高速多色光通信系統(tǒng)接收技術(shù)研究.pdf

1、近些年來，移動通信技術(shù)飛速發(fā)展。第四代移動通信技術(shù)大規(guī)模普及商用，第五代移動通信技術(shù)也在廣泛研究之中，Wi-Fi信號更是遍布大街小巷。射頻通信技術(shù)的快速發(fā)展也帶來了許多問題，例如射頻頻譜資源緊張，電磁干擾輻射增多等。可見光通信技術(shù)由于其節(jié)能環(huán)保、頻段不受限、輻射干擾小等優(yōu)點(diǎn)，成為了近年來無線通信技術(shù)中的研究熱點(diǎn)。本論文針對室內(nèi)多色DCO-OFDM可見光通信系統(tǒng)中的接收技術(shù)進(jìn)行了研究，主要包括導(dǎo)頻設(shè)計(jì)和信道估計(jì)技術(shù)，信號檢測和干擾抵消技術(shù)

2、等，并結(jié)合多色光實(shí)測信道進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了算法的性能。還給出了多色光DCO-OFDM接收機(jī)在FPGA硬件平臺上的實(shí)現(xiàn)方案。
　　首先，本文介紹了室內(nèi)可見光通信技術(shù)的基本原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。論文概述了系統(tǒng)中關(guān)鍵的光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換器件的特性，以及多色光系統(tǒng)中LED和濾光片的特性對系統(tǒng)性能的影響。針對可見光信道的時域色散特性，并考慮到對高傳輸速率的需求，選擇使用了DCO-OFDM，介紹了它和傳統(tǒng)OFDM技術(shù)的區(qū)別，詳述了其實(shí)現(xiàn)方法。并給出

3、了多色光系統(tǒng)中的信道傳輸模型。
　　隨后本文針對可見光通信系統(tǒng)中的信道估計(jì)問題做了研究?？疾炝嗽趩紊庀到y(tǒng)中LS信道估計(jì)及其相關(guān)改進(jìn)算法、LMMSE信道估計(jì)算法的性能，通過仿真發(fā)現(xiàn)了在可見光信道下，經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化的ACE-T ACE-F LS信道估計(jì)算法有優(yōu)異的性能。在信道估計(jì)的基礎(chǔ)上給出了可見光信道的測量方法，尤其針對多色光系統(tǒng)考察了電域和光域干擾，并給出了3組實(shí)測的信道場景。針對多色光系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文給出了3種基于Alamout

4、i編碼方法的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)方案。通過仿真驗(yàn)證了相比于一般的時分或頻分復(fù)用的導(dǎo)頻設(shè)置方法，本文提出的方案具有更好的傳輸效率和信道估計(jì)準(zhǔn)確性，并且具有一定的靈活性，可以根據(jù)不同的系統(tǒng)需求進(jìn)行調(diào)整。
　　本文還考察了在使用波分復(fù)用技術(shù)的多色光系統(tǒng)中，多種信號檢測算法應(yīng)對鏈路間干擾的能力。在線性檢測算法中比較了迫零(Zero-forcing，ZF)檢測器和最小均方誤差(Minimum meansquare error，MMSE)檢測器的性能，仿

5、真驗(yàn)證了它們應(yīng)對干擾的能力。還考察了一系列干擾抵消算法，包括排序串行干擾抵消（Ordered successive interference cancellation，OSIC）算法和并行干擾抵消算法(Parallel interference cancellation，PIC)，以及它們與線性檢測器相結(jié)合的ZF-OSIC、MMSE-OSIC、ZF-PIC、MMSE-PIC算法。在3種不同干擾強(qiáng)度的信道場景下對這些干擾抵消算法進(jìn)行了仿真

6、，得到的一系列結(jié)果表明，不同算法適用于不同的信道條件。在實(shí)際系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)時，應(yīng)該根據(jù)信道條件和系統(tǒng)復(fù)雜度要求選擇合適的算法。
　　最后，本文給出了室內(nèi)多色可見光DCO-OFDM高速通信系統(tǒng)接收機(jī)在FPGA平臺上的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案，詳細(xì)闡述了其基帶信號處理流程，并針對其中的同步、信道估計(jì)和均衡、軟解調(diào)、干擾抵消等關(guān)鍵模塊進(jìn)行了算法分解、硬件實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)和時序分析。還給出了系統(tǒng)硬件實(shí)物結(jié)果和相關(guān)的系統(tǒng)配置參數(shù)。在四色光鏈路傳輸下，借助于干