aco-ofdm系统信道估计算法的研究毕业设计论文(编辑修改稿)

aco-ofdm系统信道估计算法的研究毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

5]技术的可行性。 AMOOFDM（不是 ACOOFDM 吗） 系统根据每个子载波上的频率响应情况，单独为其设置调制方式，以求获得更好的系统性能。 S. C. J. Lee 等人于 2020 年和 2020 年通过实验分别实现了 直流偏置光正交 频 分 复 用 （ Direct Currentbiased Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing，DCOOFDM） 在多模光纤中以 24Gbps 的速率 无中继传输 730m[6]，在塑料光纤中的传输速率达到了 1Gbps[7]。 2020 年， N. Cvijetic 等人通过实验实现了 DCOOFDM 技术在无线光通信系统中的应用，传输速率达到了 10Gbps[8]。 OFDM 技术在光通信中的应用 由于各种数据、视频业务的蓬勃发展 ， 人类社会对于信息传输带宽的需求以惊人的速度高速增长。 为了满足网络带宽需求以及单信道速率的持续高增长 ， 高速光通信系统正在告别以往的强度调制／直接检测 (IM/DD)方式。 将无线通信领域中成熟的OFDM 技术引入到光通信中是目前实现高速光通信的 一个研究热点。 光 OFDM 系统融合了无线 OFDM 技术和光通信的优点 ,具有高传输速率、高抗色散能力、高频谱效率等优势。 1999 年 ， 在 IEEE802． 1la 通过的无线局域网标准中 ， OFDM 技术开始作为调制技术应用于物理层。 同时， OFDM 技术作为一种标准的调制技术也应用在欧洲电信标准协会的宽带射频接入网中。 OFDM 技术引入到光通信中，融合了无线 OFDM 技术和光通信的优点，应用于无线光通信系统、多模光纤通信系统、塑料光纤通信系统以及单模光纤通信系统。 可在现有光传输系统的基础上构建出高速率、低成本、长距离的光传输网 络。 OFDM 是一种无线环境下的多载波并行传输技术，具有高效的频谱利用率、优良的抗窄带干扰和多径衰落能力。 相关领域 对 OFDM系统的研究已经进行了 40 多年，这种系统最早应用于军用无线高频通信链路中，是最早的关于 OFDM 技术的研究。 这些年，由于数字信号处理 技术取得了快速的发展， OFDM 技术也取得了广泛的关注。 因为它能有效得对抗多径传播所带来的 ISI 的特点。 近年来， OFDM 技术开始应用于双向无线数据领域，尤其是在广播方式下的音频和视频领域，并且得到了很好的发展。 例如数字音频广播（ DAV， Digital Audio Broadcast ）、数字视频广播（ DVB，Digital Video Broadcast）、 WLAN（ 和 ）以及 WiMAX（ ）等均使用了 OFDM 技术，它是业界公认的第四代无线移动通信中的关键技术之。 光 OFDM 系统可以在现有光传输系统的基础上构建出高速率、低成本、长距离的光传输网络 ,是实现下一代超高速长距离光传输的潜在技术之一。 重庆邮电大学本科 毕业设计（论文） 5 三、 ACOOFDM 技术研究现状 OFDM 技术虽然具有很多的优势，但是 （改成“基带 OFDM 信号是复信号”） 双极 性复值的 OFDM 信号 无法直接在 IM/DD 系统中应用 ， ACOOFDM 系统于 2020年被提出，用于解决 这个问题 [1]。 从已经发表的论文 来看 ，研究主要集中在以下两个方面。 一是研究它在不同条件下的系统性能及优势；二是研究它的定时方法。 当调制数据在 逆快速傅里叶变换（ IFFT） 前具有 Hermitian 对称结构时，生成的 OFDM 信号全为实值信号，用于解决复值信号的问题。 而将双极性信号变为单极性的方法通常有两种，一是加直流偏置；二是由 J. Armstriong 于 2020 年提出的 ACOOFDM 方案，它限制调制数据具有 Hermitian 对称结构，并且只在奇载波上调制数据，偶载波上数据置零。 这样可以将双极性的信号小于零的部分置零，解调后除有用信息的幅度变为原来的 1/2 外，其它信息不受任何影响。 当然由于 Herimitian 对称的原因，使其相对直流偏置系统牺牲了一半的频谱效率。 直流偏置的 OFDM 意味着较高的平均光功率和较低的调制深度。 非对称限幅 (Asymmetrically Clipping， AC)具有更高的功率效率 [9]。 2020 年， Xia Li 等人比较了 IM/DD 无线 光系统下 ACOOFDM 与脉位调制(Pulse Position Modulation， PPM)，得出 ACOOFDM 由于调制数据的相关性使信道容量稍小，但是它有很多优势，如功率效率及抗多径干扰的能力等 [10]。 2020，年 等人又指出相比 DCOOFDM 系统性能依赖于 直流偏置（ Direct Current， DC） 的大小，对于使用数目较多的子载波时， DC 较大，系统性能较差，而 ACOOFDM 不受此限制且相比前者更适用于自适应的 OFDM 系统中 [11]。 2020 年， 等人提出鉴于光无线信道具有低通滤波器的特性，提出了对于 ACOOFDM 在低频率上采用高阶映射，在高频率处采用低阶调制的位加载方案。 并理论分析仿真证明了新的方案可以使误码率为 310 时所需要的 SNR 降低5dB[12]。 2020 年， 提出了基于 Hartley 变换的的 AC 技术当在需要处理的信号全为实数信号时 Harley 变换具有很大的优势 [13]。 2020 年， Raed Mesleh 指出 ACOOFDM 在室内光无线通信 上有着广阔的前景，它不需要加 DC，因而光功率较小，有利于眼安全 [14]。 由于 AC 去掉了负极性信号，原有的信号时钟恢复方法如 Schmidl 定时和 Park 定时所构造的定时序列在 AC 的 OFDM 系统中性能有所下降，一些学者正在构造不同的新训练序列，来适应这种 AC 技术及研究利用 AC 特有的频域结构结合 循环前缀（ Cyclic Prefix， CP） 来进行系统定时。 重庆邮电大学本科 毕业设计（论文） 6 四 、 ACOOFDM 系统信道估计技术研究现状 信道估计是从接收数据中将假定的某个信道模型的模型参数估计出来的过程。 如果信道是线 性的话，那么信道估计就是对系统冲激响应进行估计。 需强调的是信道估计是信道对输入信号影响的一种数学表示，而“好”的信道估计则是 使得某种估计误差最小化的估计方法。 是 ACOOFDM 系统 的关键技术。 根据是否需要利用额外的数据，信道估计 则 可以分为：盲信道估计、导频辅助的信道估计及基于叠加序列的信道估计。 基于导频的信道估计方法通过在时域或频域插入收发双方都已知的块状或梳状导频信息，接收端首先利用导频恢复出导频位置的信道状态信息，然后通过内插、滤波及变换等方法获得所有频段和时段的信道信息；盲信道估计法则不插入导频信息 ，仅利用系统本身信号的相关特性获得信道信息，如相关函数、相关矩阵、线性编码等统计特性以及发送信号的固有特性；基于叠加序列的信道估计方法，将一个特殊的序列时域叠加在数据序列上，与数据同时发送，接收端经过特殊处理，提取出所叠加的序列，估计信道状态信息（ Channel State Information， CSI）。 总的来说，基于导频的方法具有较高的估计精度，可以跟踪时变信道，但是导频占用了频谱资源，降低了系统容量；盲信道估计法由于不需要导频信息，很大程度上提高了系统传输效率，然而由于收敛速度慢，实际应用受到限制； 基于叠加序列的信道估计法，不需要额外的频段和时隙传输已知导频，保证了系统的传输效率，同时算法复杂度低，具有显著优势，因而倍受关注。 1999 年， Peter Hoeher 和 Fredrik Tufvesson 将伪噪声 (Pseudo Noise， PN)序列作为训练序列，时域叠加在数据上，利用 Viterbi 算法首次实现了基于叠加序列的信道估计 [15]。 叠加序列技术是一种扩展频谱技术，其中最典型的是叠加周期序列的信道估计技术。 叠加周期序列的信道估计基于两个假设条件： 系统传输的未知数据序列满足均值为零的独立统计分布 ； 系统的加性噪声为均值为零的高斯白噪声，其统计独立于数据信息序列。 由于数据序列和噪声序列的均值都为零，这样接收端对接收到的数据序列进行一阶统计平均处理之后，可以消除数据序列和噪声序列对所叠加训练序列的影响，将所叠加的训练序列提取出来；然后利用由训练序列构造的本地循环矩阵对信道参数进行估计。 叠加周期序列的信道估计技术算法简单，精度高。 由于 ACOOFDM 系统发送端输入 IFFT 的复向量具有特殊的要求，使得基于导频的信道估计技术在 ACOOFDM 系统中的应用将面临着许多困难。 相对而言，基于叠加序列的信道估计 技术将更具竞争力。 但由于光强度信号为非负的单极性实信号，系统传输的信息序列均值不为零，那么接收端对接收到的信号进行一阶统计平均处理之后，不能将所叠加的序列提取出来，致使无法完成对无线光信道的估计。 目前这方重庆邮电大学本科 毕业设计（论文） 7 面研究仍然较少。 针对这个问题，本课题根据光强度信号的特点合理地构造周期序列和本地矩阵，提出一种适用于 （ ACOOFDM） 该 系统的叠加周期序列的信道估计方法。 第 二 节 研究意义 无线光通信技术发展十分迅速， OFDM 系统由于具有许多的优势而 被认为是无线光技术的核心之一。 但是 无线光通信系统传输的信号必须为 非负的单极性实信号 ，双极性复值的 OFDM 信号 不能直接在无线光链路 中 传输 ， 无法直接在 强度调制直接检测 （ Intensity Modulated/Direct Detection， IM/DD) 系统中应用 ， 然而 ACOOFDM系统 的 提出 正好 用于解决 这个问题。 因为 ACOOFDM 系统不需要添加直流偏移量，在对光源进行强度调制之前，调制信号的所有负值都被归零，通过载波频率的正确选择，传输数据完全可以从这种非对称削减的信号中恢复出来，并且不会产生信号频带内的削减噪声。 目前已有两种形式的单极性 OFDM 调制方式被提 出： ACOOFDM； DCOOFDM。 DCOOFDM 与 ACOOFDM 时域信号波形如图 和 所示。 在DCOOFDM 系统中，通过将直流偏置加在实 OFDM 基带信号上，产生单极性信号；在 ACOOFDM 系统中，则对该双极性 OFDM 实信号以零值为基准进行限幅，所有小于零的信号都被置零，只保留大于零的信号。 由于 ACOOFDM 除了要求发射端输入 IFFT 的复数向量具有共轭对称性，而且要求 IFFT 的输入端的偶数子载波为零（只有奇数子载波承载数据，偶数子载波不承载数据），只有这样限幅才不会造成传输数据 的丢失。 这是因为由限幅而产生的噪声只落在了偶数子载波上，所以奇数子载波上的数据不受影响。 在系统误码率（ Bit Error Rate， BER）和信息传输速率相同的情况下， ACOOFDM 则具有较高的光功率效率； DCOOFDM 的性能决定于直流偏置的大小，星座的规模越大，要求直流偏置也越大，因而增大了功率消耗，限制了其在实际系统的应用。 所以 ACOOFDM 具有星座选择的灵活性，在无线光系统中具有更好的适应性。 同时 ACOOFDM 技术除具备 OFDM 技术的 特点 外， 还具有 抗 多径传输能力强，功率效率高和安全性好，星座 选择灵活，系统容量大等优势。 重庆邮电大学本科 毕业设计（论文） 8 02462 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6数 据 个 数光功率 图 DCOOFDM 系统时域信号波形 02462 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6数 据 个 数光功率 图 ACOOFDM 系统时域信号波形 ACOOFDM 技术因为有着显著的优势被广泛应用与无线光通信系统中。 在基于ACOOFDM 的新一代无线通信系统中，传输速率较高，需要使用相干检测技术获得较高的性能，因此必须选择好的估计方法来获得较好的估计效果。 然而，无线通信系统 的 性能很大程度上受到无线信道的影响，如阴影衰 落和频率选择性衰落等，使得发射机和接收机之间的信道非常复杂。 无线信道具有很大的随机性，所以在 ACOOFDM系统中需要对信道进行估计，信道估计的精度将直接影响整个系统的性 能。 随着无线光通信技术的发展，信道参数估计变得十分必要，也是实现无线通信系统的一项关键技术。 信道估计技术用于估计时域信道有限脉冲响应系数，是信号检测、均衡与解调的基础， 是 ACOOFDM 系统的关键技术， 精度高、稳定性好、代价低的信道估计算重庆邮电大学本科 毕业设计（论文） 9 法对 ACOOFDM 系统至关重要。 所以 ，现在 对 ACOOFDM 系统信道估计算法研究是 很 有必要 的 ， 也是非 常 有意义的。 第三节 本文的主要内容及工作安排 本文主要研究 ACOOFDM 系统 原理及其基于叠加训练序列的信道估计算法，具体的主要内容安排如下： 第一章为绪论部分，介绍了 无线 光通信技术的发展 现状 ； OFDM 技术 研究现状以及其 在光通信中的应用 ； ACOOFDM 技术、该系。