[發明專利]基于濾波器組的多載波調制光通信系統的KDE非均勻量化方法

有效

• 申請號: 202011638907.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112769728B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 畢美華;徐杭甬;林嘉芊;楊國偉;周雪芳;胡淼;李齊良
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04B10/516
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明涉及基于濾波器組的多載波調制光通信系統的KDE非均勻量化方法，包括：(1)以不同限幅比率對信號進行限幅操作；(2)根據信號分布特征及非參數核密度估計的要求，初始化帶寬和核函數；(3)應用核函數作為每個數據點的分布函數；(4)線性疊加所有代表數據點的分布函數得到擬合信號的分布曲線；(5)歸一化擬合信號的分布曲線得到擬合信號概率密度函數；(6)利用非線性規劃對擬合信號概率密度函數求解最小量化誤差約束下的最佳量化電平組合；(7)根據最佳量化電平組合量化輸入信號。本發明的KDE非均勻量化方法在信號傳輸時的誤碼率更低，且擁有更好的系統量化性能。

技術領域

本發明屬于光通信技術領域，具體涉及一種基于濾波器組的多載波調制光通信系統的KDE非均勻量化方法。

背景技術

近年來，隨著人工智能、大數據、云計算等技術的發展，人們對接入帶寬的需求也在逐年快速增長。多載波調制技術因為在滿足高容量、異步傳輸和頻譜效率這幾個方面更有優勢，在基于IMDD的光線接入網系統中有著廣泛的應用。同時，多載波調制技術因其具有高頻譜效率、抗多徑干擾等優點，是目前的5G關鍵技術的研究熱點之一。傳統的多載波調制技術(OFDM)因循環前綴(CP)的引入而造成了頻譜資源的浪費，且其各子載波之間必須要嚴格地保持同步從而保證正交性以及載波旁瓣較大導致無法適用于5G場景。相比于OFDM，基于濾波器組的多載波調制技術包括基于濾波器組的多載波(FBMC)，通用濾波多載波(UFMC)等不需要引入循環前綴，且擁有更好的異步傳輸性能、更高的頻譜效率和更低的帶外泄露。在光傳輸系統中，高比特分辨率的數字模擬轉換器(DAC)將數字信號轉換成模擬電信號，然而高分辨率的均勻量化DAC會導致非常高的功耗和系統成本，因此需要采用一種非均勻量化的方法來提高低分辨率DAC的性能以降低系統成本。

非均勻量化方法又指數量化、次方量化、折線量化、基于信號分布估計量化等。Jizong Peng于2017年在IEEE Photonics Journal發表的《SQNR Improvement Enabled byNonuniform DAC Output Levels for IM-DD OFDM Systems》中，根據OFDM信號符合高斯分布的性質，可以用MATLAB的非線性規劃函數來求出量化階。該方法雖然提升了系統的傳輸性能，但是在IMDD-UFMC系統中的量化效果并不好。在IMDD濾波器組多載波系統中，波形經過濾波器處理后，波形分布在均值為零出向上呈現一個尖峰而并非是高斯分布，也就無法基于高斯分布的量化方案擬合其波形分布。因為基于高斯分布的非均勻量化方案不能體現出UFMC小信號占大部分的特性，故存在擬合精度不夠的問題，導致最佳量化電平與信號匹配程度不佳造成量化誤差變大。綜上所述，量化階優化算法仍存在改進空間。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提出一種基于濾波器組的多載波調制光通信系統的KDE非均勻量化方法。

非參數核密度估計(KDE)是一種基于統計學習理論的非參數估計算法。KDE的優點是相比與非參數直方圖估計，KDE能夠得到更加平滑的擬合信號分布。核密度估計改進了直方圖估計法在部分區間可能出現的概率為零的情況，很大程度上改善了不連續的問題。此外，核密度估計算法可以使用不同的核函數進行估計，使得最終得到的擬合信號分布更接近于信號原分布。

基于此，本發明采用如下技術方案：

基于濾波器組的多載波調制光通信系統的KDE非均勻量化方法，包括以下步驟：

(1)以不同限幅比率對信號進行限幅操作；

(2)根據信號分布特征及非參數核密度估計的要求，初始化帶寬和核函數；

(3)應用核函數作為每個數據點的分布函數；

(4)線性疊加所有代表數據點的分布函數得到擬合信號的分布曲線；

(5)歸一化擬合信號的分布曲線得到擬合信號概率密度函數；