专利名称：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
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，NL0S)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
禾口文献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， 0. 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 00FDM(DC-biased OpticalOFDM, DC0-0FDM)与非均勻限幅 00FDM(AsymmetricalIy ClippedOptical 0FDM，AC0—0FDM)。见文献0. Gonzalez，et a1, "OFDM overindoor wireless optical channel”IEE Proc. Optoelectronics. 2005，152 :199-204和文献 J. Armstrong,A. J. Lowery,"Power efficient opticalOFDM'IElectronics Letters. 2006, 42 =37O-37I所述，发送端通过令输入逆傅立叶变换Qnverse Fast Fourier Transform, IFFT)的复向量具有共轭对称特征，生成实信号。DC0-0FDM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；AC0-0FDM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，AC0-0FDM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。在叠加序列的信道估计方法中，最典型的是叠加周期序列的估计方法，其中以 Aldo G. 0.等人提出的方法为代表。见文献Aldo G. 0.，Mauricio M. L.，McLernon D. C.， “Channel estimation using implicittraining，， [IEEE Transactions on Signal Processing. 2004,52(1) J40-254所述。叠加周期序列的信道估计方法基于两个假设条件1、系统传输的未知数据序列满足均值为零的独立统计分布；2、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。在ACO-OFDM无线光通信系统中采用叠加周期序列的信道估计方法进行信道估计，由于光强度信号为单极性非负实信号，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。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有叠加周期序列的信道估计方法在 ACO-OFDM无线光通信系统中应用所遇到的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问题，根据该系统信号的特点和接收到信号的统计特性，提出一种适用于该系统的叠加周期序列的信道估计方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是首先根据光强度信号的特点，生成周期训练序列，在为训练序列分配一定发射功率后，将其时域叠加在数据序列上；利用系统信号的统计特性和功率分配情况，合理地设计本地矩阵；最后利用一阶统计平均的方法完成信道估计。具体步骤为根据光强度信号生成周期训练序列c (k)，为训练序列c (k)与ACO-OFDM时域信号序列b(k)分配发射功率后，将其在时域上相叠加生成发送序列s (k)，s(k)通过光强度调制器后送入信道h(m)进行信道估计，经光强度检测器检测出一定强度的光信号后与噪声信号n(k)迭加获得接收信号序列x(k)，接收端接收到的信号序列为x(k)可表示为
M-I
χ(Μ=+ 其中，h(m)为室内散射信道第m条路径离散时间有限脉冲
W=O响应系数，M为信道脉冲响应的阶数，τ为相邻两径信号的相对传输延迟时间对于采样间隔的归一化值，n(k)为均值为零的加性高斯白噪声，s (k)为发送序列。对x(k)进行一阶统计平均获得 y(k) = E[x(iQ+k)], k = 0,1, ... , Q-I, i = 0,1, ...，NQ-1，其中，Q为训练序列的周期；基带OFDM信号序列bjk)经过限幅得到 ACO-OFDM信号序列b(k)，根据b(k)的分布令万=>/1^^(岣]，构造QXQ阶元素全为B的方阵B，根据方阵B和由训练序列c(k)构造的循环矩阵C调用公式-ZT = B +办C 构造本地矩阵Τ，利用本地矩阵T根据公式 ι = Tl估计信道脉冲响应系数，其中
权利要求
1.ー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，其特征在干， 根据光强度信号特点生成周期训练序列c (k)，为c (k)与ACO-OFDM时域信号序列b (k) 分配发射功率后，将其在时域上相叠加生成发送序列s (k)，s(k)通过光强度调制器后送 入信道h(m)，接收端检测出光信号后与噪声信号迭加获得接收信号序列x(k)，对x(k) 进行ー阶统计平均获得y(k)；基带OFDM信号序列bjk)经过限幅得到ACO-OFDM信号序列b(k)，根据b(k)的分布令
2.根据权利要求1所述的ー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，其特征在干，所述生成周期训练序列c (k)为伪噪声PN序列经过并串变换和星座 映射，生成长度为Q/4的复向量pn，经过共轭对称变换生成输入向量pn'，将pn'经过傅立 叶变换IFFT、井串变换和限幅，生成长度为Q的非负实序列c' (k);将c' (k)重复 次， 生成训练序列c (k)，其中，Nq = N/Q, N为ACO-OFDM系统傅立叶变换的点数，Q为训练序列 的周期。
3.根据权利要求1所述的ー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，其特征在干，所述生成周期训练序列c (k)为提取长度为Q/2的恒模序列ch(k)， 对其加上偏置电流，并转换为非负的复数序列ch' (k)；提取长度为Q的非负的实序列 ch" (k)；将该非负的实序列ch〃 (k)重复Nq次，生成所需训练序列c (k)。
4.根据权利要求1所述的ー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，其特征在干，根据公式
5.根据权利要求1所述的ー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，其特征在干，所述接收端接收信号序列x(k)表示为
6.根据权利要求1所述的ー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，其特征在干，对于输入向量序列中任一元素，当元素序号k为偶数吋，pn' (k) =0;当k为奇数且k彡Q/2-1吋，
7.根据权利要求3所述的ー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，其特征在干，所述恒模序列Ch(k)为
全文摘要
本发明请求保护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，涉及OFDM技术领域。本发明针对现有叠加周期序列的信道估计方法没有考虑无线光通信系统中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的局限性，提出一种适用于无线光OFDM系统的基于叠加序列的信道估计方法。根据光强度信号的特点，通过对复数拆分组合和利用傅立叶变换的共轭对称性，设计一种适用于无线光系统的训练序列。根据系统信号的统计特性和功率分配因子设计本地矩阵，利用一阶统计平均进行信道估计。这种信道估计方法，估计精度高，容易实现，具有高带宽效率和时间功率分配的灵活性，支持一定的移动性。
文档编号H04L27/26GK102299894SQ201110300698
公开日2011年12月28日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者吴大鹏, 左琼华, 王卓, 王汝言, 高頔 申请人:重庆邮电大学