可见光通信系统中均衡算法的研究

摘要

在能源短缺的背景下，发光二极管(LED)由于低能量损耗、可靠性好、亮度高等优点将逐步取代传统光源而成为下一代理想光源，特别是它的响应时间极短，可用于高速通信。可见光通信(VLC)是将照明LED与无线通信技术相结合，利用LED灯发出的快速的明暗闪烁的光来传输信号，提供了一种全新的短距离无线通信方式。
　　可见光通信具有不受电磁的干扰、无需申请频谱、发射功率大、通信安全等优点，但可见光通信信道中存在多径效应与频率选择性衰落，会引起码间干扰，增大误码率，影响通信质量。因此，本文在分析可见光信道及OFDM调制技术的基础上，对可见光通信系统接收端的均衡技术进行了相应的研究与仿真，提出了一种基于频域过采样与符号重构相结合的最小均方误差(MMSE)均衡技术，该均衡器可以有效地解决因多径衰落引起的码间干扰(ISI)及因时延扩展而引起的频率选择性衰落，提高系统的误码性能，实现光源信号的高效复用。本文主要工作如下：
　　1、针对可见光无线信道多径传播引起的码间干扰，本文在可见光通信系统接收端采用均衡技术来消除码间干扰，通过对线性均衡中的迫零均衡和MMSE均衡，及非线性均衡中的判决反馈均衡和最大似然序列估计(MLSE)均衡分析比较，确定本文的均衡算法，创新点在于将频域过采样引入到MMSE均衡技术中，避免由于欠采样而引起的频谱混叠，通过保护间隔的插入，将发送端信号与信道离散冲击响应的线性卷积转换为循环卷积再进行FFT变换到频域做MMSE均衡。接收到的信号频谱中包含频域信道矩阵，能够有效地对信道的畸变失真进行补偿和校正，提高了可见光通信系统的信噪比。
　　2、在传统的系统中一般在发送端进行调制时插入保护间隔，并通过接收端直接去除保护间隔来减小码间干扰。本文为了利用保护间隔部分含有的有用信息，充分利用整个OFDM符号，对接收到的含有保护间隔部分的符号进行重构，再进行频域过采样MMSE均衡。最后通过数值分析与实验仿真证明了接收端采用基于频域过采样与符号重构相结合的MMSE均衡比传统的均衡算法具有更好的误码性能，且提高了系统的信号复用。

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第 1 章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究发展与现状

1.3 可见光通信系统概述

1.4 信道均衡的必要性

1.5 本文的主要研究内容

第 2 章 VLC信道分析

2.1 VLC信道

2.2 信道冲激响应的计算

2.3 信道干扰

2.4 改善系统通信性能的方法

2.5 奈奎斯特第一准则

2.6 本章小结

第 3 章 基于频域过采样的MMSE均衡

3.1 引言

3.2 线性均衡

3.3 非线性均衡

3.4 基于频域过采样的MMSE均衡

3.5 仿真结果与分析

3.6 本章小结

第 4 章 可见光通信系统基于FDO-MMSE均衡

4.1 引言

4.2 OFDM技术

4.3 信号重构

4.4 基于FDO-MMSE均衡的可见光通信系统

4.5 数值分析与仿真

4.6 本章小结

结论

1 全文工作总结

2 未来工作展望

参考文献

附录A攻读学位期间发表的论文

致谢