可见光DCO-OFDM通信系统信道估计算法研究及其实现

摘要

可见光通信具有照明和同时实现高速数据通信的优势，因而成为近年来无线通信领域的研究热点之一。DCO-OFDM是可见光通信实现高速数据传输的主要调制方式，DCO-OFDM系统的信道估计是接收机的关键模块之一。本文对DCO-OFDM系统的信道估计问题进行了研究，主要研究内容如下:
　　一、研究了可见光DCO-OFDM系统中基于导频的DFT信道估计算法。无虚载波的基于DFT算法准确度较高，改进了设定噪声阈值门限法进一步提高估计精度。对于应用在实际系统中存在虚载波的基于DFT算法，存在能量泄漏问题，分别采用补偿虚载波处信道值的重复边缘值法、部分子载波替换法及最优补偿DFT算法，也采用时域修正估计算法进行改进，性能都有所提升，并对算法进行了仿真分析。
　　二、改进了基于可靠判决反馈的ML信道估计算法。基于可靠判决反馈的ML信道估计算法，将可靠性较高即BER较低的符号作为反馈的准导频，通过二次估计提高了估计精度，但是该算法在低信噪比时可靠的符号较少，性能并没有改善。针对此问题提出了基于可靠判决反馈的ML信道估计改进算法，在不同的信噪比情况下，设置不同的BER门限，使得在低信噪比时也有一定的反馈的准导频数，从而可以提高在低信噪比时的估计性能。
　　三、改进了基于压缩感知的ROMP时域稀疏信道估计算法。研究了简单的贪婪类迭代算法，包括OMP算法、ROMP算法，OMP算法简单且准确度较高，而ROMP算法在正则化过程中存在的选择错误原子的可能性，针对此间题提出了改进算法。改进算法对正则化过程进行改进，减小正则化系数，并且选择平均能量最大的原子组而不是选择能量和最大的原子组，降低了选择错误原子的可能性，并进行仿真分析。
　　四、对可见光DCO-OFDM系统中的信道估计模块进行硬件实现，采用XilinxKintex7系列的FPGA开发板。介绍了VLC系统整体架构的设计，确定了信道估计模块的定点方案，并比较定点与浮点仿真的性能差异，研究了信道估计模块的FPGA实现过程、包含子模块（ROM矩阵、乘法累加器、FFT模块）、端口信号及主要数据的时序，并在开发板上进行了测试。

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第1章 绪论

1．1 可见光通信技术概述

1．2 可见光通信系统中的DCO-OFDM原理

1．3 DCO-OFDM系统的信道估计研究现状

1．4 本文主要研究内容及论文安排

1．4．1 本文工作与前人工作的联系与区别

1．4．2 论文内容提要

第2章 DCO-OFDM系统中基于导频的DFT信道估计算法

2．1 引言

2．2 问题表述

2．2．1 导频插入方案

2．2．2 接收信号模型

2．2．3 信道估计问题

2．3 基于导频的DFT信道估计算法

2．3．1 两种线性信道估计算法

2．3．2 无虚载波时的基于DFT的信道估计及改进算法

2．3．3 存在虚载波时的基于DFT的信道估计算法

2．4 仿真结果分析

2．4．1 系统仿真参数设计

2．4．2 信道估计算法仿真结果分析

2．5 本章小结

第3章 一种改进的基于可靠判决反馈的信道估计算法

3．1 引言

3．2 问题表述

3．2．1 问题的提出

3．2．2 判决反馈信道估计的系统模型

3．3 基于判决反馈的ML信道估计算法及改进算法

3．3．1 ML信道估计算法

3．3．2 双ML信道估计算法

3．3．3 基于可靠判决反馈的ML信道估计算法

3．3．4 基于可靠判决反馈的ML信道估计的改进算法

3．4 仿真结果分析

3．4．1 系统仿真参数设计

3．4．2 判决反馈信道估计算法仿真结果分析

3．5 本章小结

第4章 一种改进的基于压缩感知ROMP稀疏信道估计算法

4．1 引言

4．2 问题表述

4．2．1 问题的提出

4．2．2 压缩感知信道估计系统模型

4．3 基于压缩感知的时域稀疏信道估计

4．3．1 基于OMP算法的时域稀疏信道估计

4．3．2 基于ROMP算法的时域稀疏信道估计

4．3．3 基于改进ROMP算法的时域稀疏信道估计

4．4 仿真结果分析

4．4．1 信道仿真参数设计

4．4．2 导频规则选取对信道估计算法的性能影响的仿真分析

4．4．3 不同导频数目对CS算法的性能影响仿真与分析

4．4．4 CS算法性能仿真分析

4．5 本章小结

第5章 可见光DCO-OFDM系统信道估计模块的硬件实现

5．1 引言

5．2 VLC系统整体架构

5．3 信道估计模块的硬件实现

5．3．1 信道估计模块定点方案设计

5．3．2 信道估计模块定点与浮点仿真比较

5．3．3 信道估计模块的硬件实现

5．4 信道估计模块测试

5．5 本章小结

第6章 总结及展望

6．1 全文总结

6．2 未来展望

参考文献

硕士期间发表的论文及参与的科研项目

致谢