高速光无线MIMO-OFDM传输技术研究
发布时间：2020-03-18 00:34
【摘要】：为满足日益增长的无线通信需求,可采用大容量及频谱效率的多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)和抗多径衰落的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术。但为解决光无线通信仍存在自由空间光信道不稳定、信号检测复杂度高及传输误码率大等问题,本论文开展了 MIMO-OFDM光无线通信系统的信道建模及信号处理等关键技术研究,重点针对现有光无线信道模型、OFDM调制与信号检测的不足,提出了非对称限幅光-正交频分复用(Asymmetrically Clipped Optical-Orthogonal Frequency Division Multiplexing,ACO-OFDM)调制的最小均方误差-排序逐次干扰抵消(Minimum Mean Square Error-Order Successive Interference,MMSE-OSIC)信号检测策略。具体研究了光无线信道模型、ACO-OFDM信道估计及MMSE-OSIC信号检测等内容。全文内容和贡献主要如下:1.针对自由空间光无线信道存在湍流、光散射等众多干扰导致信道分析困难等问题,开展了光无线信道建模研究。首先,在原弱湍流信道基础上,引入了对准误差因素,总结并定性分析了实践中易引起对准误差的原因。然后,完成引入对准误差的定量光信道建模,推导了不同对准误差下的系统中断概率,并计算信道分集增益理论表达式,再在大信噪比条件下获得其渐进表达式。仿真表明:引入对准误差后,光信道更接近真实光信号传输条件,且系统分集增益只与对准误差值有关。而当不存在对准误差时,分集增益与收发天线数成正比;2.针对光无线MIMO-OFDM系统光信号调制解调、信道估计等难实现问题,提出了叠加周期训练序列的ACO-OFDM信道估计方案。首先,为了使OFDM技术可直接用于光无线通信,利用非对称限幅及埃尔米特对称技术,使OFDM信号呈单极性;其次,针对光无线通信对噪声敏感且数据信号均值非零现象,提出了采用叠加训练序列和线性最小均方误差信道估计算法:经改进的训练序列和本地矩阵,可有效提高估计性能及传输效率。最后,结合离散傅里叶变换预编码和部分传输序列(PTS)算法,获得高峰均比抑制效果,并得到仿真验证;3.针对光无线MIMO-OFDM系统信号检测存在差错传播、计算复杂度高等问题,结合迭代逼近及多层联合检测策略,提出了反馈信息辅助的排序串行干扰消除(OSIC)算法。该方案利用每层软估计值作为反馈信息,选取反馈候选点来构造候选向量,并采用最大似然(ML)准则选取最接近发送信号的向量作为输出,解决因前期迭代检测误判引起的差错传播问题。此外,利用定量松弛因子和初值的迭代逼近策略,简化最小均方误差(MMSE)准则下的矩阵求逆计算。最后,还采用多层联合检测优化OSIC算法,可节省多次迭代检测。仿真表明:在等误码情况下,所提算法能提高4-5dB检测性能,且计算复杂度由三次幂降为二次幂。本文通过光无线MIMO-OFDM系统信道建模、信道估计及信号检测等理论优化方案,有效提高了系统误码性能,且降低了算法复杂度。故该方案可广泛应用于光无线通信系统研究。
【图文】：
从探测器接受到来自发射器信号层面考虑，设光信号探测器接收截面为圆形且半径为ａ，逡逑此时由于系统存在对准误差，，接受到的光束束心与探测器接收平面中心间肯定会出现偏离状逡逑态。如图２－１所示：逡逑９逡逑
构生成随机模型，另一种则利用相关性生成随机模型。为降低整体系统复杂度且便于光信道逡逑模型分析，采用相关性的随机模型建立ＭＩＭＯ光信道建模更为合适建立ＭＩＭＯ光无线逡逑信道模型如图２－２所示。逡逑ｘＡｌ）逦／＾＼逦ｒ，（／）逡逑逦？光发射器１逦＇逦＾邋／逦光探测器１邋逦？逡逑Ｌ＿＿逦，１逦Ｙ邋逦１逡逑逦邋Ｉ邋光邋＼逦逦逡逑ｘＡｔ）逦Ｉ邋千邋＇．逦／？，（／）逡逑—一＂？光发射器２邋逦＜邋ｊ邋＾逦１S谩靛喂馓讲馄鳎插濉垮义希″澹卞澹″义希垮危垮危苠危浚″危垮危垮义希垮危垮危保疱澹殄危垮危垮义希咤澹苠澹澹澹垮义希酰ǎ簦╁危苠巍觯澹铃危慑澹停襄义希蹂澹止夥⑸淦鳎湾澹″危煎澹郑撸澹咤澹惧喂馓讲馄鳎五澹戾澹у危垮义贤迹玻玻馕尴撸停保停舷低车男诺姥绣衬Ｐ湾义衔炕治鼋⒌男诺滥Ｐ停鲜龉馕尴咄ㄐ判藕拍Ｐ椭械氖辗⑿藕殴叵涤靡韵率у义瞎剑ǎ玻保常┍聿唬哄义希颍剑龋颍澹澹危ǎ玻保常╁义掀渲校仁且桓觯粒捉椎男诺谰卣螅卣竽诘母鞲鲈乇硎径杂κ辗⑻煜叩男诺涝鲆妗Ｓ捎阱义舷低巢捎霉馇康髦萍际酰庑藕哦嘉担葱牟⑽构馕尴呦低称骄β史涎劬﹀义系陌踩曜迹俣ǜ鞲龉夥⑸淦鞯淖畲笃骄夤β首畲笪校耸保⑸湫藕疟匦肼沐义显肷藕啪捎镁滴啊⒎讲钗Φ母咚拱自肷
本文编号：2587938
【图文】：
从探测器接受到来自发射器信号层面考虑，设光信号探测器接收截面为圆形且半径为ａ，逡逑此时由于系统存在对准误差，，接受到的光束束心与探测器接收平面中心间肯定会出现偏离状逡逑态。如图２－１所示：逡逑９逡逑
构生成随机模型，另一种则利用相关性生成随机模型。为降低整体系统复杂度且便于光信道逡逑模型分析，采用相关性的随机模型建立ＭＩＭＯ光信道建模更为合适建立ＭＩＭＯ光无线逡逑信道模型如图２－２所示。逡逑ｘＡｌ）逦／＾＼逦ｒ，（／）逡逑逦？光发射器１逦＇逦＾邋／逦光探测器１邋逦？逡逑Ｌ＿＿逦，１逦Ｙ邋逦１逡逑逦邋Ｉ邋光邋＼逦逦逡逑ｘＡｔ）逦Ｉ邋千邋＇．逦／？，（／）逡逑—一＂？光发射器２邋逦＜邋ｊ邋＾逦１S谩靛喂馓讲馄鳎插濉垮义希″澹卞澹″义希垮危垮危苠危浚″危垮危垮义希垮危垮危保疱澹殄危垮危垮义希咤澹苠澹澹澹垮义希酰ǎ簦╁危苠巍觯澹铃危慑澹停襄义希蹂澹止夥⑸淦鳎湾澹″危煎澹郑撸澹咤澹惧喂馓讲馄鳎五澹戾澹у危垮义贤迹玻玻馕尴撸停保停舷低车男诺姥绣衬Ｐ湾义衔炕治鼋⒌男诺滥Ｐ停鲜龉馕尴咄ㄐ判藕拍Ｐ椭械氖辗⑿藕殴叵涤靡韵率у义瞎剑ǎ玻保常┍聿唬哄义希颍剑龋颍澹澹危ǎ玻保常╁义掀渲校仁且桓觯粒捉椎男诺谰卣螅卣竽诘母鞲鲈乇硎径杂κ辗⑻煜叩男诺涝鲆妗Ｓ捎阱义舷低巢捎霉馇康髦萍际酰庑藕哦嘉担葱牟⑽构馕尴呦低称骄β史涎劬﹀义系陌踩曜迹俣ǜ鞲龉夥⑸淦鞯淖畲笃骄夤β首畲笪校耸保⑸湫藕疟匦肼沐义显肷藕啪捎镁滴啊⒎讲钗Φ母咚拱自肷
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