基于FHT的抑制CO-OFDM系统PAPR的联合算法的研究

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正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplxing,OFDM)是一种多载波调制(Multicarrier Modulation,MCM)技术,它是将串行高速数据信息传输到并行低速的子载波上。OFDM的两个优点是它在时变环境中易于进行相位和信道估计和对信道色散的鲁棒性。随着强大的数字信号处理(Digital Signal Process,DSP)技术的发展,OFDM因为其大容量、长距离、抗色散、高频谱利用率等优点在数字音频/视频广播(Digital Audio Broadcasting/Digital Video Broadcasting,DAB/DVB)、无线局域网(Wireless Local Area Networks,WLAN)等射频领域获得了广泛的应用。然而,OFDM也有缺点,如峰均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)高,对频率和相位噪声敏感等。本文重点研究了光正交频分复用(Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OOFDM)中相干光正交频分复用(Coherent Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,CO-OFDM)系统降低PAPR的算法。1.介绍了CO-OFDM系统的研究背景、优缺点及其收发端等关键技术,分析了CO-OFDM系统PAPR值较高的原因,并对降低该系统PAPR的算法进行简要总结分析。2.研究了快速Hadamard变换(Fast Hadamard Transform,FHT)和选择性映射的联合算法(Fast Hadamard Transform joint algorithm based on Selective Mapping,FHT-SLM),FHT与迭代部分传输序列的联合算法(Fast Hadamard Transform joint algorithm based on Iterative Partial Transmission Sequence,FHTIPTS)来抑制CO-OFDM系统的PAPR。Hadamard算法存在计算量非常大的缺点,针对这一问题,提出了FHT算法,使256点Hadamard变换的复杂度从65536次加减法,减少至2048次加减法运算,提高了计算效率。概率类算法中的选择性映射(Selective Mapping,SLM)算法和部分传输序列(Partial Transmission Sequence,PTS)算法不会带来信号畸变,但存在分块数V越高,计算量越高的缺点。所以首先针对PTS算法计算量较大这一问题,提出了迭代部分传输序列(Iterative Partial Transmission Sequence,IPTS)算法,然后提出将两种算法联合,来降低系统PAPR。仿真结果表明,在互补累积分布函数(Complementary Cumulative Distribution Function,CCDF)为10-4时,提出的FHT-SLM(V=8)和FHT-IPTS(V=8)的PAPR0值为7.63dB和8.031dB。同时,当误码率(Bit Error Rate,BER)为10-3时,FHT-SLM(V=8)的光信噪比(Optical Signal to Noise Ratio,OSNR)为21.2dB,验证所提算法的有效性。3.研究了FHT-SLM与限幅算法的联合算法(Clipping joint algorithm based on FHT-SLM,FHT-SLM-Clipping)、FHT-SLM与μ率压扩算法的联合算法(Companding joint algorithm based on FHT-SLM,FHT-SLM-μ)来抑制CO-OFDM系统的PAPR。预畸变类算法中的限幅算法和μ率压扩算法虽然降低PAPR效果好,但存在BER高的问题,而FHT-SLM算法存在分块数越高,计算量越高的不足,所以将预畸变类算法与低分块数FHT-SLM算法联合。仿真结果表明,在CCDF=10-4时,FHT-SLM-Clipping算法在V=4,限幅率(Clipping Ratio,CR)为4的PAPR0值为6.149dB,FHT-SLM-μ(V=4,μ=1)的PAPR0值为5.288dB。在BER为10-3时,FHT-SLM-Clipping(V=4,CR=4)算法与FHT-SLM-μ(V=4,μ=1)算法的OSNR分别为20.59dB和22.33dB,验证所提算法的有效性。4.研究了FHT算法和改进的二分段线性压扩联合(FHT cascading Modified Two-Piecewise Linear Companding,FHT-M-TPWC)算法来抑制CO-OFDM系统的PAPR。预畸变类算法中的二分段线性压扩(Two-Piecewise Linear Companding,TPWC)算法存在BER较高的问题,针对此问题,提出了改进的TPWC(Modified Two-Piecewise Linear Companding,M-TPWC)算法。将FHT算法与M-TPWC算法级联降低信号的PAPR,仿真结果表明,在CCDF=10-4时,FHT-M-TPWC(λ=1.6)算法3次迭代降低PAPR0值为5.288dB,在BER为10-3时,FHT-M-TPWC(λ=1.6)算法3次迭代OSNR值为20.11dB,验证所提算法的有效性。
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