CAP可見光通信系統(tǒng)的波形設(shè)計與定時估計.pdf

1、無載波幅度相位調(diào)制(CAP)由于其較高的頻譜利用率和較低的實現(xiàn)復(fù)雜度，近年來在可見光通信(VLC)系統(tǒng)的實現(xiàn)上備受關(guān)注。然而，由于在存在定時偏差的情況下，CAP信號不僅存在較大的符號間干擾(ISI)，而且存在較大的交叉通道干擾(CCI)，因此CAP接收機對定時偏差非常敏感。CAP接收機的高定時敏感度問題可以通過設(shè)計低定時敏感度的CAP波形和設(shè)計高精度的定時恢復(fù)模塊這兩種方法解決。在CAP波形的設(shè)計方面，前人已經(jīng)推導(dǎo)了CAP波形無ISI和

2、CCI的時域、頻域條件，并且給出了一組低定時敏感度的NS CAP波形，但NSCAP波形只降低了I通道信號的定時敏感度。本文根據(jù)CAP波形的頻譜重疊特性，嘗試了通過調(diào)整通帶Nyquist波形載波大小來設(shè)計CAP波形的新思路。在CAP系統(tǒng)定時恢復(fù)模塊的設(shè)計方面，前人所做的工作主要基于模擬的定時恢復(fù)方法。為了進一步提高定時恢復(fù)的精度，本文對更加穩(wěn)定可靠的全數(shù)字定時恢復(fù)方法進行了研究。論文主要工作如下:
　　1)研究了低定時敏感度的CAP

3、波形設(shè)計。相對于PAM波形，CAP波形的無干擾不僅需要考慮ISI問題，還需要額外考慮CCI問題。本文針對這一情況采用分步設(shè)計的方法，先在傳統(tǒng)CAP波形的基礎(chǔ)上提出了無ISI的通帶Nyquist波形的概念，然后根據(jù)CAP波形無CCI的頻域條件，討論了I、Q通道的通帶Nyquist波形的載波需要滿足的條件，最終設(shè)計出了更具一般性的可變頻譜重疊度CAP波形，并且從中選取了兩組性能較好的CAP波形，即PO CAP波形和2-D FDCAP波形，并

4、在2-D FD波形的基礎(chǔ)上設(shè)計了一組高頻譜利用率的三維CAP波形。仿真結(jié)果表明，本文提出的PO CAP波形和2-D FD CAP波形的定時敏感度性能要優(yōu)于傳統(tǒng)的CAP波形和NSCAP波形。但是，當(dāng)定時偏差較小時，傳統(tǒng)CAP波形和NS CAP波形將表現(xiàn)出更好的性能。
　　2)研究了針對CAP信號的定時估計估計算法。首先證明了傳統(tǒng)的針對PAM信號的最大平均功率定時估計算法在CAP系統(tǒng)中的可用性。接著針對通帶PAM信號的頻譜特性，對傳統(tǒng)

5、的針對基帶PAM信號的O&M算法進行了改進，提出了使用高頻分量進行估計的多頻點O&M算法。然后將多頻點O&M算法推廣到了CAP系統(tǒng)中，并且根據(jù)傳統(tǒng)CAP波形I、Q通道波形的對稱性對O&M算法進行了改進。仿真結(jié)果表明，最大平均功率定時估計的性能高度依賴于接收機的采樣頻率，采樣頻率越高，定時估計結(jié)果越準(zhǔn)確。如果CAP系統(tǒng)使用發(fā)送通帶PAM前導(dǎo)符號的方法進行定時估計，不論系統(tǒng)選擇哪一種CAP調(diào)制波形，使用Q路波形調(diào)制前導(dǎo)序列，都能獲得比使用I

6、路波形調(diào)制前導(dǎo)序列更好的性能。而對于使用CAP信號進行可跟蹤定時估計的系統(tǒng)，PO CAP和2-D FD CAP信號最適合使用Q通道的三倍頻估計算法;NS CAP信號最適合使用I通道的一倍頻估計算法;傳統(tǒng)CAP信號使用改進的O&M算法將得到較好的定時估計性能，但是使用原始的O&M算法，定時估計的性能將十分有限。另外，由于CAP信號存在交叉通道，因此CAP信號想要獲得良好的定時估計性能，必須使用比PAM信號更長的定時估計符號長度。