光OFDM系統(tǒng)中峰均比抑制技術(shù)的研究

謝湘?zhèn)? 姚毅 何怡玲

摘要：基于光通信的發(fā)展，對(duì)于高PAPR問(wèn)題的研究被提上日程，本文提出了一種利用虛擬子載波技術(shù)來(lái)抑制PAPR的算法，主要使用matlab與OPtisystem仿真軟件，并且通過(guò)大量的仿真，分析了該算法的可行性以及算法的最優(yōu)參數(shù)，該算法可以同時(shí)調(diào)節(jié)信號(hào)最高功率和均值功率，但是均值功率的增長(zhǎng)明顯大于最高功率的增長(zhǎng)，基于PAPR的產(chǎn)生原因，我們可以推出均值功率提升速率比峰值功率大時(shí)，PAPR會(huì)下降，達(dá)到提升系統(tǒng)性能，最終提升光通信的傳輸效率的效果。

關(guān)鍵詞：光正交頻分復(fù)用;峰均比抑制;OPtisystem與matlab仿真

Abstract：Based on the development of optical communication， to the problem of high PAPR research is on the agenda， this paper proposes a virtual subcarrier technology to suppress the PAPR algorithm， mainly use the matlab and OPtisystem simulation software， and through a lot of simulation， the feasibility of the algorithm is analyzed and the algorithm of the optimal parameters， the algorithm can adjust the signal peak power and average power at the same time， but the growth of the average power is bigger than the growth of the highest power， based on the causes of the PAPR， we can launch increase rate is greater than peak power， average power PAPR will decline，To improve the performance of the system， and ultimately improve the transmission efficiency of optical communication.

Key words：optical orthogonal frequency division multiplexing; peak to mean ratio inhibition; OptiSystem and MATLAB simulation

1 光OFDM系統(tǒng)中的PAPR問(wèn)題分析

峰均功率比（PAPR）表達(dá)式：

該表達(dá)式中，分子是信號(hào)峰值功率，分母是信號(hào)平均功率。它們的比值就是峰均比，最大峰值功率往往決定了PAPR的大小，在平均功率接近的情況下，峰值功率越低，PAPR越小。

2 虛擬子載波進(jìn)行PAPR抑制

2.1 虛擬子載波技術(shù)的原理

基于高PRPR問(wèn)題，本文提出了一種利用虛擬子載波技術(shù)來(lái)降低PAPR的方法，相比于其他的算法，虛擬子載波不需要發(fā)送被嚴(yán)格保護(hù)的橫向信息，因此就不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的失真，跟以前的方法比相比，虛擬子載波技術(shù)不僅僅可以降低PAPR，還可以提高系統(tǒng)性能，而且算法簡(jiǎn)單，不需要多次迭代，就能很好地優(yōu)化通訊。

2.2 O-OFDM仿真系統(tǒng)的搭建

一個(gè)完整的光OFDM方正系統(tǒng)如圖1所示，我們采用MATLAB與OptiSystem 搭建聯(lián)合仿真平臺(tái)。并就此對(duì)O-OFDM系統(tǒng)的峰均比抑制方法進(jìn)行研究。MATLB軟件主要負(fù)責(zé)OFDM信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)，OptiSystem完成O—OFDM傳輸系統(tǒng)的模擬仿真。

2.3 仿真結(jié)果分析

不同迭代數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響如圖2所示，當(dāng)系統(tǒng)的時(shí)域信號(hào)等于1或2時(shí)，系統(tǒng)性能會(huì)得到改善，當(dāng)時(shí)域信號(hào)幅度為2時(shí)，預(yù)留子載波數(shù)21和24，系統(tǒng)的性能最好。為了進(jìn)一步確定參數(shù)，我們做一些仿真條件的修改。

不同方案對(duì)系統(tǒng)性能的影響可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析出來(lái)，仿真結(jié)果如圖3所示，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)比于原始信號(hào)，采用新算法之后的系統(tǒng)性能明顯上升，可以推導(dǎo)出，只需要設(shè)置合理的u就可以產(chǎn)生較好的峰均比抑制性能，還能得到優(yōu)異的BER性能，在實(shí)際應(yīng)用中，兩種性能并不能兼得，所以我們只能選擇一個(gè)折中的方案，當(dāng)i=3，Nd=2以及u=2時(shí)，該系統(tǒng)的總體性能最為優(yōu)秀。

本次實(shí)驗(yàn)我們僅僅選擇改變迭代次數(shù)i，虛擬子載波數(shù)目Nd，以及與預(yù)設(shè)時(shí)域信號(hào)Xm幅度u三個(gè)參數(shù)，并沒(méi)有考慮到所有能影響系統(tǒng)性能的參數(shù)。

本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)多次仿真，確定了兩個(gè)方案，然后進(jìn)行分次分組多次實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中找到最理想的參數(shù)值，但是，每一個(gè)參數(shù)的精度都能影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而本次實(shí)驗(yàn)又不可能對(duì)每一個(gè)參數(shù)都精確取值，只能大幅度的取值，基于本次實(shí)驗(yàn)的大幅度取值，如果我們將參數(shù)取值分組更加細(xì)致，精密度取得越高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果將更加接近最優(yōu)解。

3 結(jié)論

本文致力于研究光OFDM系統(tǒng)中的峰均比問(wèn)題，從基礎(chǔ)理論開始研究，分析光OFDM系統(tǒng)產(chǎn)生峰均比的原因，介紹了虛擬子載波技術(shù)的原理以及算法過(guò)程，基于MATLAB以及OPtisystem搭建出D光OFDM系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的出虛擬子載波技術(shù)對(duì)高PAPR的抑制效果，并且同其他抑制方法做出詳細(xì)對(duì)比，最后得出，不管是在抑制效果方面還是在算法復(fù)雜度以及對(duì)系統(tǒng)性能的影響程度上，虛擬子載波技術(shù)都是非常優(yōu)秀的。

對(duì)于虛擬子載波技術(shù)的可行性進(jìn)行了大量分析和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)參數(shù)i=3，Nd=21，u=2.2是系統(tǒng)性能以及復(fù)雜度之間的平衡點(diǎn)。證明了該方案的可行性，并且在文章最后，我們對(duì)比了虛擬子載波技術(shù)與其他傳統(tǒng)PAPR限制技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)虛擬子載波技術(shù)不僅在降低PAPR上有著顯著作用，并且還下降了系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜度，并且虛擬子載波技術(shù)能夠應(yīng)用于各種情況，在這方面對(duì)比其他算法，虛擬子載波技術(shù)有著諸多優(yōu)點(diǎn)，在未來(lái)的光通信發(fā)展上，肯定有著不可忽略的作用。

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