CAP可见光通信系统的波形设计与定时估计

发布时间：2017-07-26 02:03

  本文关键词：CAP可见光通信系统的波形设计与定时估计

  更多相关文章： 定时敏感度 眼图宽度 多频点OM算法 多相滤波器内插

【摘要】：无载波幅度相位调制(CAP)由于其较高的频谱利用率和较低的实现复杂度,近年来在可见光通信(VLC)系统的实现上备受关注。然而,由于在存在定时偏差的情况下,CAP信号不仅存在较大的符号间干扰(ISI),而且存在较大的交叉通道干扰(CCI),因此CAP接收机对定时偏差非常敏感。CAP接收机的高定时敏感度问题可以通过设计低定时敏感度的CAP波形和设计高精度的定时恢复模块这两种方法解决。在CAP波形的设计方面,前人已经推导了CAP波形无ISI和CCI的时域、频域条件,并且给出了一组低定时敏感度的NS CAP波形,但NS CAP波形只降低了I通道信号的定时敏感度。本文根据CAP波形的频谱重叠特性,尝试了通过调整通带Nyquist波形载波大小来设计CAP波形的新思路。在CAP系统定时恢复模块的设计方面,前人所做的工作主要基于模拟的定时恢复方法。为了进一步提高定时恢复的精度,本文对更加稳定可靠的全数字定时恢复方法进行了研究。论文主要工作如下：1)研究了低定时敏感度的CAP波形设计。相对于PAM波形,CAP波形的无干扰不仅需要考虑ISI问题,还需要额外考虑CCI问题。本文针对这一情况采用分步设计的方法,先在传统CAP波形的基础上提出了无ISI的通带Nyquist波形的概念,然后根据CAP波形无CCI的频域条件,讨论了I、Q通道的通带Nyquist波形的载波需要满足的条件,最终设计出了更具一般性的可变频谱重叠度CAP波形,并且从中选取了两组性能较好的CAP波形,即PO CAP波形和2-DFDCAP波形,并在2-DFD波形的基础上设计了一组高频谱利用率的三维CAP波形。仿真结果表明,本文提出的PO CAP波形和2-D FD CAP波形的定时敏感度性能要优于传统的CAP波形和NS CAP波形。但是,当定时偏差较小时,传统CAP波形和NS CAP波形将表现出更好的性能。2)研究了针对CAP信号的定时估计估计算法。首先证明了传统的针对PAM信号的最大平均功率定时估计算法在CAP系统中的可用性。接着针对通带PAM信号的频谱特性,对传统的针对基带PAM信号的OM算法进行了改进,提出了使用高频分量进行估计的多频点OM算法。然后将多频点OM算法推广到了CAP系统中,并且根据传统CAP波形I、Q通道波形的对称性对OM算法进行了改进。仿真结果表明,最大平均功率定时估计的性能高度依赖于接收机的采样频率,采样频率越高,定时估计结果越准确。如果CAP系统使用发送通带PAM前导符号的方法进行定时估计,不论系统选择哪一种CAP调制波形,使用Q路波形调制前导序列,都能获得比使用I路波形调制前导序列更好的性能。而对于使用CAP信号进行可跟踪定时估计的系统,PO CAP和2-D FD CAP信号最适合使用Q通道的三倍频估计算法；NS CAP信号最适合使用I通道的一倍频估计算法；传统CAP信号使用改进的OM算法将得到较好的定时估计性能,但是使用原始的OM算法,定时估计的性能将十分有限。另外,由于CAP信号存在交义通道,因此CAP信号想要获得良好的定时估计性能,必须使用比PAM信号更长的定时估计符号长度。3)针对使用传统CAP波形的系统,详细介绍了接收机定时恢复模块的电路实现方法。
【关键词】：定时敏感度 眼图宽度 多频点O&M算法 多相滤波器内插
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 缩略语13-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 论文研究背景15-19
• 1.1.1 可见光通信的应用15-17
• 1.1.2 可见光通信中的调制技术17-18
• 1.1.3 CAP可见光通信系统中的定时敏感度问题18-19
• 1.2 硕士期间的工作及任务安排19-21
• 第二章 低定时敏感度CAP波形设计21-41
• 2.1 引言21-22
• 2.2 CAP可见光通信收发机基本结构22-23
• 2.3 CAP波形无ISI和CCI的频域限制条件23-25
• 2.4 低定时敏感度CAP波形设计25-33
• 2.4.1 传统CAP波形和NS波形的特性分析25-28
• 2.4.2 可变频谱重叠度CAP波形28-33
• 2.5 仿真结果33-36
• 2.5.1 滚降系数对CAP波形眼图宽度的影响33-34
• 2.5.2 不同CAP波形的性能比较34-36
• 2.6 本章小结36-41
• 第三章 CAP系统中的最大平均功率定时估计算法研究41-47
• 3.1 引言41-42
• 3.2 最大平均功率定时估计42-46
• 3.2.1 最大平均功率定时估计的原理介绍42-45
• 3.2.2 仿真结果45-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第四章 CAP系统中的多频点O&M定时估计算法研究47-61
• 4.1 引言47-48
• 4.2 通带PAM信号的多频点O&M算法48-53
• 4.2.1 通带PAM信号多频点O&M算法的原理分析48-51
• 4.2.2 仿真结果51-53
• 4.3 CAP信号的多频点O&M算法53-60
• 4.3.1 CAP信号的多频点O&M算法的原理分析53-55
• 4.3.2 针对传统CAP信号的改进的O&M算法55-57
• 4.3.3 仿真结果57-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 CAP VLC收发机定时恢复模块的电路级实现及验证61-73
• 5.1 引言61
• 5.2 可见光通信CAP收发机框架61-63
• 5.3 数字内插器的原理介绍63-66
• 5.4 定时恢复模块的电路级实现66-71
• 5.4.1 定时估计模块的设计方案67-69
• 5.4.2 定时估计模块多速率处理产生的时序问题69-71
• 5.5 仿真结果71-72
• 5.6 本章小结72-73
• 第六章 结束语73-75
• 6.1 全文工作总结73-74
• 6.2 研究展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 硕士期间发表的论文及参与的科研项目81

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