可見光通信中的OFDM技術的改進與仿真

鮑晶晶　董華鋒

摘 要： 傳統無需增加直流的可見光通信OFDM技術（PAM?DMT），對子載波的利用率較低，受噪聲干擾大。提出融合PAM?DMT以及DCO?OFDM信號的PDO?OFDM調制解調方法并對其進行改進，在PAM?DMT系統中融入DCO?OFDM信號，充分利用子載波資源，提升通信速率。對PDO?OFDM中三項參數進行合理設置，提高系統解碼性能。通過頻域分集合并方法改進系統的接收端，依據傅里葉變換的線性特征，直接在頻域中進行減法運算，獲取純凈的PAM?DMT信號在子載波實部中的數值，采用PAM?DMT改進接收端完成解調，增強系統的解碼性能。仿真結果表明，所提方法優化了可見光通信的誤碼率，顯著提升了系統的調整性能。

關鍵詞： 可見光通信； OFDM技術； 技術改進； 調制解調

中圖分類號： TN929.1?34； TN91 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）16?0032?03

Abstract： The traditional visible light communication OFDM （orthogonal frequency division multiplexing） technology （PAM?DMT） which does not need to add DC has low utilization ratio of subcarriers and is greatly affected by noise interference. The PDO?OFDM modulation?demodulation method fusing PAM?DMT and DCO?OFDM signals is proposed and improved. The DCO?OFDM signal is fused into the PAM?DMT system to improve the communication rate by making full use of the subcarrier resources. The three parameters of PDO?OFDM are rationally set up to improve the decoding performance of the system. The receiving end of the system is improved with frequency diversity combining method. The subtraction operation is performed directly in the frequency domain according to the linear features of Fourier transform to obtain the numerical value of pure PAM?DMT signal in subcarrier real part. The PAM?DMT is used to modify the receiver for demodulation and enhance the decoding performance of the system. The simulation results show that the proposed method can improve the adjustment performance of the system obviously by optimizing the bit error rate of the visible communication.

Keywords： visible light communication； OFDM technology； technological improvement； modulation?demodulation

當前的可見光通信在醫學、探測以及軍事等領域具有重要的應用價值。可見光通信系統采用強度調制方案對信號頻率進行調控，其要求傳遞的信號為實信號[1]。正交頻分復用（OFDM）調制技術能夠確保可見光通信中信號為實信號。傳統無需增加直流的可見光通信OFDM技術（PAM?DMT）對子載波的利用率較低，受噪聲干擾大，無法完成高速率可見光通信的調制。通過增加直流偏置的手段提升可見光通信系統中負值波形，確保信號為正的方法（DCO?OFDM），存在功率消耗高的缺陷[2]。設計改進可見光通信中的OFDM技術成為相關人員分析熱點方向。

1 可見光通信中的OFDM技術的改進

1.1 PDO?OFDM系統發送端和接收端設計

PDO?OFDM系統是一種融合兩種信號的可見光通信OFDM調制系統，其發送端和接收端結構如圖1所示。其中傳遞的信號包括只調制子載波虛部的PAM?DMT信號[3]，以及只調制實部的DCO?OFDM信號。DCO?OFDM信號具有較低的裁剪噪聲，對調制資源外信號的影響較小。因此，通過PAM?DMT接收機能夠對融合DCO?OFDM信號的PAM?DMT信號進行有效調制。PAM?DMT信號對DCO?OFDM信號具有一定的干擾作用，需要從混合信號中解調出PAM?DMT路數據，對PAM?DMT信號實施重建，從接收信號中過濾掉重建信號，得到純凈的DCO?OFDM信號，并對該信號進行調制。

1.3 基于頻域分集合并的PDO?OFDM接收端改進方法

通過頻域分集合并法改進系統接收端，可增強系統性能，提高系統信噪比增益[6?7]。用頻域分集合并法優化PDO?OFDM系統接收端，如圖2所示。其先重建DCO?OFDM信號，該信號同接收信號相減獲取單純PAM?DMT信號，通過PAM?DMT改進PAM?DMT信號實施調制。endprint

圖2描述的改進方法需要對信號實施時域頻域的重復變換，導致信號調制過程較為繁瑣。為了提高系統調制效率，應依據傅里葉變換的線性特征[8]，直接在頻域中進行減法運算，獲取純凈的PAM?DMT信號在子載波實部中的數值。

2 仿真分析

本文采用仿真實驗驗證本文提出的PDO?OFDM接收端改進方法，進行信號調制過程中的誤碼率性能對比。本文方法對PDO?OFDM系統的接收端實施了優化，PAM?DMT信號在接收端的[12]系統損失都得到了補償，因此采用第1.2節中的方法設置有效的參數，對系統參數中的兩路信號功率分配也就是[apamadco]和直流偏置片值實施合理的調制。實驗檢測了本文方法和傳統PAM?DMT系統采用的頻域分解合并改進方法，在μ=4.2 dB和μ=6.8 dB條件下進行信號調制的誤碼率仿真結果，分別如圖3、圖4所示。

圖3中PDO?OFDM以及PAM?DMT系統兩路星座組合是8PAM+2PAM，星座點間距比例[apamadco]是1.04，1.54。由圖3可知PDO?OFDM系統對接收端實施改進后性能提升。傳統PAM?DMT系統優化了1.5 dB信噪比增益，改進PDO?OFDM系統優化了1 dB信噪比增益，呈現微小優勢。

圖4中PDO?OFDM和及PAM?DMT系統兩路星座姐合均為16PAM+4PAM，星座點間距比例[apamadco]分別為1.3和1.6。可知PDO?OFDM系統對接收端實施改進后性能出現大幅度提升，增加了1.6 dB信噪比增益。從圖4中可看出，采用改進接收端后，使得PAM?DMT系統性能達到DCO?OFDM系統性能，采用改進接收端POD?OFDM系統性能提升。

3 結 論

本文提出PDO?OFDM系統，其在PAM?DMT系統上融入DCO?OFDM信號，在合理的參數設置下，具有較佳的性能，并采用頻域分集合并方法對系統的接收端進行改進，增強了系統的調制性能。

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