可见光通信中HACO-OFDM系统的信道估计研究

针对可见光通信(VLC)中混合非对称幅度截断光正交频分复用(HACO-OFDM)系统中非视距路径(NLOS)信道会恶化可见光通信系统的误码性能,提出一种用于HACO-OFDM系统的信道估计方案。在该方案中,块状导频仅被添加到奇数子载波,通过联合最小二乘(LS)算法和三次样条插值获得完整的信道状态信息(CSI)。仿真结果表明,HACO-OFDM系统采用提出的信道估计方案后,显著改善了来自NLOS信道信号的误码性能。本方案实现简单,能够较准确的获取信道状态信息,可以提高NLOS场景下的可见光通信质量。

一种基于时域处理的低复杂度HACO-OFDM系统

针对计算复杂度高和误码率(BER)受限幅噪声估计精度影响的问题,提出一种低复杂度的混合非对称限幅光正交频分复用(HACO-OFDM)系统及基于时域处理的接收解调方法,详细介绍了HACO-OFDM系统的组成及其时域信号的结构特点,通过简单的时域信号处理实现限幅噪声消除。实验结果表明:该方案显著降低了计算复杂度;当限幅噪声估计误差较大时,系统接收机的脉冲幅度调制的离散多音频(PAM-DMT)支路BER性能显著优于传统系统接收机。

扩频序列对可见光通信ACO-MC-CDMA系统性能的影响分析

ACO-MC-CDMA系统是码分多址(CDMA)和非对称限幅正交频分复用(ACO-OFDM)相结合的系统,可以满足可见光通信强度调制/直接检测系统对调制信号是实数的要求,并能够提供多址接入、抗符号间干扰和窄带干扰的能力。但由于ACO-OFDM系统结构的限制,CDMA扩频序列只能采用长度为2的幂次方的序列,因此研究Walsh码、正交可变扩频因子(OVSF)和正交Gold(OG)序列对系统的影响。首先,介绍了ACOMC-CDMA系统的原理;其次,介绍了三种扩频序列的产生及其互相关函数;再次,采用正交恢复合并、最大比合并和等增益合并,推导了系统的理论信噪比公式;最后建立了蒙特卡罗误码率仿真模型。结果表明,ACOMC-CDMA系统采用Walsh码的BER性能最好。扩频序列越长,误码率(BER)性能越好。

ACO-OFDM系统叠加训练序列时间同步方法

针对插入序列降低频带利用率的问题,提出了叠加序列的时间同步方法。通过将复数序列构造具有共轭对称结构,IF-FT(快速傅里叶逆变换)后得到实数具有镜像反函数特性的序列线性叠加在OFDM(正交频分复用)符号上,解决了传统插入序列独占发射功率的缺陷。仿真表明,与传统方法相比,该方法在低信噪比下具有更高的同步准确率,同时提高了系统频谱利用率。

非对称限幅光正交频分复用系统中峰值平均功率比抑制方法研究

为了降低非对称限幅光正交频分复系统中高峰值平均功率比对紫外光通信系统性能的影响,根据非对称限幅光正交频分复系统的特殊信号形式,对传统压缩扩张变换算法和选择性影射算法进行了结构上的改进,将改进后的算法运用到基于非对称限幅光正交频分复技术的紫外光通信系统中,可以使系统峰值平均功率比平均得到3dB的性能改善.在此基础上,为了进一步降低系统峰值平均功率比,采用了压缩扩张变换-选择性影射串行联合算法,能够使系统峰值平均功率比降低近5dB,该联合算法能够很好地降低非对称限幅光正交频分复用系统的峰值平均功率比,可以满足紫外光通信系统的需求.

ACO-OFDM系统中一种改进的DST预编码峰均比抑制方法

针对可见光通信非对称削波光正交频分复用(ACO-OFDM)系统中峰均比(PAPR)较高的缺点,基于通用预编码(GP)方法提出一种改进的离散正弦变换GP(DST-GP)方法。该方法基于GP方法将DST矩阵扩展为非对称矩阵以获得更佳PAPR抑制性能,并根据GP方法优化了扩展部分的计算。仿真结果与分析表明:与DST方法相比,所提出的DST-GP方法以较低成本获得更佳PAPR抑制性能,并且取得PAPR抑制性能与计算复杂度之间的良好折中。

可见光通信叠加ACO-OFDM调制技术

有限层信息流叠加时频谱能量有效正交频分复用(SEE-OFDM)技术与直流偏置光正交频分复用(DCOOFDM)技术的频谱效率存在差距。针对该问题,提出一种基于SEE-OFDM的叠加非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)调制技术。通过改变不同层信息流的调制阶数,使得叠加ACO-OFDM的频谱效率与DCO-OFDM相等。对系统误比特率(BER)进行理论分析,确定系统BER最小时的调制阶数组合算法,并提取每层信息流在解调时的子载波。实验结果表明,当频谱效率为1.5时,在线性AWGN信道下叠加ACO-OFDM技术的BER性能要优于DCO-OFDM技术与ACO-OFDM技术。

ACO-OFDM系统中抑制PAPR性能的PTS改进算法

非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)系统中基于传统部分传输序列(PTS)的峰均比(PAPR)抑制算法存在复杂度过高,需要传送边带信息的问题。在优化后的OFDM符号中直接插入边带信息会导致PAPR再升,带来传输速率损失。针对上述不足,提出一种基于阈值迭代的PTS改进算法。在搜索最优相位因子时,当PAPR小于给定阈值时,停止迭代降低计算复杂度。仿真结果表明,和传统PTS算法相比,PAPR抑制效果更好,复杂度更低,能在不降低传输速率的情形下同时传输边带信息。

大气湍流环境下ACO-OFDM可见光通信系统性能研究

建立了车辆和交通灯通信的智能交通系统模型,用随机相位屏模拟室外大气湍流,引入非对称裁剪光正交频分复用(ACO-OFDM)技术到该通信系统模型中,研究了不同强度湍流下系统的性能,并与脉冲位置调制(PPM)技术进行了对比.仿真结果显示:弱湍流下,信噪比为1~8,12~16 dB时,4QAM-ACO-OFDM的误码率低于PPM的误码率;中等湍流下,信噪比为1~5,11~14 dB时,4QAM-ACO-OFDM的误码率低于PPM的误码率;强湍流下,在相同的信噪比下,4QAM-ACO-OFDM的误码率均低于PPM的误码率.因此,与PPM相比,4QAM-ACO-OFDM对湍流有较强地抑制作用,为ACO-OFDM在室外可见光通信系统中应用提供了可能.

一种多孔径接收器的设计及其可见光通信系统

为了研究接收元件方向性和接收器对可见光通信的影响,并解决当前接收器信道增益弱的问题,设计一种基于多孔径接收器的多输入多输出室内可见光通信(visible light communication,VLC)系统。通过光发射器与接收器的关系,提出多孔径接收器,改善信道矩阵条件。该接收器包含8个接收元件,每个接收元件由一个裸片光电探测器和其上方的一个孔径组成,其目的是利用小型化的平面结构,提供较宽的视场和优秀的角度分集;基于该接收器,利用非对称截断光-正交频分复用(asymmetrically clipped optical orthogonal frequency division multiplexing,ACO-OFDM)传输消息,形成一个完整的多输入-多输出的VLC系统,实现了数据流的可靠传输。仿真实验采用4个发光二极管(light emitting diode,LED),测试数据表明,与当前优秀的接收器相比,所提设计在不同位置的误码率更低,多流干扰非常低,信道增益更大。

基于叠加训练序列的ACO-OFDM信道估计

现有光信道估计方法主要存在复杂度高、估计性能不突出等缺陷.为此,在简要分析ACOOFDM原理的基础上,提出了一种适用于ACO-OFDM系统的叠加训练序列信道估计方法.通过对接收信号一阶统计平均的处理,避免了因接收信号多变而引起的检测效果不稳定的缺陷,且具有复杂度低,估计性能好等优势.实验仿真及分析表明,较传统最小二乘法,提出的叠加训练序列信道估计方法有高于20dB的性能增益,适合应用于无线光传输高精度信道估计.

基于SLM-SCMA技术的ACO-OFDM系统性能分析

针对非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)系统高峰值平均功率比(PAPR)的问题,提出了一种降低PAPR的上行多址方案,采用选择性映射-稀疏码分多址(SLM-SCMA)技术抑制ACO-OFDM系统的PAPR,并通过Matlab软件对ACO-OFDM系统性能进行了仿真。仿真结果表明:当子载波数N=512、CCDF值为10-4时,不采用和采用SLM-SCMA技术的ACO-OFDM系统PAPR分别为11.82 dB、7.02 dB。

基于离散哈特莱变换的LACO-OFDM低复杂度接收方法研究

在分层非对称限幅光正交频分复用(LACO-OFDM)中,采用离散哈特莱变换(DHT)可以弥补采用快速傅里叶变换(FFT)时存在的频谱效率不高的缺陷,但在接收端多层信号的分离仍存在计算复杂度高的问题。结合DHT-LACO-OFDM信号的时域对称和反对称特性,提出一种基于时域重构的分层信号接收方法,在时域把叠加的信号进行分层接收。研究结果表明,相比于传统的时频域结合的迭代接收方式,基于时域重构的分层信号接收方法在误比特性能上与传统的迭代接收方式几乎相同,但计算复杂度约降低为原来的一半。

无线光通信中自适应偏置混合ACO-OFDM方法研究

针对混合非对称限幅光学正交频分复用(hybrid asymmetrically clipped optical orthogonal frequency division multiplexing,HACO-OFDM)技术只利用了奇数子载波和偶数子载波的虚部进行符号传输而导致频谱效率低效的问题,本文提出了一种自适应偏置HACO-OFDM(adaptively biased HACO-OFDM,AB-HACO-OFDM)方法。该方法针对未被使用的偶数子载波的实部,构造了脉冲幅度调制离散多音(pulse-amplitude modulated discrete multitone,PAM-DMT)信号,并与HACO-OFDM信号混合传输提升子载波利用率,同时,引入功率高效的自适应偏置信号保证非负性。仿真结果表明:相比HACO-OFDM,提出的AB-HACO-OFDM能够有效地提升传输的频谱效率,同时,具有更优的误比特率(bit error rate,BER)性能。此外,相比传统的正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)方法,所提方法实现目标BER所需的信噪比更低,表现出更高的功率效率。

室内可见光通信多径信道建模及MIMO-ACO-OFDM系统性能分析

当通信速率较高时,室内光信号的多径效应不可忽视,当发送端存在时间弥散性时,提出一种室内可见光通信-多输入多输出(VLC-MIMO)多径衰落信道建模方法.由于光正交频分复用(OFDM)技术能有效抵抗码间干扰,故将非对称限幅光OFDM(ACO-OFDM)和MIMO相结合,建立MIMO-ACO-OFDM系统.用迭代法计算每对LED和光电探测器(PD)之间的冲激响应,连接LED和PD阵列的几何中心作为等效视线传输(LOS)信道,建立了多径信道模型.分析表明,当PD在房间中间时多径信道路径增益大,多径干扰弱;当PD在墙角时信号衰减大,多径干扰强.采用迫零(ZF)和最小均方误差(MMSE)检测,理论推导了系统误码率性能,建立了蒙特卡罗仿真模型.仿真表明,低阶调制时系统有更好的性能.当调制阶数小于64时,MMSE比ZF更有优势,随着信噪比增大两中检测方法得到的系统性能趋于相同;当LED半功率角变小时光束会聚强,PD在房间中心时性能最好,越往墙边性能越差;当PD视场角变小时,虽然在房间中心时接收功率不变,但多径干扰变弱性能变好.

室内可见光通信中DCO-OFDM和ACO-OFDM系统性能分析

在单光源室内可见光通信(VLC)系统中,为了准确评价多径效应对系统性能的影响,提出一种室内VLC多径信道建模方法。用迭代法计算视线传输(LOS)和反射传输冲激响应,分析接收端抽样周期和发光二极管(LED)调制带宽之间的关系,并定义码间干扰(ISI)。以LOS信道时延作为建模起点,将接收端相邻抽样间隔之间的所有冲激响应之和作为多径信道路径增益。正交频分复用(OFDM)技术能有效抵抗ISI,在室内多径信道下,考虑非线性限幅噪声影响时,推导了直流偏置光OFDM(DCO-OFDM)和非对称限幅光OFDM(ACO-OFDM)的理论误码率(BER),并建立了蒙特卡罗仿真模型。研究光电检测器(PD)位置、LED的半功率角、PD视场角(FOV)和直流偏置参数对系统BER性能的影响。仿真结果表明,当PD在房间中心时,受多径干扰影响最小,BER性能最好;PD移到墙壁位置时,受多径干扰影响大,BER性能差;随着FOV和LED半功率角的增大,PD接收到的反射光功率增加,多径干扰增大,BER性能变差;直流偏置越大,DCO-OFDM系统BER性能越差。

基于神经网络的可见光通信系统信道估计方法

针对现有的非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)可见光通信(VLC)系统中信道估计方法存在导频数量过大、精度低、估计效率不高的问题,提出一种基于深度神经网络(DNN)的VLC信道估计方法。利用梯度集中化(GC)方法进行模型优化,并采用端到端的方式跟踪信道信息并恢复失真信号。仿真结果表明:所提方法的误码率(BER)和均方误差(MSE)性能均优于传统方法;在使用较少的导频和省略循环前缀(CP)进行信道估计时,所提方法具有更强的鲁棒性。此外,在DNN训练过程中引入GC方法,可以加快网络的收敛速度,提高其优化能力。

基于低密度奇偶校验码和非对称限幅光正交频分复用技术的大气激光通信系统性能

研究了一种光功率效率高的非对称限幅光正交频分复用(OFDM)调制技术,通过对信号的非对称削减,将OFDM调制技术运用到光通信领域。将这种非对称限幅光OFDM技术运用到大气激光通信系统中,分析了采用非对称限幅光OFDM技术大气激光通信系统在大气湍流信道下的性能。在此基础上,将低密度奇偶校验(LDPC)码和置信传播迭代译码算法应用到大气激光通信系统中,并结合非对称限幅光OFDM强度调制方案,在大气湍流信道中进行了仿真。仿真结果表明,LDPC码具有优越的纠错能力并获得了较大的编码增益,该方案可以满足大气激光通信系统的需要。

可见光通信非对称限幅光多载波码分多址系统的设计及性能分析

基于码分多址(CDMA)和非对称限幅光(ACO)正交频分复用,提出了非对称限幅光多载波码分多址系统。在视线传播和散射传播信道中,采用正交恢复合并(ORC)、最大比合并(MRC)和等增益合并(EGC)算法,推导了受限幅噪声影响时系统的信噪比,建立了蒙特卡罗误比特率(BER)仿真模型。研究结果表明,通过增大扩频序列长度可以提高BER性能。随着用户数增多,多用户间干扰增大,MRC算法性能变差,ORC算法保持了用户间的正交性,BER性能最好。所提系统的性能比反转多载波CDMA和单极性多载波CDMA系统的更好。

结合PWC技术的LED室内定位算法

为进一步提高基于发光二极管(LED)室内定位系统的精度,提出一种结合成对编码(PWC)的LED室内定位算法.通过将性能较好的子载波与性能较差的子载波进行PWC处理,可缓解由系统噪声分布不均造成的载波间信噪比不均衡的问题,从而提高系统的性能,且PWC技术在预编码阶段不增加开销,解码复杂度低.该定位算法利用非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)调制奇载波,然后将调制后的子载波进行PWC处理,在接收端使用接收信号强度(RSS)技术获取位置信息.计算了在确定高度下房间里每个点的定位误差,并与仅基于ACOOFDM的传统定位算法进行了比较.仿真结果表明:结合PWC技术后系统的总均方根(RMS)误差从0.27 m降低到了0.20 m,优于仅基于ACO-OFDM的传统定位算法.