多色可见光DCO‑OFDM通信系统的前导设计和信道估计方法技术方案

本发明专利技术公开了多色可见光DCO‑OFDM通信系统中的前导设计和信道估计方法，采用如下任一方法设计前导序列以完成对各色光链路的信道估计和不同光链路之间的干扰估计：(1)将前导OFDM符号和多色光进行分组，每组选两色光以Alamouti编码方法在2个前导OFDM符号的所有有效子载波上放置ZC序列。(2)将有效子载波等间隔地分为奇数组和偶数组，将多色光分组后每组选两色光分别以Alamouti方法在奇数子载波或偶数子载波上放置ZC序列。(3)取一色光在所有子载波上发送信号，并将子载波等间隔分组，其余色的光链路各自占用一组子载波，在两个前导OFDM符号上以Alamouti方法放置ZC序列。本发明专利技术方法支持帧同步、信道和干扰估计功能，支持超帧结构，并可根据实际系统需求进行调整。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可见光通信领域，具体而言涉及室内多色可见光DC Biased Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing(DCO-OFDM)通信系统中的前导设计和信道估计方法。
技术介绍
可见光通信技术近年来逐渐成为通信领域研究的热点。其拥有独立于射频频谱的宽带频谱资源，无电磁干扰和辐射，绿色安全，易于隔断信号，保密性好等优点。使用RGB或RGBA LED的多色可见光通信系统可以利用不同波段的可见光提供多条链路，配合OFDM可以实现MIMO-OFDM通信系统。考虑到多色光通信系统中，在发射机和接收机各色光通道的电路集成在一起，可能存在通道间电信号的串扰。接收端使用的滤光片也可能无法准确对应各色光的波段，导致接收到的光信号中存在串扰。为提高多色光OFDM系统的传输性能，需要准确有效的信道和干扰估计方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供室内多色可见光DCO-OFDM(本专利技术主要涉及DCO-OFDM，为简短起见以下均简称为OFDM)通信系统中的前导设计和信道估计方法,为使用OFDM的多色光通信系统在有干扰情况下提供信道和干扰估计的解决方案，可针对不同的多色光信道情况和系统性能需要，对前导设计进行调整，在前导占用的开销量和信道估计的准确度之间进行权衡，增强系统实用性。为达成上述目的，本专利技术提出室内多色可见光OFDM通信系统中的前导设计和信道估计方法。该方法适用的场景为：多色可见光OFDM系统的发射端将多路信号调制到多色LED光源上发送光信号，接收端使用不同波段的滤光片获得不同颜色光路的接收信号，通过对多光路信号的联合处理完成信号接收功能。在多色可见光OFDM通信系统中，系统帧结构为：一帧包含NF个OFDM符号，其中前NP个OFDM符号为前导符号,用于实现同步和信道估计功能。子载波总数为K。设该系统中使用M色光信号(M≥2)，k号子载波上的M维发送信号向量为Xk=Xk(0)Xk(1)...Xk(M-1)T.]]>令k号子载波上从i路光发射到j路光接收的信道系数为k号子载波上的M维接收信号向量为Yk=Yk(0)Yk(1)...Yk(M-1)T.]]>则有Yk＝HkXk，其中为M×M维信道矩阵。且在室内可见光通信系统中，信道条件一般认为是准静态信道，在一帧时间内信道系数基本保持不变。在有干扰情况下，Hk不是对角矩阵，为了提高传输效率，充分利用多色光信道条件，接收端需要对Hk中的各个系数进行估计，以便进行干扰抵消等解调工作。针对该场景，令第m路光在第n个前导OFDM符号的k号子载波上的频域符号为其中n＝0,1,…,NP-1，k＝0,1,…,K-1，m＝0,1,…,M-1。本专利技术提出的前导设计和信道估计方法在前导OFDM符号的频域上放置ZC序列，其周期长度设为与一个OFDM符号中的有效子载波数相同。利用ZC序列良好的频域和时域自相关特性，可以实现帧同步功能。此外，利用该已知的ZC序列sk作为前导序列，可以完成信道估计。本专利技术提供的一种多色可见光DCO-OFDM通信系统的前导设计和信道估计方法，包括如下步骤：(1)发射端根据实际信道情况和系统性能要求选择采用如下(A)～(C)任一方法产生前导符号；(A)将前导OFDM符号和多色光分别进行分组，每组分别包括两个前导OFDM符号和两色光，每组两色光以Alamouti编码方法在一组两个前导OFDM符号的所有有效子载波上放置ZC序列；(B)各色光在首个前导符号的所有有效子载波上放置ZC序列，将其余前导符号的有效子载波等间隔地分为奇数组和偶数组，并将多色光进行分组，每组两色光以Alamouti编码方法在奇数子载波或偶数子载波上放置ZC序列；(C)取一色光在所有前导符号的所有有效子载波上放置ZC序列，并将每个前导符号的有效子载波等间隔分组，其余色光各自占用一组子载波，分别配合所选取色光以Alamouti编码方法在两个前导OFDM符号的对应的子载波组上放置ZC序列；(2)接收端接收到多光路信号后，对各子载波上采用Alamouti方法的两色光在两个前导OFDM符号上的接收信号进行合并，计算得到各链路间的信道和干扰系数估计值。较优地，所述方法(A)中，多色光为四色光，前导OFDM符号数NP＝4，将4个前导OFDM符号分为两组，并将四色光分为两组，每组两色光分别按Alamouti编码方法在一组前导符号的所有有效子载波上放置ZC序列，具体设置满足：Xk(m0)(n0)=sk,Xk(m0)(n1)=-sk*,]]>Xk(m1)(n0)=sk,Xk(m1)(n1)=sk*,]]>其中0≤k≤K-1,sk为k号子载波上的ZC序列值，m0和m1表示同一组两色光序号，n0和n1表示同一组两个前导符号序号。该前导设计将不同组中的光信号在时域上进行了隔离，同组信号通过Alamouti方法正交化，因此可以直接估计出Hk中的所有系数。并且由于每个光链路上都保证了在某一个前导OFDM符号中发送了完整的原始ZC序列，使得在任意色的光链路上都可以完成帧同步。较优地，所述方法(B)中，多色光为四色光，将除首个前导OFDM符号的其余前导OFDM符号的有效子载波等间隔的分为奇数组和偶数组，将四色光也分为两组，每组两色光分别以Alamouti方法在奇数子载波或偶数子载波上放置ZC序列，对于偶数或奇数子载波上的一组两色光，具体设置满足：Xk(m0)(n1)=sk,Xk(m0)(n2)=-sk*,]]>Xk(m1)(n1)=sk,Xk(m1)(n2)=sk*,]]>其中，sk为k号子载波上的ZC序列值，m0和m1表示占用奇数或偶数子载波的同一组两色光序号，n1和n2表示两个前导OFDM符号序号。该前导设计将子载波分为不重叠的奇数和偶数组，使两组光信号在频域上隔离。所有信号在两个前导符号上以Alamouti方式正交化。该方案可以估计出Hk中每一行或每一列的一半系数，另一半系数通过将相邻子载波上的系数插值产生。较优地，所述方法(C)中，取一色光在所有前导符号的所有有效子载波上放置ZC序列，设置满足：Xk(mi)(n0)=sk,Xk(mi)(n1)=-sk*,]]>其中，0≤k≤K-1，mi表示所取色光序号，n0和n1表示两个前导OFDM符号序号；再将子载波根据其余色光的数量等间隔分组，其余每色光各自占用一组子载波。每色光在对应的子载波组上的ZC序列设置满足：Xkj(mj)(n0)=skj,Xkj(mj本文档来自技高网...

【技术保护点】
多色可见光DCO‑OFDM通信系统的前导设计和信道估计方法，设多色可见光DCO‑OFDM通信系统中帧长为NF个OFDM符号，其中前NP个OFDM符号为前导符号，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)发射端根据实际信道情况和系统性能要求选择采用如下(A)～(C)任一方法产生前导符号；(A)将前导OFDM符号和多色光分别进行分组，每组分别包括两个前导OFDM符号和两色光，每组两色光以Alamouti编码方法在一组两个前导OFDM符号的所有有效子载波上放置ZC序列；(B)各色光在首个前导符号的所有有效子载波上放置ZC序列，将其余前导符号的有效子载波等间隔地分为奇数组和偶数组，并将多色光进行分组，每组两色光以Alamouti编码方法在奇数子载波或偶数子载波上放置ZC序列；(C)选取一色光在所有前导符号的所有有效子载波上放置ZC序列，并将每个前导符号的有效子载波等间隔分组，其余色光各自占用一组子载波，分别配合所选取色光以Alamouti编码方法在两个前导OFDM符号的对应的子载波组上放置ZC序列；(2)接收端接收到多光路信号后，对各子载波上采用Alamouti方法的两色光在两个前导OFDM符号上的接收信号进行合并，计算得到各链路间的信道和干扰系数估计值。...

【技术特征摘要】
1.多色可见光DCO-OFDM通信系统的前导设计和信道估计方法，设多色可见
光DCO-OFDM通信系统中帧长为NF个OFDM符号，其中前NP个OFDM符号为前导符
号，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)发射端根据实际信道情况和系统性能要求选择采用如下(A)～(C)任一
方法产生前导符号；
(A)将前导OFDM符号和多色光分别进行分组，每组分别包括两个前导OFDM
符号和两色光，每组两色光以Alamouti编码方法在一组两个前导OFDM符号的所
有有效子载波上放置ZC序列；
(B)各色光在首个前导符号的所有有效子载波上放置ZC序列，将其余前
导符号的有效子载波等间隔地分为奇数组和偶数组，并将多色光进行分组，每组
两色光以Alamouti编码方法在奇数子载波或偶数子载波上放置ZC序列；
(C)选取一色光在所有前导符号的所有有效子载波上放置ZC序列，并将
每个前导符号的有效子载波等间隔分组，其余色光各自占用一组子载波，分别配
合所选取色光以Alamouti编码方法在两个前导OFDM符号的对应的子载波组上放
置ZC序列；
(2)接收端接收到多光路信号后，对各子载波上采用Alamouti方法的两
色光在两个前导OFDM符号上的接收信号进行合并，计算得到各链路间的信道和
干扰系数估计值。
2.根据权利要求1所述的多色可见光DCO-OFDM通信系统的前导设计和信
道估计方法，其特征在于，所述方法(A)中，多色光为四色光，前导OFDM符号
数NP＝4，将4个前导OFDM符号分为两组，并将四色光分为两组，每组两色光
分别按Alamouti编码方法在一组前导符号的所有有效子载波上放置ZC序列，具
体设置满足：
Xk(m0)(n0)=sk,Xk(m0)(n1)=-sk*,]]>Xk(m1)(n0)=sk,Xk(m1)(n1)=sk*,]]>其中Sk为k号子载波上的ZC序列值，m0和m1表示同一组两色光序号，n0和n1表
示同一组两个前导符号序号。
3.根据权利要求1所述的多色可见光DCO-OFDM通信系统的前导设计和信道

\t估计方法，其特征在于，所述方法(B)中，多色光为四色光，将除首个前导OFDM
符号的其余前导OFDM符号的有效子载波等间隔的分为奇数组和偶数组，将四色
光也分为两组，每组两色光分别以Alamouti方法在奇数子载波或偶数子载波上
放置ZC序列,对于偶数或奇数子载波上的一组两色光，具体设置满足：
Xk(m0)(n1)=sk,Xk(m0)(n2)=-sk*,]]>Xk(m1)(n1)=sk,X...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春明，陶于阳，梁霄，黄鹤，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32