【正文】 cal matrix is designed rationally. Thirdly, the firstorder statistic of the received signal in time domain is used to estimate the channel finiteimpulse response. Compared with the channel estimation methods of traditional superposition of periodic sequences, the proposed method can be applied directly to optical intensity modulation ACOOFDM systems. It transmits the training sequence and data over a period of time interval at the same time. It is don39。在光通信領(lǐng)域中， 無線光（ Wireless Optical， WO）技術(shù)可以 用于 高速率數(shù)據(jù)傳輸 ，其 通信設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低，不受帶寬限制，傳輸速率高，安全性好，更適合短距離高速無線接入，前景廣闊，發(fā)展 十分 迅速 。 但是 雙極性復(fù)值的 OFDM 信號(hào)無法直接在 強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè) （ Intensity Modulated/Direct Detection， IM/DD) 系統(tǒng)中應(yīng)用 ，所以 非對(duì)稱限幅光正交頻分復(fù)用（ Asymmetrically Clipped OpticalOrthogonal Frequency Division Multiplexing ，ACOOFDM）系統(tǒng)于 2020 年被提出，用于解決 這一 問題 [1]。 基于非均勻限幅光正交頻分復(fù)用調(diào)制的無線光通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無線光通信技術(shù)與正交頻分復(fù)用技術(shù)的完美結(jié)合。 在 ACOOFDM 系統(tǒng) 中對(duì)信道進(jìn)行估計(jì) 十分必要 ，信道估計(jì)的精度將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性 能。 但從總體上來說， 基于導(dǎo)頻的方法具有較高的估計(jì)精度，可以跟蹤時(shí)變信道，但是導(dǎo)頻占用了頻譜資源，降低了系統(tǒng)容量；盲信道估計(jì)法由于不需要導(dǎo)頻信息，很大程度上提高了系統(tǒng)傳輸效率，然而由于收斂速度慢，實(shí)際應(yīng)用受到限制；基于疊加序列的信道估計(jì)法，不需要額外的頻段和時(shí)隙傳輸 已知導(dǎo)頻，保證了系統(tǒng)的傳輸效率，同時(shí)算法復(fù)雜度低，具有顯著優(yōu)勢(shì) 。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第一章 緒論 第 一 節(jié) 研究現(xiàn)狀 一、 無線光通信技術(shù)的發(fā)展 從古人的烽火臺(tái)傳遞信息到現(xiàn)在的 SONET/SDH，以及到將來的光孤子通信和全光通信，人類的光通信歷史可謂 是源遠(yuǎn)流長 。 許多 帶寬敏感型應(yīng)用 ，如 互聯(lián)網(wǎng)流媒體等的出現(xiàn)， 更是 有效地促進(jìn)了高速無線接入技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前有兩種不同的無線光通信技術(shù)：自由空間光通信 FSO（ Free Space Optical Communication） 和可見光通信 VLC（ Visible Light Communication） ， 其中 FSO 利用波長為 850nm 或 1550nm 的紅外波， 而 VLC 利用 LED 可見光。和射頻（ Radio Frequency， RF）系統(tǒng)相比， WO 技術(shù)具有許多優(yōu)勢(shì)：不受頻譜資源限制；不會(huì)與 RF系統(tǒng)相互干擾；同時(shí)也不會(huì)對(duì)人體造成其他影響（當(dāng)滿足眼睛的安全規(guī)定時(shí)）。 WO 通信是以大氣作為傳輸媒質(zhì)來進(jìn)行光 信號(hào)傳送的，只要在收發(fā)兩個(gè) 端機(jī)之間存在無遮擋的視距路徑和足夠的光發(fā)射功率，通信就可以進(jìn)行。 二、 OFDM 技術(shù) 研究 概述 OFDM 技術(shù) 研究現(xiàn)狀 OFDM 技術(shù) 屬于 更廣一類的 （一種特殊的） 多載波調(diào)制（ MultiCarrier Modulation，MCM）技術(shù) ， 相對(duì)與其他調(diào)制技術(shù)， OFDM 具有兩大基本優(yōu)勢(shì)：對(duì)于信道色散的魯棒性和易于在時(shí)變環(huán)境中實(shí)現(xiàn)相位級(jí)信道的估計(jì) [2]，從而 被廣泛地應(yīng)用在各種有線或重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 無線寬帶通信系統(tǒng)中。而在 FDM/WDM 系統(tǒng)中，各子載波之間存在頻率保護(hù)帶，接收端通過模擬濾波器提取各個(gè)子載波。 雖然 OFDM 技術(shù) 具 有許多優(yōu)點(diǎn)，但 是 一直沒有將其應(yīng)用到光通信系統(tǒng)中。 然而 傳統(tǒng)OFDM 系統(tǒng)和光通信系統(tǒng)的差別，則成為了兩個(gè)系統(tǒng)相結(jié)合的最大障礙。 表 傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)與傳統(tǒng) OFDM 系統(tǒng)的比較 光通信系統(tǒng) 單極性實(shí)信號(hào) 信息承載與光強(qiáng)度信號(hào) 接收端不需要本地振蕩器 直接檢測(cè) OFDM 系統(tǒng) 雙極性復(fù)信號(hào) 信息承載與電信號(hào) 接收端需要本地振蕩器 相干接收 針對(duì)不同的應(yīng)用，目 前已提出的幾種光 OFDM 技術(shù)大致可以分為兩類： OFDM信號(hào)由光強(qiáng)度信號(hào)表示，主要應(yīng)用于無線光通信系統(tǒng)、多模光纖通信系統(tǒng)以及塑料光纖通信系統(tǒng)； OFDM 信號(hào)由光頻信號(hào)表示，主要應(yīng)用于單模光纖通信系統(tǒng)。 1997 年， J. M. Kahn 和 J. R. Barry（ 改成“ 提出 WO 通信系統(tǒng)必須采用光強(qiáng)度調(diào)制 /直接檢測(cè)（附加英文 拼寫及 縮寫） ”） 解釋了在無線光通信系統(tǒng)中必須采用光強(qiáng)度信號(hào)的原因 [4]。由于基帶 OFDM 信號(hào)通常是雙極性復(fù)信號(hào)，只有當(dāng)發(fā)射端輸入 IFFT 的復(fù)數(shù)向量具有復(fù)共軛對(duì)稱特性時(shí)，才能生成實(shí)的 OFDM 基帶信號(hào)。 AMOOFDM（不是 ACOOFDM 嗎） 系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)子載波上的頻率響應(yīng)情況，單獨(dú)為其設(shè)置調(diào)制方式，以求獲得更好的系統(tǒng)性能。 2020 年， N. Cvijetic 等人通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了 DCOOFDM 技術(shù)在無線光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，傳輸速率達(dá)到了 10Gbps[8]。為了滿足網(wǎng)絡(luò)帶寬需求以及單信道速率的持續(xù)高增長 ， 高速光通信系統(tǒng)正在告別以往的強(qiáng)度調(diào)制／直接檢測(cè) (IM/DD)方式。 光 OFDM 系統(tǒng)融合了無線 OFDM 技術(shù)和光通信的優(yōu)點(diǎn) ,具有高傳輸速率、高抗色散能力、高頻譜效率等優(yōu)勢(shì) 。同時(shí)， OFDM 技術(shù)作為一種標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制技術(shù)也應(yīng)用在歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的寬帶射頻接入網(wǎng)中?？稍诂F(xiàn)有光傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建出高速率、低成本、長距離的光傳輸網(wǎng) 絡(luò) 。 相關(guān)領(lǐng)域 對(duì) OFDM系統(tǒng)的研究已經(jīng)進(jìn)行了 40 多年，這種系統(tǒng)最早應(yīng)用于軍用無線高頻通信鏈路中，是最早的關(guān)于 OFDM 技術(shù)的研究。因?yàn)樗苡行У脤?duì)抗多徑傳播所帶來的 ISI 的特點(diǎn)。 例如數(shù)字音頻廣播（ DAV， Digital Audio Broadcast ）、數(shù)字視頻廣播（ DVB，Digital Video Broadcast）、 WLAN（ 和 ）以及 WiMAX（ ）等均使用了 OFDM 技術(shù)，它是業(yè)界公認(rèn)的第四代無線移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù)之 。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 三、 ACOOFDM 技術(shù)研究現(xiàn)狀 OFDM 技術(shù)雖然具有很多的優(yōu)勢(shì)，但是 （改成“基帶 OFDM 信號(hào)是復(fù)信號(hào)”） 雙極 性復(fù)值的 OFDM 信號(hào) 無法直接在 IM/DD 系統(tǒng)中應(yīng)用 ， ACOOFDM 系統(tǒng)于 2020年被提出，用于解決 這個(gè)問題 [1]。一是研究它在不同條件下的系統(tǒng)性能及優(yōu)勢(shì)；二是研究它的定時(shí)方法。而將雙極性信號(hào)變?yōu)閱螛O性的方法通常有兩種，一是加直流偏置；二是由 J. Armstriong 于 2020 年提出的 ACOOFDM 方案，它限制調(diào)制數(shù)據(jù)具有 Hermitian 對(duì)稱結(jié)構(gòu)，并且只在奇載波上調(diào)制數(shù)據(jù)，偶載波上數(shù)據(jù)置零。當(dāng)然由于 Herimitian 對(duì)稱的原因，使其相對(duì)直流偏置系統(tǒng)犧牲了一半的頻譜效率。非對(duì)稱限幅 (Asymmetrically Clipping， AC)具有更高的功率效率 [9]。 2020，年 等人又指出相比 DCOOFDM 系統(tǒng)性能依賴于 直流偏置（ Direct Current， DC） 的大小，對(duì)于使用數(shù)目較多的子載波時(shí)， DC 較大，系統(tǒng)性能較差，而 ACOOFDM 不受此限制且相比前者更適用于自適應(yīng)的 OFDM 系統(tǒng)中 [11]。并理論分析仿真證明了新的方案可以使誤碼率為 310? 時(shí)所需要的 SNR 降低5dB[12]。 2020 年， Raed Mesleh 指出 ACOOFDM 在室內(nèi)光無線通信 上有著廣闊的前景，它不需要加 DC，因而光功率較小，有利于眼安全 [14]。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 四 、 ACOOFDM 系統(tǒng)信道估計(jì)技術(shù)研究現(xiàn)狀 信道估計(jì)是從接收數(shù)據(jù)中將假定的某個(gè)信道模型的模型參數(shù)估計(jì)出來的過程。需強(qiáng)調(diào)的是信道估計(jì)是信道對(duì)輸入信號(hào)影響的一種數(shù)學(xué)表示，而“好”的信道估計(jì)則是 使得某種估計(jì)誤差最小化的估計(jì)方法。根據(jù)是否需要利用額外的數(shù)據(jù)，信道估計(jì) 則 可以分為：盲信道估計(jì)、導(dǎo)頻輔助的信道估計(jì)及基于疊加序列的信道估計(jì)。總的來說，基于導(dǎo)頻的方法具有較高的估計(jì)精度，可以跟蹤時(shí)變信道，但是導(dǎo)頻占用了頻譜資源，降低了系統(tǒng)容量；盲信道估計(jì)法由于不需要導(dǎo)頻信息，很大程度上提高了系統(tǒng)傳輸效率，然而由于收斂速度慢，實(shí)際應(yīng)用受到限制； 基于疊加序列的信道估計(jì)法，不需要額外的頻段和時(shí)隙傳輸已知導(dǎo)頻，保證了系統(tǒng)的傳輸效率，同時(shí)算法復(fù)雜度低，具有顯著優(yōu)勢(shì)，因而倍受關(guān)注。疊加序列技術(shù)是一種擴(kuò)展頻譜技術(shù)，其中最典型的是疊加周期序列的信道估計(jì)技術(shù)。由于數(shù)據(jù)序列和噪聲序列的均值都為零，這樣接收端對(duì)接收到的數(shù)據(jù)序列進(jìn)行一階統(tǒng)計(jì)平均處理之后，可以消除數(shù)據(jù)序列和噪聲序列對(duì)所疊加訓(xùn)練序列的影響，將所疊加的訓(xùn)練序列提取出來；然后利用由訓(xùn)練序列構(gòu)造的本地循環(huán)矩陣對(duì)信道參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。 由于 ACOOFDM 系統(tǒng)發(fā)送端輸入 IFFT 的復(fù)向量具有特殊的要求，使得基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)技術(shù)在 ACOOFDM 系統(tǒng)中的應(yīng)用將面臨著許多困難。但由于光強(qiáng)度信號(hào)為非負(fù)的單極性實(shí)信號(hào)，系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⑿蛄芯挡粸榱?，那么接收端?duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行一階統(tǒng)計(jì)平均處理之后，不能將所疊加的序列提取出來，致使無法完成對(duì)無線光信道的估計(jì)。針對(duì)這個(gè)問題，本課題根據(jù)光強(qiáng)度信號(hào)的特點(diǎn)合理地構(gòu)造周期序列和本地矩陣，提出一種適用于 （ ACOOFDM） 該 系統(tǒng)的疊加周期序列的信道估計(jì)方法。但是 無線光通信系統(tǒng)傳輸?shù)男盘?hào)必須為 非負(fù)的單極性實(shí)信號(hào) ，雙極性復(fù)值的 OFDM 信號(hào) 不能直接在無線光鏈路 中 傳輸 ， 無法直接在 強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè) （ Intensity Modulated/Direct Detection， IM/DD) 系統(tǒng)中應(yīng)用 ， 然而 ACOOFDM系統(tǒng) 的 提出 正好 用于解決 這個(gè)問題。 目前已有兩種形式的單極性 OFDM 調(diào)制方式被提 出： ACOOFDM； DCOOFDM。 在DCOOFDM 系統(tǒng)中，通過將直流偏置加在實(shí) OFDM 基帶信號(hào)上，產(chǎn)生單極性信號(hào)；在 ACOOFDM 系統(tǒng)中，則對(duì)該雙極性 OFDM 實(shí)信號(hào)以零值為基準(zhǔn)進(jìn)行限幅，所有小于零的信號(hào)都被置零，只保留大于零的信號(hào)。這是因?yàn)橛上薹a(chǎn)生的噪聲只落在了偶數(shù)子載波上，所以奇數(shù)子載波上的數(shù)據(jù)不受影響。所以 ACOOFDM 具有星座選擇的靈活性，在無線光系統(tǒng)中具有更好的適應(yīng)性。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 02462 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6數(shù) 據(jù) 個(gè) 數(shù)光功率 圖 DCOOFDM 系統(tǒng)時(shí)域信號(hào)波形 02462 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6數(shù) 據(jù) 個(gè) 數(shù)光功率 圖 ACOOFDM 系統(tǒng)時(shí)域信號(hào)波形 ACOOFDM 技術(shù)因?yàn)橛兄@著的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用與無線光通信系統(tǒng)中。 然而，無線通信系統(tǒng) 的 性能很大程度上受到無線信道的影響，如陰影衰 落和頻率選擇性衰落等，使得發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的信道非常復(fù)雜。隨著無線光通信技術(shù)的發(fā)展，信道參數(shù)估計(jì)變得十分必要，也是實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。 所以 ，現(xiàn)在 對(duì) ACOOFDM 系統(tǒng)信道估計(jì)算法研究是 很 有必要 的 ， 也是非 常 有意義的。 第二章 分析了 OFDM 系統(tǒng)的 基本 原理和模型 和 技術(shù)特點(diǎn)；詳細(xì)介紹了ACOOFDM 系統(tǒng)的基本原理、模型 和 關(guān)鍵技術(shù) 特點(diǎn)； 分析了 兩種 ACOOFDM 常用的 信道估計(jì)技術(shù)，即基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)和基于疊加訓(xùn) 練序列的信道 估計(jì) 技術(shù)，對(duì)它們的實(shí)用性 進(jìn)行了對(duì)比。 根據(jù) ACOOFDM 無線光通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，研究了基于疊加訓(xùn)練序列的信道估計(jì)方法； 通過 MATLAB 仿真 分析了 功率分配因子對(duì)系統(tǒng)性能和信道估計(jì)性能的 影響 ，比較了 不同 SNR 條件下 的 系統(tǒng)性能 。同時(shí)對(duì)本文的具體 工作進(jìn)行總結(jié)，給出現(xiàn)有的 ACOOFDM 系統(tǒng)信道估計(jì)的研究熱點(diǎn)以及 下一步 的 工作 和研究的展望 。如今 OFDM 技術(shù)已被廣泛用于各種有線和無線寬帶通信系統(tǒng)中。正交信號(hào)可以通過在 接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾 ICI 。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。 圖 單載波系統(tǒng)頻譜圖 （該圖與下圖沒有可比性，要不刪掉，或者多加幾個(gè)載波，體現(xiàn)相鄰載波間不能正交的關(guān)系） 如圖 所示， OFDM 系統(tǒng)各子信道間不但沒有保護(hù)頻帶，而且相鄰信道間信號(hào)的頻譜的主瓣還相互重疊 ，各 個(gè)子載波是相互交叉存在的