[发明专利]一种基于叠加周期序列的ACO-OFDM无线光通信系统信道估计方法

说明书

技术领域

本发明属于强度调制光通信领域，尤其涉及强度调制无线光OFDM系统的信道估计技术。

背景技术

无线光通信技术通过对可见光或红外激光的强度进行调制传输数据，实现视距(Line-of-Sight，LOS)和散射即非视距(Non-Line-of-Sight，NLOS)链路的宽带接入。同射频(RadioFrequency，RF)系统相比，无线光通信技术不受频谱资源限制，不与RF系统相互干扰，同时当光信号强度满足人眼的安全规定时，不会对人体的健康造成影响。在室内环境中，无线光通信技术的应用场景广阔，例如在飞机客舱、火车车厢、巴士车厢等交通工具内以及商店、机场、博物馆等公共场所，通过红外激光器或发光二极管(LightEmitting Diode，LED)作为接入点为用户提供宽带接入。由于无线光通信不受带宽限制，传输速率高，安全性好，设备结构简单、价格低，适合短距离高速无线接入，因此近年来无线光通信技术发展迅速。见文献：J.Kahn，J.Barry，“Wireless Infrared Communications”【Proc.IEEE.1997，85(2)：265-298】和文献：Steve Hranilovic，“Wireless OpticalCommunication Systems”【Springer Science and Business Media.Boston，USA，2005】所述。由于正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)技术具有抗多径干扰能力强，数据传输速率高，频谱效率高，均衡算法简单等优点，O.Gonzalez等人在文献“OFDMover indoor wireless optical channel”【IEE Proc.Optoelectronics.2005，152：199-204】中提出将OFDM技术用于无线光通信系统中，有效地克服室内无线光信道的多径效应，提高数据传输速率。

由于采用光强度调制，因此系统电信号应为单极性非负实信号。针对无线光通信系统的这个特点，目前已有两种形式的单极性光OFDM调制方式被提出：直流偏置OOFDM(DC-biased OpticalOFDM，DCO-OFDM)与非均匀限幅OOFDM(Asymmetrically ClippedOptical OFDM，ACO-OFDM)。见文献：O.Gonzalez，et al，“OFDM overindoor wireless optical channel”【IEE Proc.Optoelectronics.2005，152：199-204】和文献：J.Armstrong，A.J.Lowery，“Power efficient opticalOFDM”【Electronics Letters.2006，42：370-371】所述，发送端通过令输入逆傅立叶变换(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)的复向量具有共轭对称特征，生成实信号。DCO-OFDM技术通过加一个较大的偏置电流将双极性实信号转换为单极性实信号；ACO-OFDM技术通过将小于零的信号置零，以此生成单极性实信号。相比之下，ACO-OFDM技术由于功率效率高、安全性好及星座选择灵活而倍受关注。

信道估计技术用于估计信道特征参数，是信号解调、检测与均衡的基础。精度高、稳定性好、代价低的信道估计算法对无线光OFDM系统至关重要。常用的信道估计方法通常可以分为三类：基于导频的信道估计法、盲信道估计法和基于叠加序列的信道估计法。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，接收端先恢复出导频位置的信道信息，然后利用内插、滤波及变换等方法获得所有时段或频段的信道信息。盲信道估计法仅利用系统本身信号的相关特性来获得信道信息，如相关函数、相关矩阵、线性编码等统计特征以及发送信号的固有特征。基于叠加序列的信道估计方法，将训练序列时域叠加在数据序列上，与数据同时发送，接收端经过处理，提取所叠加的序列，然后估计信道状态信息。总的来说，基于导频的方法具有较好的估计效果，可以跟踪时变信道，但是系统传输效率低；盲信道估计法虽然具有较高的带宽利用率，但由于收敛速度慢，算法复杂，阻碍了其在实际系统中的应用；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导频信息，在保证估计精度和系统传输效率的同时，降低了算法复杂度，具有显著优势。