一種消除ofdm系統cpe的差分極化調製方法
2023-05-25 18:15:36
一種消除ofdm系統cpe的差分極化調製方法
【專利摘要】本發明公開了一種消除OFDM系統CPE的差分極化調製方法，屬於無線通信【技術領域】。本發明利用信號的極化域，提出採用同時同頻傳輸極化信號，並在接收端反相差分解調的DPOLSK消除CPE方案。在發射端通過極化調製產生的極化信號，利用該信號兩分量的相位差攜帶發射信息，在接收端接收極化信號兩分量受CPE影響，其星座旋轉角度相等，利用反相可使其中一路分量星座旋轉方向相反，再通過差分相乘抵消星座旋轉，達到消除CPE的目的，同時解調出發射信息。本發明無需獲取相位噪聲的先驗信息，不用複雜的預估算法，實時性強，用於消除CPE對OFDM接收信號的影響，降低了系統的BER。
【專利說明】—種消除OFDM系統CPE的差分極化調製方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於無線通信【技術領域】，特別涉及極化調製技術和OFDM系統中的相位噪聲。具體地說，是指一種消除OFDM系統CPE的差分極化調製方法。
【背景技術】
[0002]隨著無線寬帶網絡時代的到來，正交頻分復用(Orthogonal frequency divisionmultiplexing，0FDM)技術作為一種高效的多載波技術得到了廣泛應用，其具有高頻譜利用率，對碼間幹擾(inter-symbol interference, ISI)有較好的抑制性能,對多載波造成的多徑效應有較好的魯棒性。但OFDM系統中本地振蕩器由於受到噪聲和擾動導致輸出不理想，會產生相位噪聲(Phase Noise, PHN)，造成OFDM系統接收信號子載波星座發生公共相位誤差(Common Phase Error, CPE),導致誤比特率(Bit Error Ratio, BER)的上升。
[0003]現有解決CPE對接收信號影響的技術主要有:本地振蕩器(Local Oscillator,L0)硬體設計、基於導頻估計補償法、自消除法、面向判決補償法等。這些抑制CPE的方法中各自有不足之處，如LO硬體設計需要更多的資金支持，會使設備變的更加昂貴；基於導頻估計補償法，需要對導頻額外設計，並在接收端需要額外的開銷對導頻中攜帶的信息進行提取和處理，時延較大，在高速通信中實用性差；面向判決補償法依賴於碼元間的相關性，對判決誤差較敏感，如碼元間變化較大時，會造成很大誤差，且複雜度較高；自消除法的頻譜只有採用傳統調製的OFDM系統的一半，存在頻譜效率極低的問題。因此，目前現有的OFDM系統中PHN抑制消除的技術普遍存在消耗大，複雜度高等問題，在實際應用中存在明顯缺陷，不具有普遍適用性。
【發明內容】
[0004]為了降低CPE對接收信號BER的影響，本發明提供了一種使用差分極化調製(Differential Polarization Shift Keying, DP0LSK)技術的 CPE 消除方法，應用於 OFDM系統中。
[0005]隨著無線通信系統中雙極化天線的普遍應用，使用極化調製來傳輸無線信號也變得可能。但目前傳統調製技術都是使用載波的幅度、相位或頻率來承載調製信號的信息，而同樣能反映信號本質屬性的矢量信息——極化信息卻未被利用，這造成了對信號固有信息利用的重大損失。本發明利用信號的極化域，提出採用同時同頻傳輸極化信號，並在接收端反相差分解調的DPOLSK(見參考文獻[I]:Kohichi Tamura, StephenB.Alexander, Vincent ff.S.Chan, and Don M.Boroson, 「Phase-Noise-CanceledDifferential Phase-Shift-Keying (PNC-DPSK) for Coherent Optical CommunicationSystem,，，Journal of Ligthwave Technology, Vol.8, N0.2, pp.691-698, Mayl990.和參考文獻[2]:Yoh Imai, Keigo Iizuka, and Robert T.B.James, 「Phase-Noise-FreeCoherent Optical Communication System Utilizing Differential Polarization ShiftKeying (DPolSK)，，，Journal of Ligthwave Technology, Vol.8, N0.5, pp.190-201，Februaryl990)消除CPE方案。在發射端通過極化調製產生的極化信號，利用該信號兩分量的相位差攜帶發射信息。在接收端接收極化信號兩分量受CPE影響，其星座旋轉角度相等，利用反相可使其中一路分量星座旋轉方向相反，再通過差分相乘抵消星座旋轉，達到消除CPE的目的，同時解調出發射信息。本發明無需獲取相位噪聲的先驗信息，不用複雜的預估算法，實時性強，由於利用極化信號的正交分量同時通信傳輸信息，採用本發明的OFDM系統與採用傳統調製OFDM系統的頻譜效率相同。該方法利用載波信號的極化特徵來承載調製信息，設計了應用於OFDM系統中的差分極化調製解調方法，用於消除CPE對OFDM接收信號的影響，降低了系統的BER。
[0006]本發明提供的所述的消除OFDM系統CPE的差分極化調製方法，具體步驟如下:
[0007]第一步，對原始數據信息進行極化調製，將原始數據信息調製為發射極化信號
x[k],
[0008]X[k] = [XH[k]Xv[k]]，k = 0，l，...，N-l(I)其中，XH[k]，Xv[k]分別為調製極化信號的水平和垂直分量，為利用兩分量的相位差攜帶發射數據信息，設計兩分量為:
[0009]Xh [k] =EHe_jMt)(2)
[0010]Xv[k] = Eve_^ ω(3)其中，Eh和Ev分別為極化信號的水平和垂直分量的幅度值，q為相位差控制係數，Θ (t)為發射信號的相位；
[0011]第二步，對極化調製後信號進行解調:極化信號兩個分量在OFDM接收模塊處理後，對其中一個分量反相，再與未反相的另一個極化信號分量相乘，得到相位差；
[0012]第三步，對相位差信號逆映射得發射數據信息。
[0013]本發明的有益效果有:
[0014](I)通過極化狀態承載信息，發掘了信號極化特性的可利用性；
[0015](2)利用極化調製的正交特性，使用一路信號傳輸正交的兩個極化分量，解決了自消除方案的頻譜效率低的問題；
[0016](3)利用硬體實現極化調製和差分極化解調，解決了現有CPE補償算法的複雜度高，時延大的問題；
[0017](4)充分利用現有無線通信中普遍使用的雙極化天線，僅對現有OFDM系統進行小改動，即實現了極化調製，並能消除CPE影響，解決了重新設計低相位噪聲本地振蕩器所帶來的高投入、終端成本價格增加的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1:本發明實施例的使用差分極化調製技術的OFDM系統調製解調設計圖；
[0019]圖2:本發明採用DPOLSK技術的OFDM系統在有無CPE條件下BER性能對比圖(坐標圖)；
[0020]圖3:本發明與QAM調製在OFDM系統存在CPE和無CPE條件下BER性能對比圖(坐標圖)；
[0021 ] 圖4:本發明與共 軛自消除技術在OFDM系統存在CPE和無CPE條件下BER性能對比圖(坐標圖)。
【具體實施方式】[0022]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
[0023]本發明提供一種消除OFDM系統CPE的差分極化調製方法，所述方法中，首先假設OFDM系統中發射端第k路並行信號為X[k]，k = 0，1，...，N-1，接收端經過FFT變換後的第k路信號為Y[k]，k = 0，1，...，N-1，N為OFDM系統子載波數。那麼受到相位噪聲幹擾的OFDM系統中Y[k]與X[k]之間的關係為:
[0024]
【權利要求】
1.一種消除OFDM系統CPE的差分極化調製方法，其特徵在於: 第一步，對原始數據信息進行極化調製，將原始數據信息調製為發射極化信號X[k]， X[k] = [XH[k]Xv[k]]，k = O, I, - ,N-1(I) 其中，XH[k]，Xv[k]分別為調製極化信號的水平和垂直分量，為利用兩分量的相位差攜帶發射數據信息，設計兩分量為: Xh [k] = EHe_J0(t)(2)
Xv[k] = Eve_jqMt)(3) 其中，E1^PEv分別為極化信號的水平和垂直分量的幅度值，q為相位差控制係數，Θ (t)為發射信號的相位； 第二步，對極化調製後信號進行解調:極化信號兩個分量在OFDM接收模塊處理後，對其中一個分量反相，再與未反相的另一個極化信號分量相乘，得到相位差； 第三步，對相位差信號逆映射得發射數據信息。
2.根據權利要求1所述的一種消除OFDM系統CPE的差分極化調製方法，其特徵在於:第二步中所述的解調具體為:在實際系統中，相位噪聲的值Φ[ηΤ3]遠小於1，近似得到+，此時CPE近似為:
僱Iy ?:0 令接收端經過FFT後的極化信號為Y[k]，得系統接收端信號Y[k]與發射端信號X[k]關係為:Υ[^ = ^Χ[?.^~Σ"。《]+昨'],人=0丄..」"—1(5) Y[k]的水平與垂直兩分量Yh[k]和Yv[k]同時到達接收端，對其中一路分量反相，以垂直極化分量反相為例，水平極化分量保持不變，),(/-μ] =丄#』卞]./A 鬥7^+^々]，/^ =。，!,..\ -1(6)
N 水平分量為，Yn [ZvJ = -^7 Xu [々].+ W[k],k = X...,N~\(7)
/V 對式(6)和式(7)所示兩分量採用差分相乘，忽略高斯噪聲，差分相乘後的信號R[k]表示為， 7?[/]= Yn [/<].Y1-[A] = Xu [k]c^J4nl:].A'1'- [k]eJ^NnMnTs]W
3.根據權利要求1或2所述的一種消除OFDM系統CPE的差分極化調製方法，其特徵在於:所述的式⑶中分別為
【文檔編號】H04L27/36GK103701753SQ201310718795
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】馮春燕, 聶堯, 郭彩麗, 劉芳芳 申請人:北京郵電大學