[發明專利]一種基于OFDM的可見光通信系統幀同步方法

在審

• 申請號: 201310427879.3
• 申請日: 2013-09-21
• 公開（公告）號: CN103475618A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 袁一凌;徐峰;馮輝;楊濤;胡波
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04B10/116
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于光通信技術領域，具體為一種基于OFDM的可見光通信系統幀同步方法。

背景技術

可見光通信（VLC）是在白光LED技術上發展起來的一種的新型室內短距無線通信技術。VLC技術利用LED良好的調制特性，將信息調制到LED的光強度上，兼具通信和照明雙重功能，具有保密性好，無電磁干擾等優點。

正交頻分復用（OFDM）是種高速數據傳輸技術，因其具有較高的頻譜利用率，能夠對抗頻率選擇性衰落,信道均衡簡單等特性，被廣泛應用到各種通信技術中。將OFDM調制技術應用到可見光通信系統中，可以有效克服多徑衰落的影響，提高數據傳輸速率。

一般情況下，產生的OFDM信號是復數，不能直接在實際物理系統中傳輸。在可見光通信系統中，一般采用的方法是^[1]：對于頻域上長度為N的OFDM符號X[n](n=1,2,3,?…?,N-1)在X[1]，X[2]，…，X[N/2-1]上放置數據，而在X[N/2+1]，X[N/2+2]，…，X[N-1]上放置X[N/2-1]，X[N/2-2]，…，X[1]的共軛，另外，X[0]與X[N/2]上均放置0，這樣就得到一個共軛對稱序列，經過快速傅里葉逆變換（IFFT）后，OFDM符號時域上的樣本值均為實數。

為了準確解調OFDM符號，在接收端，需要確定一幀OFDM信號的起始位置，進而確定該幀內OFDM符號的快速傅里葉變換（FFT）窗口的起始位置，從而完成整一個幀同步過程。如果估計的起始位置過晚，會導致符號間干擾（ISI）和子載波間干擾（ICI），從而導致系統性能下降。因此，幀同步對OFDM系統來說十分必要。

目前，在射頻通信中，研究OFDM系統幀同步方法的文獻很多，大致可以分為兩類，一類是基于訓練序列的幀同步方法，另一類是基于循環前綴（CP）的方法。由于前一種方法在多徑信道下性能不理想，所以大部分的幀同步方法研究都是基于訓練序列。

Schmild和Cox提出了一種經典的基于訓練序列的幀同步算法（下文簡稱SC算法）以及相應的訓練序列時域結構^[1]。如圖1所示，其訓練序列是由前后兩個完全相同的兩部分組成，SC算法的幀同步檢測函數M(n)就是利用前后兩部分做相關，并進行能量的歸一化，通過設定門限值來檢測起始位置。由于循環前綴的存在，SC算法的計算值會存在一個平緩段，估計精度不高。

Park對SC算法的訓練序列做出了改進，并且提出了相應的幀同步算法（下文簡稱Park算法）^[2]。如圖2所示，訓練結構共分成四段：C段，D段，C*段和D*段。其中D段是C段的反序序列，而C*段和D*段分別是C段和D段的共軛。對于接收到的序列r(n)，Park算法檢測函數M(n)為：

?????（1）

其中?C(n)是相關值，計算公式為：

??（2）

而P(n)是用于能量歸一化的后半段序列能量，計算公式為：

????（3）

檢測函數的計算值會在訓練序列的特定位置產生一個類似于沖激函數的尖峰，通過檢測這一個尖峰可以對起始位置進行估計。由于消除了平臺，Park算法具有較高的估計精度。

將Park應用到基于OFDM的可見光通信系統中，檢測函數的計算值會在正確的尖峰前后N/4個樣本處存在兩個較高的副峰，會導致誤判，影響算法的估計精度。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提出了一種新的基于OFDM的可見光通信系統幀同步方法。

本發明提出的基于OFDM的可見光通信系統的幀同步方法，首先構造一種新的訓練序列結構；利用該訓練序列檢測幀起始位置，包括：利用該訓練序列設計幀同步檢測函數，使其能夠在訓練序列的特定位置產生類似沖激函數的尖峰；通過設定合理的門限值找到幀同步檢測函數曲線的尖峰，從而確定幀起始位置。