【正文】 服信道延遲產(chǎn)生的符號間干擾 等特點， 被認為是無線光技術(shù)的核心之一 。 ACOOFDM 技術(shù)除具備OFDM 技術(shù)的 特點 外， 還具有 抗 多徑傳輸能力強，功率效率高和安全性好，星 座選擇靈活，系統(tǒng)容量大等優(yōu)勢，被廣泛應用到無線光通信系統(tǒng)中。 因此ACOOFDM 系統(tǒng)中基于疊加序列的信道估計技術(shù)的研究具有 更 重要的意義 。 無線光 （ Wireless Optical， WO） 通信技術(shù) 作為 一種寬帶無線接入技術(shù)，是光通信技術(shù)和無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以光信號為載體，通過大氣空間傳送信息。 WO技術(shù) 被廣泛的 的應用 到我們的現(xiàn)實生活中 ， 如 飛機客艙、火車車廂以及巴士車廂等交通工具內(nèi)和商店、機場以及博物館等公共場所，通過紅外線（ Infrared Ray， IR）或LED 可見光接入點為用戶提供寬帶接入。 OFDM 的子載波在一個 OFDM 符號周期內(nèi)是數(shù)學正交的，可以通過快速傅立葉 逆 變換（ Inverse Fast Fourier Transform， IFFT）和快速傅立葉變換（ Fast Fourier Transform， FFT）有效地實現(xiàn)復用和解復用。直到最近幾年，隨著 人們對 通信速率需求的增加，以及數(shù)字信號處理（ Digital Signal Processing， DSP）技術(shù)發(fā)展，促進了 OFDM 技術(shù)在光通信系統(tǒng)中的應用。 1966 年 ， 在 的一篇開創(chuàng)性論文 [3]中首次提出了 OFDM 的概念，但由于當 時 條件有限， OFDM 一直只被軍事應用領域所關注，而且較多的研究都是圍繞著傳統(tǒng)的射頻（ Radio Frequency， RF） OFDM 系統(tǒng) 。 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 4 2020 年， J. M. Tang 等人提出并驗證了自適應調(diào)制光正交頻分復用（ Adaptively Modulated Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing， AMOOFDM） [5]技術(shù)的可行性。 OFDM 技術(shù)在光通信中的應用 由于各種數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務的蓬勃發(fā)展 ， 人類社會對于信息傳輸帶寬的需求以驚人的速度高速增長。 1999 年 ， 在 IEEE802． 1la 通過的無線局域網(wǎng)標準中 ， OFDM 技術(shù)開始作為調(diào)制技術(shù)應用于物理層 。 OFDM 是一種無線環(huán)境下的多載波并行傳輸技術(shù)，具有高效的頻譜利用率、優(yōu)良的抗窄帶干擾和多徑衰落能力。近年來， OFDM 技術(shù)開始應用于雙向無線數(shù)據(jù)領域，尤其是在廣播方式下的音頻和視頻領域，并且得到了很好的發(fā)展。 從已經(jīng)發(fā)表的論文 來看 ，研究主要集中在以下兩個方面。這樣可以將雙極性的信號小于零的部分置零，解調(diào)后除有用信息的幅度變?yōu)樵瓉淼?1/2 外，其它信息不受任何影響。 2020 年， Xia Li 等人比較了 IM/DD 無線 光系統(tǒng)下 ACOOFDM 與脈位調(diào)制(Pulse Position Modulation， PPM)，得出 ACOOFDM 由于調(diào)制數(shù)據(jù)的相關性使信道容量稍小，但是它有很多優(yōu)勢，如功率效率及抗多徑干擾的能力等 [10]。 2020 年， 提出了基于 Hartley 變換的的 AC 技術(shù)當在需要處理的信號全為實數(shù)信號時 Harley 變換具有很大的優(yōu)勢 [13]。如果信道是線 性的話，那么信道估計就是對系統(tǒng)沖激響應進行估計。 基于導頻的信道估計方法通過在時域或頻域插入收發(fā)雙方都已知的塊狀或梳狀導頻信息，接收端首先利用導頻恢復出導頻位置的信道狀態(tài)信息，然后通過內(nèi)插、濾波及變換等方法獲得所有頻段和時段的信道信息；盲信道估計法則不插入導頻信息 ，僅利用系統(tǒng)本身信號的相關特性獲得信道信息，如相關函數(shù)、相關矩陣、線性編碼等統(tǒng)計特性以及發(fā)送信號的固有特性；基于疊加序列的信道估計方法，將一個特殊的序列時域疊加在數(shù)據(jù)序列上，與數(shù)據(jù)同時發(fā)送，接收端經(jīng)過特殊處理，提取出所疊加的序列，估計信道狀態(tài)信息（ Channel State Information， CSI）。疊加周期序列的信道估計基于兩個假設條件： 系統(tǒng)傳輸?shù)奈粗獢?shù)據(jù)序列滿足均值為零的獨立統(tǒng)計分布 ； 系統(tǒng)的加性噪聲為均值為零的高斯白噪聲，其統(tǒng)計獨立于數(shù)據(jù)信息序列。相對而言，基于疊加序列的信道估計 技術(shù)將更具競爭力。 第 二 節(jié) 研究意義 無線光通信技術(shù)發(fā)展十分迅速， OFDM 系統(tǒng)由于具有許多的優(yōu)勢而 被認為是無線光技術(shù)的核心之一 。 DCOOFDM 與 ACOOFDM 時域信號波形如圖 和 所示。 在系統(tǒng)誤碼率（ Bit Error Rate， BER）和信息傳輸速率相同的情況下， ACOOFDM 則具有較高的光功率效率； DCOOFDM 的性能決定于直流偏置的大小，星座的規(guī)模越大，要求直流偏置也越大，因而增大了功率消耗，限制了其在實際系統(tǒng)的應用。 在基于ACOOFDM 的新一代無線通信系統(tǒng)中，傳輸速率較高，需要使用相干檢測技術(shù)獲得較高的性能，因此必須選擇好的估計方法來獲得較好的估計效果。 信道估計技術(shù)用于估計時域信道有限脈沖響應系數(shù)，是信號檢測、均衡與解調(diào)的基礎， 是 ACOOFDM 系統(tǒng)的關鍵技術(shù)， 精度高、穩(wěn)定性好、代價低的信道估計算重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 9 法對 ACOOFDM 系統(tǒng)至關重要 。 第三章 介紹了 疊加訓練序列的信道估計技術(shù) 的研究背景 和原理 ，分析了ACOOFDM 系統(tǒng)信道模型 。 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 10 第二章 ACOOFDM 系統(tǒng)概述 第一節(jié) OFDM 系統(tǒng)原理及技術(shù)特點 OFDM 技術(shù)早在 60 年代就已被提出，但由于當時的技術(shù)有限使得實現(xiàn)困難，長期以來一直僅被軍事應用領域所關注，直到利用 IFFT/FFT 實現(xiàn)復用與解復用技術(shù)、大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)以及 DSP 技術(shù)的發(fā)展，才引起人們的普遍關注，使得 OFDM由理論走向?qū)嶋H應用。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。下面對二者的頻譜利用率進行對比： 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 11 圖 正交頻分復用信號的頻譜示意圖 （在該圖的描述里面沒有體現(xiàn)：與上圖相比， OFDM節(jié)省帶寬） 若取調(diào)制點位 N， n 為子載波的個數(shù)則： 普通單載波系統(tǒng)，頻譜利用率僅為 ： 21 l o g2bF D M F D MR NB? ? （ ） 而 OFDM 的頻譜利用率為： 2l o g1bO F D M O F D MR n NBn? ? ? （ ） OFDM 系統(tǒng)的載波間隔已達最小，所選擇的子載波間隔使得不同子載波在時域上相互正交，在頻域上相互重疊。 二進制數(shù)據(jù)流經(jīng)編碼后，由 PSK、 QPSK重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 12 或 nQAM 星座映射為串行復數(shù)數(shù)據(jù)流；該串行復數(shù)數(shù)據(jù)流經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換生成復向量 ()Sn 輸入 IFFT 模塊；對經(jīng)過 IFFT 的數(shù)據(jù)進行數(shù)模轉(zhuǎn)換和串并變換，生成基帶OFDM 時域信號 ()sn ； 在接收端， 經(jīng)過 FFT 變換模塊 ， 節(jié)省了大量的運算時間 ， 在通過 一系列與發(fā)送端相反的操作， 將接收到的同相正交矢量解調(diào)為數(shù)據(jù)信息 。雖然符號周期的增長，減小了多徑衰落引起的 ISI 對系統(tǒng)的影響，但并未將其完全消除。盡管循環(huán)前綴引入了冗余信息，降低了系統(tǒng)傳輸效率和帶寬，但它能有效地消除 ISI 和子載波間干擾（ Intercarrier Interference， ICI），是簡化 OFDM 系統(tǒng)均衡的關鍵 。 DSP 技術(shù)的應用，使得這一過程變得簡單而快速，無需復雜的調(diào)制、解調(diào)和濾波設備。 （ 5）可以實現(xiàn)非對稱數(shù)據(jù)傳輸，以及實現(xiàn)可變動態(tài)上下路復用技術(shù)。 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 13 （ 2）對時間同步敏感。然而在傳統(tǒng)的 RF 系統(tǒng)中， OFDM 信號為雙極性復信號，不能直接實現(xiàn)在無線光鏈路的傳輸。 串 并 變 換星 座 映 射去 C P串 并 變 換光 解 調(diào) 器模 數(shù) 變 換N 點 F F T逆 映 射并 串 變 換限 幅添 加 C P并 串 變 換N 點 I F F T共 軛 對 稱數(shù) 據(jù)N()SnN()xn()rnN數(shù) 據(jù)N / 4()sn ()cxn光 強 度調(diào) 制無 線 光信 道()csnN()cSn 圖 ACO OFDM 系統(tǒng)模型 ACOOFDM 無線光通信 系統(tǒng) 的系統(tǒng)框圖模型如圖 所示。為向量 s 添加 CP 后，進行串并轉(zhuǎn)換，得到雙極性信號采重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 14 樣序列 ()xn 。接下來的解調(diào)過程與 RFOFDM 系統(tǒng)類似，其中 ()rn 是模數(shù)變換后得到的基帶信號的采樣序列， ()csn是 ()rn 去掉循環(huán)前綴后得到的序列， cS 是 FFT之后解調(diào)出的復數(shù)向量。=1。這樣限幅之后，在一個數(shù)據(jù)符號內(nèi)，相差 N/2 采樣點的兩個數(shù)據(jù)中，至少有一個為零。 與此同時，ACOOFDM 技術(shù)也有其不足，主要表現(xiàn)在：頻譜功率相對降低；需要新的定時算法。 下面重點介紹導頻輔助和基于疊加序列的信道估計。 導頻序列是 OFDM 技術(shù)中的重要組成部分，它插在不同的 OFDM 符號之間，可用于時頻同步的相關檢測，如信道估計和恢復，以及載波頻率偏移的估計 。 塊狀導頻 插入 集中式導頻插入，即 塊狀導頻 插入 適應于信道為慢衰落的情況 ，我們認為 此時OFDM 系統(tǒng)中的符號的幀結(jié)構(gòu)變化較慢或者基本不變。采用基于間隔式導 頻插入信道估計方法時只有部分子載波含有導頻信息，非導頻子載波上的信道信息要依靠導頻子載波的估計值來決定，因此該算法對頻偏的影響更敏感 梳妝導頻 是在 OFDM 塊中均勻的插入導頻。 0時 間頻率 圖 梳狀導頻 下的 OFDM 符號結(jié)構(gòu) 信 道內(nèi) 插導 頻子 信 道估 計導 頻信 號抽 取經(jīng) F F T后 的接 收信 號信 道響 應的 估計 結(jié)果已 知 導 頻 圖 基于 梳狀 導頻插入的信道估計 二、 疊加訓練序列 信道估計 ACOOFDM 系統(tǒng)基于疊加訓練序列的信道估計算法與 OFDM 系統(tǒng)相似， 圖（ ）為 疊加訓練序列 OFDM 系統(tǒng)的發(fā)射機模型。 ? ? 10Nk kz ??為訓練序列的頻域采樣，訓練序列的時域采樣值為 ? ? 10Nn kc ??。去掉循環(huán) 前綴并對信號進行 DFT 后，第 k 個子載波上承載的信號為： ? ?221 1 10 0 0 , 0 1Nk n k nN N LjjNNk n m n k k k knmn n mR r e h x w e H X I W k N??? ? ????? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ??? ??? ? ? （ ） 去 掉 循環(huán) 前 綴信 道 估 計D F T 判 斷 KZ??? ?kb?r kR ??kF 圖 訓練序列與數(shù)據(jù)分離的 OFDM 接收機模型 導頻和訓練 序列 的作用都是為了得到準確符號同步和頻偏糾正。因此，兩種序列的插入方式不同。考慮到估計精度和算法復雜度，在實際中應用較多的通常是基于導頻輔助的信道估計。因此 ACOOFDM 系統(tǒng)中基于疊加序列的信道估計技術(shù)的研究具有重要的意義。這種方法雖然允許較小的發(fā)射功率，但在頻域上會產(chǎn)生極大的峰均功率比，可能淹沒相關信道上的數(shù)據(jù)信號，不適合多載波調(diào)制系統(tǒng) 。這種方法將數(shù)據(jù)符號中與訓練序列頻率相同的子載波上的數(shù)據(jù)置零，從而完全消除了未知數(shù)據(jù)對訓練序列的影響，接收端通過迭代判決的方法還原相應的數(shù)據(jù)。 本章根據(jù)光強度信號的特點合理地構(gòu)造周期序列和本地矩陣，設計一種適用于該ACOOFDM 無線光通信系統(tǒng)的疊加周期序列的信道估計方法。 2020 年， Hashemi OFDM 系統(tǒng)的信道估計方法 [20]。這種方法可以在實現(xiàn)精確信道估計的同時，使峰均功率比最優(yōu)。 在疊加序列的信道估計技術(shù)中，最典型的是疊加周期序列的信道估計技術(shù)。同時由于該系統(tǒng)要求發(fā)送端輸入 IFFT 的復向量具有共軛對稱特征，同時偶載波為零，只有奇載波承載數(shù)據(jù)，使得傳統(tǒng)的基于導頻輔助的信道估計方法在 ACOOFDM 系統(tǒng)的應用變得困難。 第 四 節(jié) 本章小結(jié) 本章首先介紹了 OFDM 系統(tǒng)的原理、模型以及該系統(tǒng)的優(yōu)缺點，然后對ACOOFDM 系 統(tǒng)的基本原理、系統(tǒng)模型以及該系統(tǒng)的技術(shù)特點 進行了詳細的分析 ；最后分析 比較 了兩種信道估計 即導頻輔助和疊加訓練序列信道估計 技術(shù)以及它們 序列 的 插入方式。 疊加 訓練序列 則 是在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送的一串已知的數(shù)據(jù)。發(fā)送信號 的 nx 數(shù)學表達式為： 2101 , 0 1nkN jb Nn n n kkx x c X e n NN???? ? ? ? ? ?? （ ） 其中： k k kX b z???? 訓練序列與數(shù)據(jù)分離的 OF