一种基于校正ofdm子载波的准无损压缩方法
【专利摘要】本发明公开一种基于校正OFDM子载波的准无损压缩方法，包括：发送端，信源序列经星座图映射后采用共轭反对称调制到子载波上，进行IFFT变换到时域；经过一个减采样器抽取出子序列1，剩下的采样点数据作为子序列2，且进行压扩处理；接收端，将接收到的每个OFDM符号序列分成两个子序列，子序列2进行解压扩；两个子序列组合成一个完整的OFDM时域信号，FFT变换到频域，还原到星座图上；经过IFFT变换到时域，经过减采样器抽取出子序列3，与子序列1相减得到时域信号偏差值；对偏差值进行FFT变换，通过判断与预设门限值的大小以确定出现星座点偏移的子载波；将星座映射点偏差值补偿到相应子载波上，经IFFT变换到时域。
【专利说明】—种基于校正OFDM子载波的准无损压缩方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信【技术领域】，更具体地，涉及一种在光纤等高可靠性媒介中，能有效压缩待传输OFDM时域信号的基于部分采样点辅助校正OFDM子载波的准无损压缩方法。
【背景技术】
[0002]宽带接入网络作为21世纪初我国经济发展最重要的战略性公共基础设施之一，发展宽带接入网络对全面建设小康社会具有重要支撑作用。2013年8月，国务院印发“宽带中国”战略和实施方案，其目的在于加强全国宽带建设的战略引导和系统部署，加快推进我国宽带基础设施的健康发展。
[0003]光纤到户(FTTH，Fiber to the Home)以带宽很宽、传输距离远等特点，被认为是最理想宽带接入方式；在进行宽带接入部署时如果把旧居民楼中的数字用户线路(DSL，Digital Subscriber Line)全部更换为光纤,所需的成本将是巨大的，“光进铜退”目前尚不成熟。一种可行的方案是采用FTTx+yDSL网络部署来解决最后一公里宽带接入的难题，目前DSL最新的G.fast标准(ITU-TG.9700和G.9701)，可以将现有DSL的带宽扩展到212MHz，在250米范围内实现DSL的超快下载，速率高达lGbps，因此又称为GigaDSL(⑶SL)。FTTdp+Giga DSL网络部署方案将宽带入户的最后一公里缩短到了最后的几百米(250米内) 。比FTTH更加适合大部分国家和地区的宽带接入发展。
[0004]在FTTdp+Giga DSL的组网方案中，将DSL中心机房(C0，Central Office)侧的主要计算功能单元上移至运营商中心机房的光缆终端设备(OLT, Optical Line Terminal),DSL CO侧设备简化为一个布放点(DP，Distributed Point)，便于管理和系统升级等。但会造成光纤传输的带宽需求增加了 I倍以上，因此需要在OLT和DP中进行压缩和解压缩处理。
[0005]G.fast标准中定义了 Giga DSL的采用OFDM传输方式，工作带宽为212MHz，其使用8192个子载波，但需要进行共轭反对称变换使得OFDM调制输出的结果为实数，因此真正利用的子载波只有一半(4096)，并且DSL属于基带传输系统，最高频率为106MHz。子载波
间隔为=，假设平均每个子载波可以承载bbit信息，则可承载的Bit stream的
4096
带宽为4096* Δ f*bbit = 106MHz*mbit (这里没有考虑循环扩展，是近似计算)。
[0006]同时，根据奈奎斯特采样定律，IFFT输出的时域信号采样率至少是2*4096* Af=212MHz,每个采样点估计至少要mbit (m > b)来表示，因此时域信号的带宽变
212 MI Izs,< π ? b i t 2/7 ?
为 212MHz*mbit。是原带宽的 β=;.,倍，当 b = 10、m = 14 时，
\0bMI Iz-b bit b
=2.8，即相比 IFFT 前,信息增加了 1.8 倍；当 b = 10、m = 12 时,β= =2_4’即相比IFFT前，信息增加了 1.4倍。
[0007]为了提高光纤带宽的利用率，下行方向，OLT需要将OFDM时域信号进行压缩再经光纤传输；上行方向，DP也需要将OFDM时域信号进行压缩再经光纤传输。
[0008]数据压缩技术，是按照特定的编码机制，用更少的比特表示原始信息的过程，以提高其传输、存储和处理效率的一种技术方法。按照信息论的基本概念，数据压缩可分为无损数据压缩技术(可逆压缩)和有损数据压缩技术(不可逆压缩)。
[0009]无损压缩技术只是对数据的冗余度进行压缩，解压缩后的数据与原始数据信息完全相同，是一个可逆过程。主要包括:1)基于统计模型的压缩算法，根据字符的概率分布进行编码，比较典型的有Huffman编码、算术编码、游程编码等；2)基于字典模型的压缩算法，使用一个单独的代码代替原字符串，并通过查询操作完成，比较典型的有LZ77/78、LZW、LZSS、LZAP等；3)另外，有的学者将MTF、BWT等算法应属于基于转换的压缩算法。
[0010]有损数据压缩技术无法100%恢复出原始的数据，解压缩恢复出来的数据只是对原始数据的某种近似表示。有损压缩机制主要有两种:一种是有损变换编解码，先将视频、图像或者声音进行采样量化、分块预处理，再利用正交变换变换到一个新的空间，再次进行量化和熵编码；另外一种是预测编解码，利用先前一个或多个数据以及随后解码数据来预测当前的数据(声音采样或者图像帧)，对预测值与 实际值之间的预测误差以及其它一些重现预测的重要的信息进行量化与编码。而且变换编解码还可以用于压缩预测步骤产生的误差信号，因此实际工程中可以同时采用这两种有损压缩机制。有损压缩技术主要应用于声音、图像以及视频等高冗余度数据的压缩。图像压缩的主流标准JPEG、JPEG2000、JBIG1/2等；视频压缩的主流标准:H.261/263/264/265、MPEG-l/2/4等；音频压缩的主流标准:MP3、CELP、G.711、G.726 等。
【发明内容】
[0011]本发明针对现有压缩算法无法获得较高压缩比的缺点，提出了一种校正OFDM子载波的准无损压缩方法，能够有效的压缩光纤系统中待传输的OFDM时域信号信息,从而提高光纤的带宽利用率。
[0012]为实现上述目的，本发明的技术方案充分利用了光纤传输的高可靠性、离散时间序列减采样原理、降低OFDM信号的峰均比(PAPR,Peak to Average Power Ratio)技术、及OFDM子载波映射点偏移检测等相关技术。本方法包括信号在光纤的发送端进行压缩以及在光纤的接收端进行解压和子载波上的星座映射点校正，其包括以下处理步骤:
[0013]a)在发送端，信源序列S经星座图映射生成Xk，采用共轭反对称处理并调制到子载波上，经过IFFT变换及％比特定点化处理得到离散时域信号X [η]；
[0014]b)经过一个M倍减采样器，将采样信号序列X[η]分成两个离散的子序列xd[k]和xjm]，其中子序列xd[k]不做其他任何变换，保留％比特定点化编码；子序列xjm]进行μ率压扩变换以降低序列的动态范围，再进行L(L < q0)比特定点化处理，得到有量化噪声干
扰的序列O?]；
[0015]c)在接收端，将接收到的每个OFDM符号序列分成两个子序列,?比特定点化编码的子序列Xd[k]和采用L比特定点化编码的子序列足N]，并将毛[W]解压扩得到ijmh
[0016]d)组合成一个含有偏差的OFDM符号?[?]经过FFT变换到频域，反归一化后将每个子载波上的数据还原到对应的星座图点上，得到各子载波在星座图上的映射点数据Yn ；
[0017]e)再次归一化，进行IFFT变换及Citl比特定点化操作得到时域信号诃"]，类似发送
端进行M倍减采样得到的序列九[幻，将序列Xd[k]与6[A]相减，得到一个K点(小于N)时域信号的偏差Zd [k]；
[0018]f)对Zd[k]进行FFT变换到频域并归一化得到Zk，判断Zk的实部和虚部是否大于预设门限值Y，可以获得出现星座点偏移的子载波编号及偏移的方向；
[0019]g)将对应编号的子载波上的星座映射点偏差补回给Yn，再次对Yn进行归一化和IFFT变换得到y [η]，此时的y [η]应该与发送端的χ[η]几乎完全相等。
[0020]所述的方法，描述了整个系统处理过程，在发送端进行压缩，接收端进行解压缩，通过子载波自校正，可以实现几乎无损的OFDM时域信号压缩。
[0021]步骤a)中，为了增加传输的有效性和减少错误发生，进行MQAM调制时采用自适应调制方式(子载波自适应分配)，即信道较好(低频)的子载波上所承载的比特数较多；信道较差(高频)的子载波上所承载的比特数较少，甚至不传输任何数据。而离散数据x[n]进行q0比特定点化时，采用下面公式
[0022]
【权利要求】
1.一种基于校正OFDM子载波的准无损压缩方法，其特征在于，包括以下步骤: a)在发送端，信源序列S经星座图映射生成Xk，采用共轭反对称处理并调制到子载波上，经过IFFT变换及％比特定点化处理得到离散时域信号X [η]； b)经过一个M倍减采样器，将采样信号序列x[n]分成两个离散的子序列&[?和xjm]，其中子序列xd[k]不做变换，保留％比特定点化编码；子序列xjm]进行μ率压扩变换以降低序列的动态范围，再进行L比特定点化处理，L < %，得到有量化噪声干扰的序列 [m]； c)在接收端，将接收到的每个OFDM符号序列分成两个子序列,?比特定点化编码的子序列xd[k]和采用L比特定点化编码的子序列毛[m]，并将毛[m]解压扩得到; d)毛[叫与Xd[k]组合成一个含有偏差的OFDM符号可《]，经过FFT变换到频域，反归一化后将每个子载波上的数据还原到对应的星座图点上，得到各子载波在星座图上的映射点数据Yn; e)再次归一化，进行IFFT变换及q(l比特定点化操作得到时域信号只》]，进行M倍减采样得到的序列hW，将序列Xd[k]与九W相减，得到一个K点时域信号的偏差zd[k]，K小于N； f)对2(1[?进行FFT变换到频域并归一化得到Zk，判断Zk的实部和虚部是否大于预设门限值Y，获得出现星座点偏移的子载波编号及偏移的方向； g)将对应编号的子载波上的星座映射点偏差补回给Yn，再次对Yn进行归一化和IFFT变换得到y[n]。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)中调试是进行MQAM调制，进行MQAM调制时采用自适应调制方式，即信道较好的子载波上所承载的比特数较多；信道较差的子载波上所承载的比特数较少或不传输任何数据；离散数据x[n]进行％比特定点化时，采用公式(I)实现
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)和e)中的离散时间序列是采用减采样方式，即设定一个步长M，提取n = kXM采样时刻上对应的信息，并对此部分信息保持Q0比特定点化编码。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)中，对采样时刻点nfkXM上的信息xjm]进行μ率压扩和低精度定点化，其中低精度定点化是指小于％比特定点化；其中 (I)按式⑵进行μ率压扩变换得到Xu [m]；
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c)中，对于足㈨]进行解压缩还原得到序列.?7[/Π]，μ率压扩变换函数的反函数如下:
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e)中，得到长度为K的偏差信号Zd L/c ] = Xd [k ]-九[々]，其中 K = N/M。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤f)中，设置判决门限Y=0.5，分别判断Zk的实部和虚部与T的大小，如果real (Zk) > Y，则第k个子载波的星座映射点左移了一个单位；如果real (Zk) < - Y，则第k个子载波的星座映射点右移了一个单位；如果imag(Zk) > Y ,贝U第k个子载波的星座映射点下移了一个单位；如果imag(Zk) < - Y ,贝U第k个子载波的星座映射点上移了一个单位；|Zk| < Y的子载波不存在星座映射点偏移。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对N点时域信号进行M倍降采样，根据奈奎斯特采样定律，若要使信号在频域上不出现混叠，推导出子载波星座映射点出现偏移的最大子载波序号Pmax应满足
【文档编号】H04L27/26GK103944853SQ201410169186
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】戴宪华, 苏冬日 申请人:广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院, 中山大学