基于RS的LWT-OFDM可见光通信系统研究

作     者：董航航 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵黎;杜卫民

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：可见光通信 正交频分复用 提升小波变换 RS编码 通信性能 

摘      要：正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是一种以正交变换为核心的多载波调制技术,将其应用于可见光通信(Visible Light Communication,VLC)可以有效提高通信性能,但是,传统基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)的OFDM信号受LED非线性影响较大,对频偏较敏感,峰均值功率比也较高。基于此,本文将提升小波变换(Lifting Wavelet Transform,LWT)与OFDM结合应用于可见光通信,该方法不仅能提高通信可靠性,还具备较高的频谱利用率。具体研究内容包括以下几点:1、在郎伯辐射模型的基础上,建立了室内直射视距链路和非视距链路模型,在实验模型中对两种信道进行数学建模,并仿真验证了室内多径效应对光通信可靠性的影响。针对光信道的特性,分析了直流偏置光OFDM(DC-biased Optical-OFDM,DCO-OFDM)和非对称限幅光OFDM(Asymmetrically Clipped Optical-OFDM,ACO-OFDM)系统,对比了时域信号特点和频域结构,对效率、可靠性、峰均比进行了研究。2、以DCO-OFDM系统为基础,提出了基于提升小波变换的可见光OFDM系统方案,搭建了LWT-OFDM系统模型,子载波选择小波基函数,通过对信号的预测与更新,实现信号的高低频分离,利用提升小波良好的尺度和平移正交特性,改善系统通信可靠性,由于不需要加入循环前缀,可以在改善频谱效率的同时降低峰均比。从提升小波基、提升小波分解层数等方面对系统进行了优化分析,选出了适合系统的Haar小波基和小波分解层数。仿真结果表明当前端调制是BPSK,载波个数是64,误码率为10时,LWT-OFDM系统相比于FFT-OFDM系统性能提高了5d B。3、将LWT-OFDM引入可见光通信系统,不但可以有效降低峰均比,还为级联信道编码模块提供编码空间余量。为了增加系统自动检测纠错功能,本文设计了基于RS编码的可见光LWT-OFDM系统,编码运算在伽罗华域中进行,译码选择效率较高的BM迭代算法,本文选择RS(255,239),当误码率为10时系统性能相比未级联RS码提高了4d B。4、在理论分析和仿真实验的基础上,设计了系统的数据帧结构、算法程序及可见光收发硬件电路,并使用信号发生器、示波器等设备,搭建了实验测试平台,对系统进行验证。在光学轨道上进行点对点的数据发送和接收,传输距离为20cm,LED的功率是1W,选择Haar小波基,载波个数为64,用调制误差比分析接收数据的“品质因数,结果表明前端调制是BPSK与QPSK时系统的调制误差率分别为11.4d B和10.2d B,可以保证99.97%和99.88%的数据被准确解调,确保了信号有效传输。