论文部分内容阅读
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。