Page 30 - 网络电信2023年4月刊
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图７ 接收端收发序列符号同步时序图
信道估计的准确性将直接影响整个可见光通信数字基带系统的 图８ 接收端解调星座图
误码率性能等,故实验需产生不易被破坏且峰均比较低的 OFDM
训练符号。该平台采用最小二乘法[14],通过最小化接收端本地
符号序列与接收到的长训练序列间的平方误差,来实现信道的估
计与均衡。
(2)
式(2)展示了该模块采用的最小二乘法,式中Y 表示接收到
的训练序列,X表示本地同步序列,H 为信道频率响应。由式(2)
可得
（3）
由式(3)可知,使用最小二乘法进行信道估计时,只需将接收
表４ 多种方案的平台测试结果对比
到的频域符号与接收端本地存储序列相除即可。因为频域符号
多为复数,而FPGA不能直接进行复数除法运算,故采用模值为1的
训练序列,直接取消除法运算,以大幅降低系统算法复杂度。在
完成信道估计后,根据下式进行信道均衡:
（4）
因为式(4)中的分母项为信道估计值,无法提前预知,故而无 对于传输速率,自适应偏置光正交频分复用方案利用了75%
法将其模值固定为1,只能进行实数除法运算。因而采用CORDIC 的频谱资源,其净比特率介于直流偏置光正交频分复用与非对
算法 [15] ,通过实数迭代逼近的思想,得到实数除法的近似值。 称限幅光正交频分复用两种方案之间,略高于混合非对称限幅
接收端通过每一帧前导序列的短训练序列确定快速傅里叶 光正交频分复用方案,有效提高了频谱资源利用率,且保证了通
变换窗口位置后,经过快速傅里叶变换模块,将接收到的时域信 信传输速率。由于可见光通信数字基带系统特殊的帧结构设计,
号采样值转换为频域符号。对接收到的长训练序列中两组 OFDM 增加了快速傅里叶变换窗口检测的准确性和信道估计与均衡的
数据符号求和,取其平均,用作式 (4)中的分子。再通过信道估 能力,有效降低了系统的误码率,达到10-4,仅略高于非对称限幅
光正交频分复用方案。对于计算复杂度,自适应偏置光正交频分
计公式,求得各个子载波的信道估计值 。继而将 的共轭
复数与模值平方都存储进随机存取存储器中。当有效数据载荷 复用方案仅主要考虑快速傅里叶变换操作的复杂度,不需要考虑
部分的 OFDM 数据符号到达时,便可以从随机存取存储器中直接 削峰噪声等的影响,因此与直流偏置光正交频分复用和非对称限
幅光正交频分复用两种方案的计算复杂度一致,均为最低计算复
2
读取对应子载波位置上的 和 | ,以获得均衡后的频域符
号。 杂度,节省了系统开支与时间成本,有效地提高了计算效率。同
3.4 实验结果与对比分析 时,自适应偏置光正交频分复用方案虽然需要添加直流偏置,但
图8中分别展示了采用4QAM和16QAM两种数字调制方式时,室 其添加的是自适应直流偏置,而非直流偏置光正交频分复用方案
内可见光通信硬件平台接收端子载波上的解调星座图。表4展示 中的固定直流偏置,故而有着低于直流偏置光正交频分复用方案
了基于自适应偏置光正交频分复用方案的可见光通信数字基带 的符号功率。因此,基于自适应偏置光正交频分复用方案的可见
系统与直流偏置光正交频分复用,非对称限幅光正交频分复用, 光通信数字基带系统实现了频谱资源与功率效率间的折中,提高
混合非对称限幅光正交频分复用以及增强型光正交频分复用/偏 了计算效率,其中特殊的物理层帧结构设计有效降低了系统的误
移正交幅度调制等方案在可见光通信硬件平台上的测试结果。 码率,保证了通信传输速率,进而提升了数字基带系统的整体性
能。
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