OFDM可见光通信系统关键技术研究与实现

发布时间：2017-08-29 23:26

  本文关键词：OFDM可见光通信系统关键技术研究与实现

  更多相关文章： 可见光通信 DCO-OFDM ACO-OFDM 自适应调制 采样时钟同步 数字基带系统设计

【摘要】：可见光通信(VLC)具有频谱资源丰富、保密性好、节能环保等优点,逐渐成为广泛关注的新型无线通信技术。本文对VLC中的OFDM技术、自适应调制技术及采样时钟同步技术进行了深入研究,并详细阐述了基于DCO-OFDM的VLC数字基带系统设计与实现。本文主要研究内容如下：一、详细对比分析了直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)、非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)和脉冲幅度调制离散多音(PAM-DMT)的结构差异,采用光比特信噪比对比分析三种系统的性能差异。DCO-OFDM调制所有子载波,通过直流偏置获得非负传输信号,较小的直流偏置引起较大的限幅噪声,较大的直流偏置降低功率效率,仿真确定了不同QAM调制阶数下DCO-OFDM的最优直流偏置大小。ACO-OFDM仅调制奇载波,PAM-DMT仅调制载波虚部,均通过零值限幅获得非负传输信号,限幅噪声只影响未调制载波部分,但零值限幅使发送端一半能量耗费在未调制载波部分,致使ACO-OFDM和PAM-DMT相较于传统双极性OFDM有3dB的性能损失。最后仿真对比分析了三种可见光OFDM系统性能,得到了如下结论：低速通信时,ACO-OFDM和PAM-DMT有更高的功率效率；高速通信时,DCO-OFDM有更高的功率效率。二、详细对比分析了DCO-OFDM和ACO-OFDM系统的自适应调制性能。首先介绍了VLC信道模型及其影响因素,VLC信道可等效为低通信道。其次说明了DCO-OFDM和ACO-OFDM的自适应调制机制和实现算法。自适应调制根据信道条件,不同载波采用不同调制阶数和不同发送功率,使系统性能不再受限于幅频响应小的载波,提高系统性能,但增加实现复杂度。若DCO-OFDM和ACO-OFDM采用方形QAM自适应调制,仿真得到如下结论：较高光信噪比下,DCO-OFDM频谱效率高于ACO-OFDM;较低光信噪比下,ACO-OFDM的频谱效率高于DCO-OFDM。三、分析了DCO-OFDM中采样时钟同步问题,并改进了频域估计相位补偿算法。首先给出采样时钟问题模型,分析采样时钟偏差影响：起始定时误差仅引起相位旋转；采样频率误差产生相位旋转的同时,引起载波间干扰(ICI)。其次对频域估计相位补偿算法提出三点改进,并仿真对比了改进算法性能,得到了如下结论：导频高频连续放置,而非间隔插入,可提高估计补偿精度,降低实现复杂度；平均估计补偿,而非最小二乘估计补偿,估计性能接近,但硬件实现简单；相较于单符号估计补偿,三个OFDM符号估计补偿减弱噪声影响,提高性能,但需保存当前OFDM符号频域信息,硬件实现复杂。四、详述了基于DCO-OFDM的VLC数字基带设计及实现,传输距离1m时,此系统所测业务传输速率达到490Mbps,距离3m时,速率超过300Mbps。
【关键词】：可见光通信 DCO-OFDM ACO-OFDM 自适应调制 采样时钟同步 数字基带系统设计
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 缩略语15-17
• 第1章 绪论17-23
• 1.1 论文研究背景17-21
• 1.1.1 可见光通信概述17-19
• 1.1.2 可见光通信中OFDM技术19-20
• 1.1.3 可见光OFDM中自适应调制技术20
• 1.1.4 可见光OFDM中采样时钟同步技术20-21
• 1.2 本文研究内容及结构安排21-23
• 1.2.1 本文研究内容21
• 1.2.2 结构安排21-23
• 第2章 常见可见光OFDM系统23-53
• 2.1 引言23-24
• 2.2 传统OFDM系统调制解调原理24-28
• 2.2.1 OFDM系统模型24-26
• 2.2.2 OFDM系统的FFT实现26-27
• 2.2.3 OFDM系统收发机结构27-28
• 2.3 三种可见光OFDM系统模型28-38
• 2.3.1 DCO-OFDM系统模型及性能指标28-31
• 2.3.2 ACO-OFDM系统模型及性能指标31-34
• 2.3.3 PAM-DMT系统模型及性能指标34-38
• 2.4 三种可见光OFDM系统仿真结果及性能比较38-50
• 2.4.1 三种可见光OFDM系统时域信号分析38-40
• 2.4.2 DCO-OFDM系统的最优直流偏置分析40-45
• 2.4.3 ACO-OFDM与双极性OFDM系统性能对比45-46
• 2.4.4 PAM-DMT与双极性OFDM系统性能对比46-47
• 2.4.5 DCO-OFDM、ACO-OFDM、PAM-DMT系统性能对比47-50
• 2.5 本章小结50-53
• 第3章 可见光OFDM中自适应调制技术53-69
• 3.1 引言53
• 3.2 VLC信道53-58
• 3.2.1 信道模型53-55
• 3.2.2 仿真结果与分析55-58
• 3.3 DCO-OFDM系统自适应调制58-61
• 3.4 ACO-OFDM系统自适应调制61-63
• 3.5 仿真结果与分析63-67
• 3.5.1 DCO-OFDM仿真结果与分析63-65
• 3.5.2 ACO-OFDM仿真结果与分析65-67
• 3.5.3 DCO-OFDM和ACO-OFDM自适应调制性能对比67
• 3.6 本章小结67-69
• 第4章 DCO-OFDM中采样时钟同步算法研究69-83
• 4.1 引言69
• 4.2 采样时钟同步问题模型69-73
• 4.2.1 起始定时误差70-71
• 4.2.2 采样频率误差71-73
• 4.3 采样时钟偏差影响73-77
• 4.3.1 起始定时误差影响73-75
• 4.3.2 采样频率误差影响75-77
• 4.4 频域估计相位补偿算法77-79
• 4.4.1 频域估计相位补偿算法77-78
• 4.4.2 改进算法78-79
• 4.5 仿真结果与分析79-82
• 4.6 本章小结82-83
• 第5章 基于DCO-OFDM的VLC数字基带系统设计与实现83-97
• 5.1 引言83-84
• 5.2 VLC数字基带系统方案设计84-91
• 5.2.1 VLC系统基本方案84-86
• 5.2.2 VLC数字基带系统主要参数86
• 5.2.3 主要模块说明86-88
• 5.2.4 实测信道幅频响应88
• 5.2.5 浮点仿真88-89
• 5.2.6 定点仿真89-91
• 5.3 VLC数字基带系统实现91-93
• 5.4 VLC数字基带系统测试93-94
• 5.4.1 时域信号波形93
• 5.4.2 VLC系统视频及速率测试93-94
• 5.5 本章小结94-97
• 第6章 总结与展望97-101
• 6.1 全文工作总结97-98
• 6.2 未来研究展望98-101
• 参考文献101-105
• 硕士期间发表的学术论文及参与的科研项目105-107
• 致谢107

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本文编号：756023