[發明專利]基于DCO-OFDM可見光通信系統的時間同步方法、系統及存儲介質

有效

• 申請號: 202011410620.4
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112636831B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 蔣宇飛;楊建國;朱旭
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學(深圳)
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04L27/26
• 代理公司: 濟南譽琨知識產權代理事務所(普通合伙) 37278
• 代理人: 李照蘭

本申請涉及一種基于DCO?OFDM可見光通信系統的時間同步方法、系統及存儲介質，利用DCO?OFDM的接收頻域信號受定時偏移的影響來進行時間同步，不需要利用訓練序列，而是使用了DCO?OFDM系統中第0個子載波上的直流偏置的性質，因此直流偏置時間同步算法是盲算法，避免了由于傳輸訓練序列而造成的額外開銷，同時也有效的降低了LED限制帶寬的影響。

技術領域

本申請涉及通信技術領域，尤其涉及一種基于DCO-OFDM可見光通信系統的時間同步方法、系統及存儲介質。

背景技術

當今是信息技術的時代，人們生活與移動設備息息相關，人們離不開如手機、電腦和智能手環等移動設備的使用。與此同時，無線移動設備的激增，使得第四代移動通信已經無法滿足人們的高速率、大系統容量等需求。因此第五代(5th Generation,5G)移動通信技術的研發已經成為國內外移動通信領域的研究熱點。但是，5G移動通信技術要面臨著10GHz以下可用射頻頻譜資源的稀缺問題。可見光通信(Visible Light Communication,VLC)是利用數百太赫茲頻率范圍對應的380nm到780nm波長范圍內的可見光光譜來克服射頻頻譜資源稀缺的一個有潛力的技術。發光二極管(Light Emitting Diode,LED)是照明設備，同時可以通過光強的變換來實現無線數據連接功能。LED被用來當作可見光通信系統的發射機，而光電二極管(Photo Diode,PD)被用來當作接收機。但是，LED限制帶寬特性會引起碼間干擾，從而限制了數據傳輸速率和影響系統誤碼率性能。直流偏置光正交頻分復用(Direct Current Biased Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,DCO-OFDM)作為一種可以抵抗碼間干擾問題的有效方案，引入到可見光通信系統中。

同步對于DCO-OFDM系統而言是一個非常重要的問題，微小的同步誤差都會導致系統性能降低。可見光通信系統是在發射端通過LED的強度變化進行數據的發送，并且在接收端使用光電二極管直接接收，所以DCO-OFDM系統不存在載波頻率偏移的頻率同步問題。因此可見光通信DCO-OFDM系統主要考慮的就是時間同步問題。時間同步要求接收端得到DCO-OFDM數據幀的起始位置，使得接收端可以正確去除循環前綴(Cyclic Prefix,CP)并進行準確的快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform,FFT)。如果時間同步出錯，會引起碼間干擾和載波間干擾(Inter Carrier Interference,ICI)，導致系統誤碼率(Bit Error Rate,BER)性能降低。

針對時間同步提出了許多方法，這些方法可分為兩類：時間同步算法主要分為基于訓練序列的時間同步算法和盲時間同步算法兩大類。基于訓練序列的時間同步算法的主要思想是利用訓練序列的特殊結構進行相關運算后進行時間同步。1997年，Schmidl和Cox提出了一種利用兩段重復數據作為訓練序列，在接收端計算自相關函數并求其最大值，從而可以粗估計數據幀的起始位置的SC算法。然而，由于OFDM系統中循環前綴的存在，導致在接收端計算的自相關函數會存在一個最大值平臺，會導致時間同步出現錯誤。2003年，Park等人進一步提出了改進的Park算法。該算法對訓練序列的結構重新定義，同樣將訓練序列分為四部分，但是將鏡像對稱的兩段數據作為前兩部分，后兩部分的與前兩部分為共軛關系，Park算法解決了SC算法出現的平臺問題。但是當OFDM數據塊長度小于循環前綴長度的4倍時，Park算法的自相關函數中的副峰和主峰高度相同，進行峰值檢測時就會導致數據幀起始位置的誤判。以上的時間同步算法，都是利用訓練序列的特殊結構來進行自相關運算，最后峰值檢測得到數據幀起始位置的估計值。然而它們都不適用于可見光通信DCO-OFDM系統。不僅LED限制帶寬會破壞接收信號訓練序列之間的相關性，而且由于可見光通信系統要求傳輸的信號是實值且非負的，這使得相關性運算從復信號運算變為實信號運算，降低了訓練序列之間的相關性。