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可见光通信信道估计技术研究

吕游  
【摘要】:近年来,随着移动通信技术的飞速发展,第四代移动通信技术已经在绝大部分城市得到了广泛的应用。但移动通信的快速发展也带来了很多的问题,射频频谱资源日益紧张,继续提高数据传输速率的成本越来越高,"绿色科技"的提出也让人们也逐渐开始关注电磁辐射对身体健康的影响,具有丰富频谱资源、绿色健康的可见光通信技术迎来了新的发展机遇。本论文主要针对可见光通信信道估计技术展开研究,包括导频设计、非线性限幅估计以及信道估计等技术,并结合了可见光实测信道进行了仿真,验证了非线性限幅估计及信道估计的性能,还给出了可见光DCO-OFDM通信系统发射机在FPGA上的设计和实现方案。首先,本文介绍了室内可见光DCO-OFDM通信系统的基本原理和系统模型。论文概述了系统的基本电路原理,包括系统中使用的光电器件特性以及接收发射电路原理。然后对室内可见光通信的系统链路进行了建模分析。其次,本文针对室内可见光DCO-OFDM通信系统中的前导设计和非线性限幅估计方法进行了深入地研究。考察了常用的同步序列的性能,对可见光通信系统中使用的基带信号模型和帧结构进行了研究分析,并在此基础上提出了针对系统中非线性限幅情况的前导序列设计方法。基于设计的前导序列,对可见光通信系统中的非线性限幅进行了建模,建立了限幅误差模型、限幅百分比模型以及相应的判决方案,并通过仿真验证了设计的前导序列以及非线性限幅判定方案的性能。接着,本文还研究了可见光DCO-OFDM通信系统的信道估计方法。论文介绍了传统OFDM通信系统常用的信道估计方法,包括基于块状导频的LS、LMMSE以及基于SVD分解的LMMSE信道估计方法,和基于梳状导频的线性插值、变换域插值法,并通过仿真比较了使用第三章设计的前导序列进行信道估计时不同估计方法的性能,同时也给出了非线性限幅情况对信道估计结果的影响。论文还对多色可见光通信系统的信道特性进行了分析,针对其信道特点,本文提出了两种新的导频设计方案和信道估计方法,通过仿真验证了相比于已有的几种导频设计方案,本文提出的方案获得了更好的传输效率和信道估计的精确度。最后,本文介绍了可见光DCO-OFDM通信系统发射机的硬件设计。论文概述了可见光通信系统平台的总体结构,并对实际系统中使用的硬件平台中的器件参数进行了总结。然后着重讨论了发射机在FPGA硬件平台上的设计方案,详细阐述了 CRC编码、扰码、LDPC编码、星座映射、IFFT变换以及插入循环前缀等基带处理部分的具体实现,最终给出了本课题搭建的实际可见光DCO-OFDM通信系统硬件平台的展示。


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