sin(Nmn)] 0≤m, n≤N− 1(八)范德蒙矩阵可以由单项式1,x,x2,.. . ,xn在给定节点处。通过将多项式p0(x),p1(x),.. .,pn(x)而不是单项式,生成VLM。有两种形式的VLM可以创建如下[13]:p(1)=02cos(π (m−1)(n −1))在图1中示出了用于ACO-OFDM系统的所提出的VLM方法的PAPR性能。四、很容易观察到,结果与图 1 中 的结果相 似 。3 .第三章。mnN+1N−1(2)2πmnN+1N− 1(九)在CCDF=10−3时,所提出的VLM预编码方案的PAPR比原始OOFDM信号小约3dB,比DCT预编码方案小约1dB。其中0 m,n N1.一、上述两个矩阵具有相同的PAPR降低性能。因此,仅选择第一类型的VLM变换用于仿真。4. 模拟结果和讨论VLM预编码方法的性能进行了研究的使用MATLAB软件对16-QAM符号的10- 5帧进行仿真使用PAPR的CCDF评估PAPR降低性能。假设子载波的数量为M128,并且使用N256点IFFT图3示出了用于原始OOFDM(没有PAPR降低)、WHT 、 DCT 、 DHT 的 PAPR 的 CCDF , 以 及 用 于 DCO-OFDM系统的所提出的VLM预编码方案如图所示,VLM方案的PAPR性能优于传统的OOFDM信号、WHT、DCT和DHT预编码方法。当CCDF=10−3时,VLM方案的PAPR比原始OOFDM信号小约2dB,比DCT预编码方法小约0.3dB。原始OOFDM、WHT、DCT、DHT和所提出的VLM方法的PAPR值总结在表1中。5. 结论本文提出了一种新的Vandermonde类矩阵(VLM)预编码方法,用于降低可见光通信系统中光OFDM信号的峰均比。将该方法与WHT、DCT和DHT预编码方法在降低峰均比性能方面进行了比较仿真结果表明,VLM预编码方案的性能优于WHT、DCT和DHT预编码方案,降低了DCO-OFDM和ACO-OFDM信号的峰均比。利益冲突作者声明他们没有利益冲突引用[1] A. Jean,OFDM For optical communications,J. LightwaveTechnol.27(3)(2009)189-204.预编码方法PAPR(dB)PAPR(dB)原始OOFDM13.2112.85WHT-OOFDM12.6711.92DCT-OOFDM11.6610.96DHT-OOFDM12.2211.58提出的VLM-OOFDM11.349.96A.A. Sharifi / ICT Express 5(2019)202-205205[2] R. 林明,无线通信系统中的正交频分复用技术,北京,2004。[3] D. Lijun,Y.范角,澳-地Zhao,一种新的VLC DCO-OFDM系统的PAPR降低方案,Opt. Commun. 426(2018)164-169。[4] G.扎比赫角马,S.郭,基于ACO-OFDM的可见光通信系统的PAPR降低方案,光学通信。383(2017)75-80。[5] A.开尔文角坦里奥弗湾Adebisi,M. Hammoudeh,OFDM系统迭代限幅和滤波PAPR降低方案的新方法,IEEE Access 6(2018)17533-17544。[6] H.魏文,基于SLM的具有低复杂度最小幅度差解码器的ACO-OFDM VLC系统,电子通讯。54(3)(2017)144-146。[7] M.H. Aghdam,A.A. Sharifi,OFDM系统中的PAPR降低:基于粒子群优化的有效PTS方法,ICTExpress(2018)。[8] J. Tao等人,可见光通信中具有预编码矩阵的直流偏置光OFDM的研究:理论,模拟和实验,IEEE Photon。J. 10(5)(2018)1-16.[9] C. Fang-ni,W.钟鹏,一种降低强度调制光正交频分复用系统峰均功率比的后编码方案,光电子。Lett. 10(4)(2014)295-298。[10] W. Zhong-peng,X.江南湖范角,澳-地林,Hadamard预编码降低光直接检测OFDM系统的峰均比,光电。Lett. 7(5)(2011)363-366。[11] W. Zhong-peng,S.Zhang,Grouped DCT precoding for optical directdetection OFDM systems in PAPR reduction in optical direct detectionOFDM systems,Optoelectronics. Lett. 9(3)(2013)213-216。[12] A.A. Sharifi,基于离散哈特利矩阵变换预编码的OFDM系统降低高PAPR,ICT Express(2018)。[13] M.M. Hasan , VLM Precoded SLM technique for PAPR reductioninOFDM systems,Wirel. Commun. 73(3)(2013)791-803。
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