三维相干光正交频分复用系统峰均功率比降低方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了三维相干光正交频分复用系统峰均功率比降低方法和装置，包括以下步骤：(1)将二进制序列转换得到子载波索引信号；(2)映射得到3N个实数形式子载波分量的频域正交频分复用信号；(3)重组后得到2N个复数形式子载波分量的频域正交频分复用信号；(4)将正交频分复用信号从频域调制到时域；(5)从频域引入K序列并做零填充，调制后与时域正交频分复用信号叠加；(6)寻找使信号峰均功率比最小的K序列组合；(7)将时域正交频分复用信号分成实数部分和与实数部分相对应的虚数部分，并转换为光信号；(8)将光信号进行传输。本发明专利技术有效的降低了峰均功率比，缓解了光纤信道的非线性作用对信号的影响，提高了总体性能。

【技术实现步骤摘要】
三维相干光正交频分复用系统峰均功率比降低方法和装置
本专利技术涉及光通信领域，尤其涉及三维相干光正交频分复用(OFDM)系统峰均功率比(PAPR)降低方法和装置。
技术介绍
在光通信领域，相干光正交频分复用技术已经广泛用于长距离的光纤传输系统，它具有大容量、频谱利用率高、有效的抗色散等优势。但正交频分复用技术在使用时存在峰均功率比过高的问题，使正交频分复用信号易受到光纤非线性作用的干扰，导致系统性能的下降。目前，通常采用基于常数包络的正交频分复用技术和基于编码的幅度键控正交频分复用技术来改善相干光正交频分复用系统的高峰均功率比问题，但上述方法采用的用于信号映射的星座图均局限在二维信号空间，限制了系统性能的提高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的实施例提供了三维相干光正交频分复用系统峰均功率比降低方法，包括以下步骤：(1)二进制序列输入射频发射器，所述二进制序列在射频发射器中经串并转换模块进行分组，每k＝log2M比特为一组作为子载波索引信号，M表示三维信号星座图的尺寸；(2)将步骤(1)得到的子载波索引信号输入三维信号映射模块，经三维信号映射模块得到3N个实数形式子载波分量的频域正交频分复用信号，N表示正交频分复用信号的子载波数；(3)将步骤(2)得到的正交频分复用信号进行映射重组后得到2N个复数形式子载波分量的频域正交频分复用信号；(4)通过二维反傅里叶变换模块把步骤(3)得到的正交频分复用信号从频域调制到时域；(5)从频域引入K＝(K0,K1,…,KN-1)序列并做零填充转换为二维矩阵，经二维反傅里叶变换后与步骤(4)得到的时域正交频分复用信号叠加；(6)结合步骤(4)和(5)通过搜索算法找到使正交频分复用信号峰均功率比最小的K序列组合；(7)将步骤(6)得到的时域正交频分复用信号通过并串转换与循环前缀插入模块分成实数部分和与实数部分相对应的虚数部分，实数部分和虚数部分输入相对应的上数模转换模块和下数模转换模块，经上数模转换模块和下数模转换模块转换后，再分别输入上低通滤波器和下低通滤波器，经上低通滤波器和下低通滤波器处理后，输入光信号转换器，并在光信号转换器内完成射频向光信号的转换；(8)将步骤(7)得到的光信号通过光纤链路进行传输。进一步，所述步骤(2)中，频域正交频分复用信号表示为：式中：Sm＝(XmYmZm)T，0≤m≤M-1表示二维矩阵S3×N中每一个列向量，其代表一个三维信号，X、Y、Z表示信号在三维信号星座图中的坐标，T表示转置。进一步，所述步骤(3)中，重组后的频域正交频分复用信号表示为：式中：进一步，所述步骤(4)和(5)中，引入K序列后的时域正交频分复用信号表示为：s＝ifft2(S2×N)+ifft2(μK2×N)式中：μ为常数，用于调节插入的K序列信号功率，ifft2表示二维反傅里叶变换，时域的正交频分复用信号分量具有复数形式。进一步，所述步骤(6)中，搜索算法包括以下步骤：6.1)首先设置插入的K序列为全零序列，计算经二维反傅里叶变换后正交频分复用信号的峰均功率比；6.2)设置子载波索引变量u，并设u＝0，K序列中每个分向量后选电平的个数为C，后选电平用向量E＝(E1,E2,…,EC)表示；6.3)用每个后选电平EC代替Ku，通过比较，选择一个使正交频分复用信号峰均功率比最小的电平EC；6.4)增加u＝u+1，重复步骤6.3)，直到u＝L-1，搜索程序结束，L表示需要被搜索的K序列长度。三维相干光正交频分复用系统峰均功率比降低装置，包括射频发射器和光信号转换器，所述射频发射器连接所述光信号转换器，所述射频发射器包括串并转换模块，所述二进制序列输入串并转换模块，并经串并转换模块进行分组，每若干比特为一组作为子载波索引信号，所述串并转换模块连接三维信号映射模块，所述子载波索引信号经所述三维信号映射模块处理后得到3N个实数形式子载波分量的频域正交频分复用信号，所述三维信号映射模块连接三维信号映射重组模块，经重组后得到2N个复数形式子载波分量的频域正交频分复用信号，所述三维信号映射重组模块连接峰均功率比降低模块，所述峰均功率比降低模块连接并串转换与循环前缀插入模块，所述峰均功率比降低模块包括二维反傅里叶变换模块、零填充与二维反傅里叶变换模块、最小峰均功率比的正交频分复用信号选择模块、K序列最佳化模块，所述二维反傅里叶变换模块把重组的频域正交频分复用信号调制到时域，得到2N个复数形式子载波分量的时域正交频分复用信号，所述零填充与二维反傅里叶变换模块把经过零填充后的频域K序列信号转换到时域，也得到2N个复数形式子载波分量的时域正交频分复用信号，再与重组后得到的时域正交频分复用信号叠加，结合所述最小峰均功率比的正交频分复用信号选择模块和K序列最佳化模块，得到具有最小峰均功率比的正交频分复用信号，再通过并串转换与循环前缀插入模块将具有最小峰均功率比的正交频分复用信号分成实数部分和与实数部分相对应的虚数部分，所述并串转换与循环前缀插入模块的输出端连接一上数模转换模块和一下数模转换模块，所述上数模转换模块连接上低通滤波器，所述下数模转换模块连接下低通滤波器，所述上低通滤波器和下低通滤波器的输出端均连接光信号转换器，所述实数部分经上数模转换模块和上低通滤波器处理后输入光信号转换器，所述虚数部分经下数模转换模块和下低通滤波器处理后输入光信号转换器，并在光信号转换器内完成射频向光信号的转换。进一步，利用叠加重组后的时域正交频分复用信号，所述零填充与二维反傅里叶变换模块通过搜索算法找到最佳的K序列组合得到具有最小峰均功率比的正交频分复用信号。进一步，所述光信号转换器连接光纤链路，所述光信号通过光纤链路进行传输。进一步，所述光信号转换器为光学I/Q调制器。进一步，所述光信号转换器包括上分支马赫-曾德调制器和下分支马赫-曾德调制器、一个激光二极管和一个移相器，上分支马赫-曾德调制器和下分支马赫-曾德调制器均连接激光二极管，上分支马赫-曾德调制器连接上低通滤波器，下分支马赫-曾德调制器连接下低通滤波器，所述上分支马赫-曾德调制器和下分支马赫-曾德调制器把输入的射频信号转换为光信号，所述激光二极管为上分支马赫-曾德调制器和下分支马赫-曾德调制器提供光源，所述移相器将下分支马赫-曾德调制器的输出信号相位相移π/2，使上分支马赫-曾德调制器和下分支马赫-曾德调制器的输出信号正交，并叠加输出。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：引入K序列作为三维信号的第四个维度，通过三维信号映射重组在频域和时域得到2N个完整复数数据，利用搜索算法找到一个最佳的K序列组合有效的降低了三维相干光正交频分复用系统的峰均功率比，并且本专利技术的搜索算法具有很低的复杂度。同时，三维信号映射较传统的基于二维信号的映射系统提供了更大的欧几里德距离，有效的提高了系统的差错性能。通过频域子载波信号重组，系统的频带利用率也得到了有效的改善。在接收端，由于插入的K序列不携带信息，所以可直接移除，再利用一个简单的解重组即可。附图说明图1是本专利技术三维相干光正交频分复用系统峰均功率比降低装置一示意图。图2是图1中峰均功率比降低模块的一示意图。图3是本专利技术一实施例的峰均功率比性能改善示意图。图4是图3中K序列搜索长度缩减后的峰均功率比性能改善示意图。图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
三维相干光正交频分复用系统峰均功率比降低方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)二进制序列输入射频发射器，所述二进制序列在射频发射器中经串并转换模块进行分组，每k＝log

【技术特征摘要】
1.三维相干光正交频分复用系统峰均功率比降低方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)二进制序列输入射频发射器，所述二进制序列在射频发射器中经串并转换模块进行分组，每k＝log2M比特为一组作为子载波索引信号，M表示三维信号星座图的尺寸；(2)将步骤(1)得到的子载波索引信号输入三维信号映射模块，经三维信号映射模块得到3N个实数形式子载波分量的频域正交频分复用信号，N表示正交频分复用信号的子载波数；(3)将步骤(2)得到的正交频分复用信号进行映射重组后得到2N个复数形式子载波分量的频域正交频分复用信号；(4)通过二维反傅里叶变换模块把步骤(3)得到的正交频分复用信号从频域调制到时域；(5)从频域引入K＝(K0,K1,…,KN-1)序列并做零填充转换为二维矩阵，再经二维反傅里叶变换后与步骤(4)得到的时域信号叠加；(6)结合步骤(4)和(5)通过搜索算法找到使正交频分复用信号峰均功率比最小的K序列组合；(7)将步骤(6)得到的时域正交频分复用信号通过并串转换与循环前缀插入模块分成实数部分和与实数部分相对应的虚数部分，实数部分和虚数部分输入相对应的上数模转换模块和下数模转换模块，经上数模转换模块和下数模转换模块转换后，再分别输入上低通滤波器和下低通滤波器，经上低通滤波器和下低通滤波器处理后，输入光信号转换器，并在光信号转换器内完成射频向光信号的转换；(8)将步骤(7)得到的光信号通过光纤链路进行传输。2.根据权利要求1所述的三维相干光正交频分复用系统峰均功率比降低方法，其特征在于，所述步骤(2)中，频域正交频分复用信号表示为：式中：Sm＝(XmYmZm)T，0≤m≤M-1表示二维矩阵S3×N中每一个列向量，其代表一个三维信号，X、Y、Z表示信号在三维信号星座图中的坐标，T表示转置。3.根据权利要求1所述的三维相干光正交频分复用系统峰均功率比降低方法，其特征在于，所述步骤(3)中，重组后的频域正交频分复用信号表示为：式中：4.根据权利要求1所述的三维相干光正交频分复用系统峰均功率比降低方法，其特征在于，所述步骤(4)和(5)中，引入K序列后的时域正交频分复用信号表示为：s＝ifft2(S2×N)+ifft2(μK2×N)式中：μ为常数，用于调节插入的K序列信号功率，ifft2表示二维反傅里叶变换，时域的正交频分复用信号分量具有复数形式。5.根据权利要求1所述的三维相干光正交频分复用系统峰均功率比降低方法，其特征在于，所述步骤(6)中，搜索算法包括以下步骤：6.1)首先设置插入的K序列为全零序列，计算经二维反傅里叶变换后正交频分复用信号的峰均功率比；6.2)设置子载波索引变量u，并设u＝0，K序列中每个分向量后选电平的个数为C，后选电平用向量E＝(E1,E2,…,EC)表示；6.3)用每个后选电平EC代替Ku，通过比较，选择一个使正交频分复用信号峰均功率比最小的电平EC；6.4)增加u＝u...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振兴，刘嘉珩，黄田野，罗林波，李哲丰，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42