可见光通信中非对称限幅光正交频分复用调制技术的研究
发布时间：2021-08-12 23:35
可见光通信（Visible Light Communication,VLC）不仅能同时实现照明和通信,而且由于其绿色环保,易于维护,安全私密性高,可视性和可控性等优点,而被广泛研究。可见光具有较大的带宽,弥补了射频通信频带拥挤的缺点,可以满足大量数据的通信,且无需申请即可使用,降低了通信成本。然而,当光信号在室外大气信道传输时,由于大气成分复杂,会对穿过大气的光信号产生吸收,散射和大气湍流效应,其中,大气湍流会对光信号造成闪烁,漂移和扩展,影响接收光束的质量和接收功率,严重情况下会造成可见光通信的中断,是阻碍室外可见光通信应用的主要原因之一。为了抑制大气湍流效应对室外VLC系统的影响,本文以智能交通领域里的车辆和LED交通灯之间的通信为应用场景,建立了基于非对称限幅光正交频分复用调制技术（Asymmetrically Clipped Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,ACOOFDM）的车辆和交通灯的可见光通信系统,研究了ACO-OFDM对湍流的抑制作用。本文的主要研究内容如下:首先,将ACO-OFDM与开关键控调制（O...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
OFDM子载波时域图
内蒙古科技大学硕士学位论文-11-OFDM的基本思想是将高速串行数据经过串并转换转换为多通道并行的低速数据，并运用多个正交的子载波将其进行传输。其核心技术为子载波频谱间正交，通常OFDM系统使用IFFT/FFT来实现正交子载波的调制和解调。时域内对子载波正交的理解：图2.4为时域OFDM的载波示意图，可以看出在一个OFDM符号的周期内任何一个子载波，都具有整数个完整周期的波形，在积分周期为一个完整的OFDM符号长度时，进行积分的结果为零[56]。频域内对子载波正交的理解：由图2.5可知，在每个子载波的最大幅度处，其他子载波的幅度恰好为零，这减少了子载波之间的干扰并提高了频谱利用率。图2.4OFDM子载波时域图图2.5OFDM频谱示意图OFDM的优点主要包括：1、抵抗符号间干扰，具有很强的抗衰落能力，适用于多径环境和高速数据通信。2、可以实现上下行链路不同速率传输。3、可以抗窄带干扰，因为其仅影响一小部分子信道。4、采用FFT/IFFT实现快速算法，降低硬件复杂度。5、子载波正交，可以实现载波频谱之间的重叠，提高频谱利用率。6、相比于OOK和PPM，OFDM具有更好的光功率效率。在OFDM调制技术中，传输的信号是双极信号，但是在VLC系统中，需要用光信号的强度来传输信息，光的强度不是负的，因此，发送的信号必须为非负实值信号。现在，通常使用ACO-OFDM和DCO-OFDM生成非负实数值信号。DCO-OFDM通过对OFDM信号添加直流偏置来生成非负信号，直流偏置的大小决定了DCO-OFDM的性能，随着星座规模的增大，直流偏置的需求增高，功率消耗增大，在一定程度上限制了DCO-OFDM在实际系统中的应用，ACO-OFDM无需添加直流偏置，因而对于星座的
内蒙古科技大学硕士学位论文-14-b、QAM调制模块OFDM调制技术将基带信号转变为频带信号的映射方式包括PSK和QAM调制技术，随着调制阶数的增高，在相同的调制阶数下，QAM的抗噪声性能优于PSK，并且当信噪比相同时，QAM具有更低的误码率，因此，本文选用QAM的映射方式。QAM属于矢量调制，通过串并和2-L电平转换将输入的比特数据映射到星座图上，以形成复数调制符号。然后，通过低通滤波后，将获得信号的实部和虚部调制到相互正交的载波上，并同时利用幅度和相位传输比特信息，其调制原理图如图2.9所示，经过QAM映射的星座图如图2.10所示。由图2.10可知4QAM调制具有4个样点，每个采样点对应一个矢量状态，即载波和相位的组合。类似地，M-QAM对应于M个采样点。串并2-L电平变换2-L电平变换低通滤波低通滤波∑相位变换本地震荡cos（2πfct）sin（2πfct）输入输出星座图映射星座图映射图2.9QAM调制原理图图2.10信号映射图c、厄米特对称偶载波置零模块
【参考文献】：
期刊论文
[1]室内MIMO ACO-OFDM可见光通信系统接收机设计[J]. 张琦,岳殿武. 中国激光. 2020(01)
[2]ACO-OFDM的MatLab仿真实验设计[J]. 吴迪,张雅楠,那振宇. 中国现代教育装备. 2019(13)
[3]室内可见光通信系统的光源布局优化及性能分析[J]. 陈泉润,张涛. 光学学报. 2019(04)
[4]基于室外可见光通信系统检测算法[J]. 秦岭,宋科宁,李宝山,杜永兴. 光通信技术. 2019(02)
[5]室内可见光通信OFDM自适应比特功率加载算法性能分析[J]. 贾科军,靳斌,郝莉. 激光与光电子学进展. 2019(03)
[6]可见光通信叠加ACO-OFDM调制技术[J]. 路明丽,于宏毅,仵国锋. 计算机工程. 2017(10)
[7]室内可见光通信盲均衡技术研究[J]. 王辉,奚海强. 计算机工程与应用. 2018(15)
[8]室外大规模MIMO可见光通信最大似然检测算法[J]. 杜天一,高向川,王忠勇,王法松,靳进. 通信技术. 2017(06)
[9]室内可见光通信宽视角技术研究[J]. 张瑜,余仲秋,张晖. 光通信技术. 2017(04)
[10]室外可见光通信信道建模[J]. 李鑫,郭心悦,徐伯庆. 光通信技术. 2016(04)
博士论文
[1]可见光通信系统中的OFDM调制技术研究[D]. 杨洋.北京邮电大学 2018
[2]大气激光通信中光强闪烁及其抑制技术的研究[D]. 易湘.西安电子科技大学 2013
硕士论文
[1]基于ACO-OFDM的可见光定位和通信融合系统[D]. 陈娜.南京邮电大学 2019
[2]激光热晕及湍流效应室内模拟实验[D]. 尹晨旭.西安电子科技大学 2019
[3]基于OFDM系统的物理层安全算法研究[D]. 武汉卿.江苏科技大学 2018
[4]基于OCT预编码技术的ACO-OFDM系统研究[D]. 董思漪.湖南大学 2018
[5]室内可见光ACO-OFDM系统关键技术研究[D]. 卢有康.东南大学 2018
[6]大气湍流环境激光通信随机信号检测技术研究[D]. 齐豫.长春理工大学 2017
[7]基于ACO-OFDM的光无线通信系统研究[D]. 景艳玲.哈尔滨工程大学 2016
[8]光OFDM帧内信号的时域调整技术[D]. 马新凤.南京邮电大学 2014
[9]非对称限幅光正交频分复用单模光纤通信研究[D]. 张亚平.天津理工大学 2012
本文编号：3339282
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
OFDM子载波时域图
内蒙古科技大学硕士学位论文-11-OFDM的基本思想是将高速串行数据经过串并转换转换为多通道并行的低速数据，并运用多个正交的子载波将其进行传输。其核心技术为子载波频谱间正交，通常OFDM系统使用IFFT/FFT来实现正交子载波的调制和解调。时域内对子载波正交的理解：图2.4为时域OFDM的载波示意图，可以看出在一个OFDM符号的周期内任何一个子载波，都具有整数个完整周期的波形，在积分周期为一个完整的OFDM符号长度时，进行积分的结果为零[56]。频域内对子载波正交的理解：由图2.5可知，在每个子载波的最大幅度处，其他子载波的幅度恰好为零，这减少了子载波之间的干扰并提高了频谱利用率。图2.4OFDM子载波时域图图2.5OFDM频谱示意图OFDM的优点主要包括：1、抵抗符号间干扰，具有很强的抗衰落能力，适用于多径环境和高速数据通信。2、可以实现上下行链路不同速率传输。3、可以抗窄带干扰，因为其仅影响一小部分子信道。4、采用FFT/IFFT实现快速算法，降低硬件复杂度。5、子载波正交，可以实现载波频谱之间的重叠，提高频谱利用率。6、相比于OOK和PPM，OFDM具有更好的光功率效率。在OFDM调制技术中，传输的信号是双极信号，但是在VLC系统中，需要用光信号的强度来传输信息，光的强度不是负的，因此，发送的信号必须为非负实值信号。现在，通常使用ACO-OFDM和DCO-OFDM生成非负实数值信号。DCO-OFDM通过对OFDM信号添加直流偏置来生成非负信号，直流偏置的大小决定了DCO-OFDM的性能，随着星座规模的增大，直流偏置的需求增高，功率消耗增大，在一定程度上限制了DCO-OFDM在实际系统中的应用，ACO-OFDM无需添加直流偏置，因而对于星座的
内蒙古科技大学硕士学位论文-14-b、QAM调制模块OFDM调制技术将基带信号转变为频带信号的映射方式包括PSK和QAM调制技术，随着调制阶数的增高，在相同的调制阶数下，QAM的抗噪声性能优于PSK，并且当信噪比相同时，QAM具有更低的误码率，因此，本文选用QAM的映射方式。QAM属于矢量调制，通过串并和2-L电平转换将输入的比特数据映射到星座图上，以形成复数调制符号。然后，通过低通滤波后，将获得信号的实部和虚部调制到相互正交的载波上，并同时利用幅度和相位传输比特信息，其调制原理图如图2.9所示，经过QAM映射的星座图如图2.10所示。由图2.10可知4QAM调制具有4个样点，每个采样点对应一个矢量状态，即载波和相位的组合。类似地，M-QAM对应于M个采样点。串并2-L电平变换2-L电平变换低通滤波低通滤波∑相位变换本地震荡cos（2πfct）sin（2πfct）输入输出星座图映射星座图映射图2.9QAM调制原理图图2.10信号映射图c、厄米特对称偶载波置零模块
【参考文献】：
期刊论文
[1]室内MIMO ACO-OFDM可见光通信系统接收机设计[J]. 张琦,岳殿武. 中国激光. 2020(01)
[2]ACO-OFDM的MatLab仿真实验设计[J]. 吴迪,张雅楠,那振宇. 中国现代教育装备. 2019(13)
[3]室内可见光通信系统的光源布局优化及性能分析[J]. 陈泉润,张涛. 光学学报. 2019(04)
[4]基于室外可见光通信系统检测算法[J]. 秦岭,宋科宁,李宝山,杜永兴. 光通信技术. 2019(02)
[5]室内可见光通信OFDM自适应比特功率加载算法性能分析[J]. 贾科军,靳斌,郝莉. 激光与光电子学进展. 2019(03)
[6]可见光通信叠加ACO-OFDM调制技术[J]. 路明丽,于宏毅,仵国锋. 计算机工程. 2017(10)
[7]室内可见光通信盲均衡技术研究[J]. 王辉,奚海强. 计算机工程与应用. 2018(15)
[8]室外大规模MIMO可见光通信最大似然检测算法[J]. 杜天一,高向川,王忠勇,王法松,靳进. 通信技术. 2017(06)
[9]室内可见光通信宽视角技术研究[J]. 张瑜,余仲秋,张晖. 光通信技术. 2017(04)
[10]室外可见光通信信道建模[J]. 李鑫,郭心悦,徐伯庆. 光通信技术. 2016(04)
博士论文
[1]可见光通信系统中的OFDM调制技术研究[D]. 杨洋.北京邮电大学 2018
[2]大气激光通信中光强闪烁及其抑制技术的研究[D]. 易湘.西安电子科技大学 2013
硕士论文
[1]基于ACO-OFDM的可见光定位和通信融合系统[D]. 陈娜.南京邮电大学 2019
[2]激光热晕及湍流效应室内模拟实验[D]. 尹晨旭.西安电子科技大学 2019
[3]基于OFDM系统的物理层安全算法研究[D]. 武汉卿.江苏科技大学 2018
[4]基于OCT预编码技术的ACO-OFDM系统研究[D]. 董思漪.湖南大学 2018
[5]室内可见光ACO-OFDM系统关键技术研究[D]. 卢有康.东南大学 2018
[6]大气湍流环境激光通信随机信号检测技术研究[D]. 齐豫.长春理工大学 2017
[7]基于ACO-OFDM的光无线通信系统研究[D]. 景艳玲.哈尔滨工程大学 2016
[8]光OFDM帧内信号的时域调整技术[D]. 马新凤.南京邮电大学 2014
[9]非对称限幅光正交频分复用单模光纤通信研究[D]. 张亚平.天津理工大学 2012
本文编号：3339282
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