级联编码的可见光DWT--OFDM系统性能研究

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正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM),作为一种多载波调制技术,将其应用于可见光通信(Visible Light Communication,VLC)中可有效解决发光二极管(Light Emitting Diode,LED)窄调制带宽及系统由于多径效应引起的码间干扰(Inter Symbol Interference,ISI)等问题,成为国内外可见光通信领域的研究热点。然而基于传统傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)的OFDM信号由于存在峰均比值过高、复值型信号结构无法直接应用于强度调制直接检测(Intensity Modulation Direct Detection,IM/DD)可见光通信系统中等问题,使其技术发展遇到了一定的阻碍。离散小波变换(Discrete Wavelet Transformation,DWT)具有尺度正交和平移正交特性,可有效解决传统FFT-OFDM信号存在的问题,因此本文针对DWT-OFDM系统,对信道建模、FFT-OFDM系统性能、DWT-OFDM系统建模及级联编码的可见光通信系统开展了深层次研究,具体研究阶段的内容如下:
  首先,在实验仿真模型为4m×4m×3m的室内房间中,通过对LED发光原理以及朗伯衰减模型的研究,分别建立了LED可见光室内传输视距链路(Line Of Sight,LOS)与非视距链路(Non Line Of Sight,NLOS)两种信道模型,仿真分析了系统光照度及通信可靠性与可见光信道参数之间的关系;
  其次,针对可见光信道特性,将传统OFDM调制技术引入VLC系统中,并通过对信号进行预处理,有效解决了传统FFT-OFDM复值信号无法直接应用于IM/DD光通信系统中的问题,并仿真系统峰均比及可靠性,结果表明:传统FFT-OFDM系统峰均比过高,可靠性依赖于循环前缀的设置;
  第三,为了降低系统峰均比及提高系统有效性,通过分析小波变换原理,设计了可见光DWT-OFDM信号帧结构,仿真分析了不同小波基及不同分解层数的系统性能,实验结果表明:系统采用Haar小波一层分解,DWT-OFDM系统较FFT-OFDM系统在误码率为10-4时,系统性能提高了5dB;采用Sym8小波时系统性能最优,当信噪比为3dB,误码率可降至约10-5量级;
  最后,为了进一步抑制信道干扰提高系统可靠性,分别将RS(255,239)、RS(255,247)和卷积码(2,1,7)级联到可见光DWT-OFDM系统中,并通过性能对比得出:当系统级联RS(255,239)与卷积码(2,1,7),误码率为10-5时,系统误码性能较未编码时大约提高了2dB,峰均比由约3dB降低至约2.4dB。
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