基于MIMO-OFDM可见光通信系统降低PAPR算法研究

摘要

LED可以在满足照明的同时实现高速通信，具有通信速度快、安全、抗电磁干扰等特点，具有广泛应用前景。但由于照明需要，采用多个LED阵列作为信号发射源，造成多径效应，降低通信质量。为此抗多径能力较强、多信号源同时传输的MIMO-OFDM调制方法得到应用。然而MIMO-OFDM中信号由多个子信道信号组成，随着信号中同向成为的叠加，必然会引起较高的PAPR(峰均值比)。实验表明，较高的峰均功率比会造成信号在通过相关器件时的非线性失真。因此，降低均峰值比成为提高基于MIMO-OFDM的可见光通信系统质量的重要途径。
　　目前降低峰均值比的方法可以分为三大类:概率类、信号预畸变类以及编码类。其中，概率类算法能够在不增加误码率的条件之下降低系统的PAPR，但是这类算法计算量加大并且降低PAPR效果不是很明显;信号预畸变类算法结构简单、效果明显，但是会增加系统的误码率。
　　本文从前两类算法出发，充分均衡了计算复杂度、降低PAPR效果以及引入误差三方面的关系，提出了一种联合使用概率类算法中的部分传输序列(PTS)以及信号预畸变类算法中的压扩(Companding)的算法——PTS-Companding算法来降低系统的PAPR。通过研究信号自相关性与峰均值比的关系，叠加自相关性较低的训练序列来进一步降低系统的PAPR。理论分析和MATLAB仿真表明，改进算法的计算复杂度以及引入误差与PTS-Companding算法相当，但是PAPR比PTS-Companding算法的PAPR优化了0.7dB左右;引入误差与压扩算法相当，但是PAPR比压扩算法的PAPR优化了1dB左右;计算复杂度与PTS算法相当，但是PAPT比PTS算法PAPR优化了2.2dB左右;比原始信号优化了4.5dB左右。因此本文提出的叠加训练序列的PTS-Companding联合算法可以在不增加计算复杂度的情况下，降低峰均功率比，提高LED通信系统的通信质量。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 可见光通信技术概述

1．2 LED可见光通信的前景与优势

1．3 可见光通信的研究现状

1．3．1 国外现状

1．3．2 国内现状

1．4 主要内容

第2章 基于MIMO-OFDM的可见光通信系统

2．1 LED相关知识

2．1．1 LED发光原理

2．1．2 白光LED实现方法

2．1．3 光敏元件

2．2 调制与解调技术

2．3 基于OFDM的可见光通信系统结构

2．3．1 基带调制

2．3．2 串并转换

2．3．3 子载波调制

2．3．4 快速傅里叶变换(FFT)调制解调

2．4 基于MIMO-OFDM的VLC-LED系统结构

2．4．1 MIMO技术简介

2．4．2 MIMO、OFDM结合的必要性以及优势

2．4．3 基于MIMO-OFDM的VLC-LED系统结构及缺点

2．5 本章小结

第3章 降低PAPR经典算法

3．1 峰均值比(PAPR)的定义

3．2 信号预畸变类算法

3．2．1 直接限幅算法

3．2．2 压扩算法

3．3 概率类算法

3．3．1 选择映射算法(SLM)

3．3．2 部分传输序列算法(PTS)

3．4 编码类方法

3．5 本章小结

第4章 改进的降低PAPR算法

4．1 PTS-Companding联合算法

4．1．1 联合算法的条件

4．1．2 PTS-Companding的联合结构

4．1．3 PTS-Companding联合算法的性能

4．2 改良的PTS-Companding联合算法

4．2．1 理论分析

4．2．2 性能分析

4．2．3 性能比较

4．3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文