本发明涉及一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm方法及系统，属于无线光通信。
背景技术：
1、无线光通信（owc）是一种利用传播光波进行数据传输的通信技术，与传统的无线电波通信不同，owc使用的频段无需频谱许可，且具有较丰富的频谱资源，可以实现高速率的数据传输。借助高带宽、抗干扰能力强、保密性好等优势，owc有望在高速互联网接入、应急通信、军事通信、无人机通信等众多领域得到广泛的应用。
2、正交频分复用（ofdm）是一种多载波调制技术，通过将数据流分割成多个并行的子数据流，每个子数据流在不同的子载波上进行传输。各子载波之间彼此正交，从而在频谱上互不干扰。ofdm具有抗多径干扰、频谱利用率高、易于均衡等优势，广泛地应用于各类通信系统中，在owc领域，ofdm同样成为一种实现高速通信的主流调制方法。但owc通常采用强度调制/直接检测（im/dd），im/dd技术通过调制光源的强度来传输信息，要求调制信号为非负性实数，因而催生了多种专门的光-ofdm（o-ofdm）方案。传统的o-ofdm方案包括直流偏置o-ofdm（dco-ofdm）、非对称限幅o-ofdm（aco-ofdm）等，但dco-ofdm具有较低的功率效率，aco-ofdm的频谱效率较低。
3、为了有效地提升频谱效率，同时保持较高的功率效率，分层o-ofdm的方案被提出，包括混合aco-ofdm（haco-ofdm）、分层aco-ofdm（laco-ofdm）、增强频谱离散多因（ase-dmt）等。haco-ofdm采用aco-ofdm和脉冲幅度调制-离散多因（pam-dmt）两层信号叠加传输，相比aco-ofdm有效地提成了频谱效率，但仍然只利用了3/4的子载波资源，频谱效率存在进一步提升的空间。laco-ofdm和ase-dmt采用多层信号混合传输，可以实现子载波资源的充分利用，但接收端复杂度和处理时延也随着分层数目的增加急剧地增长。此外，这些分层o-ofdm方案中，无法调整每层子载波数目，同时，每一层需采用固定的子载波序号，难以灵活地使用子载波资源，导致不能很好地适应不同的信道条件。
4、在owc中，现有的haco-ofdm方法未能充分地利用子载波资源，频谱效率仍然存在较大的提升空间，虽然laco-ofdm和ase-dmt能够充分地利用子载波资源，但多个分层叠加导致较高的接收复杂度和处理时延。更为重要的，这些分层o-ofdm方法无法调整每层子载波数目，同时，每一层需采用固定的子载波序号，特别是针对频率选择性衰落信道，难以灵活地使用子载波资源。
5、为了解决这些问题，本发明急需要对现有的haco-ofdm方法进行改进。
技术实现思路
1、目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm方法及系统，采用两层传输保持了较低的接收复杂度和处理时延，更为重要的，第二层采用灵活分层方式，分层采用的子载波数目和序号能够灵活地调整，能够实现子载波资源的充分且灵活的利用。
2、技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
3、第一方面，一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm方法，具体包括：
4、步骤1：采用奇数子载波进行qam符号传输，获得第一层的频域信号。
5、步骤2：采用子载波集合中子载波进行qam符号传输，获得第二层的频域信号。
6、步骤3：将频域信号和频域信号分别进行频域变换操作后，生成第一层时域信号，第二层时域信号，，将第一层时域信号依次通过限幅操作以及并串转换后，生成非负性信号。将第二层时域信号通过并串转换后，生成转换后的时域信号。将非负性信号与转换后的时域信号进行叠加生成混合时域信号。
7、步骤4：分别将的取值代入混合时域信号的表达式，得到，根据得到一个fl-haco-ofdm符号时间的混合时域信号向量，<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>z</mi><mi>=</mi><msup><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>z</mi><mn>0</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mi>,</mi><mi>⋯</mi><mi>,</mi><msub><mi>z</mi><mrow><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mi>t</mi></msup></mstyle>。
8、步骤5：根据混合时域信号向量构建优化参数模型，求解优化参数模型中最优解和，其中，表示用于生成重构信号的实数和虚数部分的第一待优化参数列向量的最优解，表示用于生成重构信号的实数和虚数部分的第二待优化参数列向量的最优解。
9、步骤6：根据最优解和构建重构信号向量。
10、步骤7：将重构信号向量中重构信号与混合时域信号相叠加，得到非负性fl-haco-ofdm信号，重构信号表示重构信号向量中第个元素。
11、步骤8：将非负性fl-haco-ofdm信号进行数模变换，得到变换的信号，利用变换的信号驱动led发出光信号。
12、作为优选方案，还包括：
13、步骤9：将光信号转换为电信号，经过模数转换、串并转换和频域变换后，生成频域接收信号，从频域接收信号的奇数子载波提取信号并进行qam符号检测，输出奇数子载波的qam检测符号。
14、步骤10：将奇数子载波的qam检测符号，通过频域逆变换、限幅操作、频域变换后，生成限幅噪声。
15、步骤11：从频域接收信号的偶数子载波中将限幅噪声去除，输出偶数子载波的qam符号检测。
16、作为优选方案，第一层的频域信号的表达式如下：
17、
18、式中：表示第一层中第个子载波的qam符号，表示第一层中第个子载波的qam符号， 表示共轭操作，表示子载波的总数目，。
19、作为优选方案，第二层的频域信号的表达式如下：
20、
21、式中，表示第二层中第个子载波的qam符号，表示第二层中第个子载波的qam符号，表示第二层用于qam符号传输的子载波集合，。
22、其中，，表示子载波集合中子载波的序号，表示子载波集合中第个元素，表示子载波集合中元素的数量。
23、作为优选方案，混合时域信号的表达式如下所示：
24、
25、作为优选方案，优化参数模型表达式如下：
26、
27、式中：表示第一参数矩阵，表示第二参数矩阵，表示用于生成重构信号的实数和虚数部分的第一待优化参数列向量，表示用于生成重构信号的实数和虚数部分的第二待优化参数列向量，表示l1范数。
28、作为优选方案，为长度为的列向量，为长度为的列向量，为具有行和列的矩阵，为具有行和列的矩阵。
29、作为优选方案，中元素的表达式如下：
30、
31、式中，表示第行列的元素，表示圆周率，表示子载波的总数目，表示子载波集合中的，表示子载波集合中子载波的序号，子载波集合表示第二层未用于qam符号传输的子载波集合。
32、作为优选方案，中元素的表达式如下：
33、
34、式中，表示第行列的元素，表示圆周率，表示子载波的总数目，表示子载波集合中的，表示子载波集合中子载波的序号，子载波集合表示第二层未用于qam符号传输的子载波集合。
35、作为优选方案，用于保证非负性的重构信号向量的表达式如下：
36、
37、式中，<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>v</mi><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>v</mi><mn>0</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>v</mi><mn>1</mn></msub><mi>,</mi><mi>⋯</mi><mi>,</mi><msub><mi>v</mi><mrow><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mo>]</mo></mrow></mstyle>。
38、作为优选方案，非负性fl-haco-ofdm信号的表达式如下：
39、。
40、第二方面，一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm系统，包括：光信号发送端，光信号接收端。
41、所述光信号发送端，用于实现步骤1至步骤8的方法。
42、所述光信号接收端，用于实现步骤9至步骤11的方法。
43、有益效果：本发明提供的一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm方法及系统，与传统的haco-ofdm方法相比，能够达到更高的子载波利用率，同时，保持了haco-ofdm方法接收复杂度低的优势。
44、进一步的，与基于多层信号叠加的laco-ofdm和ase-dmt相比，本发明方法只采用两层信号叠加传输结构，有效地降低了接收复杂度和处理时延，但能够实现与laco-ofdm和ase-dmt相同的子载波利用率。
45、进一步的，相比传统方法中的固定分层模式，本发明方法第二层采用灵活分层方式，分层采用的子载波数目和序号能够灵活地调整，能够实现子载波资源的充分且灵活的利用。
1.一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm方法，其特征在于：具体包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm方法，其特征在于：还包括：
3.根据权利要求1或2所述的一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm方法，其特征在于：第一层的频域信号的表达式如下：
4.根据权利要求1或2所述的一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm方法，其特征在于：第二层的频域信号的表达式如下：
5.根据权利要求1或2所述的一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm方法，其特征在于：混合时域信号的表达式如下所示：
6.根据权利要求1或2所述的一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm方法，其特征在于：优化参数模型表达式如下：
7.根据权利要求6所述的一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm方法，其特征在于：为长度为的列向量，为长度为的列向量，为具有行和列的矩阵，为具有行和列的矩阵；
8.根据权利要求1或2所述的一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm方法，其特征在于：用于重构信号向量的表达式如下：
9.根据权利要求1或2所述的一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm方法，其特征在于：非负性fl-haco-ofdm信号的表达式如下：
10.一种基于imdd的灵活分层haco-ofdm系统，其特征在于：包括：光信号发送端，光信号接收端；
