引用本文:
宋小庆,王慕煜,邢松,等. 可见光通信OFDM系统PAPR抑制技术研究进展[J]. 光通信技术,2019,43(12):1-6.
宋小庆,王慕煜*,邢 松,赵梓旭
(陆军装甲兵学院,北京 100072)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:正交频分复用(OFDM)技术可以提高可见光通信系统的通信速率,抑制码间串扰,但是也会产生较高的峰值平均功率比(PAPR),导致非线性失真,为了解决该问题,研究学者们采用PAPR抑制技术来降低OFDM信号的高PAPR。总结了近年来可见光通信系统中的PAPR抑制技术的研究进展,从原理上将它们分为3类:基于信号限幅的PAPR抑制策略、基于概率选择的PAPR抑制策略和基于信号预编码的PAPR抑制策略。对这3类PAPR抑制策略的性能进行仿真分析对比,总结出其优势和不足以及适用的场合,并对下一步工作进行展望。
关键词:可见光通信;正交频分复用;峰均比;发光二极管;误码率
中图分类号:TN929.1 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2019)12-0001-06
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.12.001
0 引言
正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波调制技术,具有较高的频谱利用率、较强的抗码间干扰能力,适用于存在多径效应的高速传输环境中。OFDM技术已被采纳为多种无线通信系统的标准技术,并且在高速可见光通信(VLC)系统中得到了广泛应用[1-4]。OFDM信号中相位相同的子载波在叠加时会产生较大的信号峰值,导致峰值平均功率比(PAPR)较高,会带来频谱扩展干扰以及带内信号畸变。在VLC系统中,发光二极管(LED)是非线性器件,过高的PAPR会使得OFDM信号超过LED线性工作区,导致整个系统的传输过程中信号失真,降低系统的误码率。所以,人们通常会结合LED的非线性特性,采用PAPR抑制技术来降低OFDM信号的PAPR,以此来提升VLC系统的通信性能。
近年来,有学者针对VLC系统中OFDM信号,研究出多种PAPR抑制技术,并取得了一定成果。例如,直接限幅法[5]是最简单的PAPR抑制方法,通过调整限幅比,可以很大程度降低信号的PAPR,但同时也会使信号失真,造成系统的误码率上升。迭代限幅法[6]是在直接限幅法基础上的改进方法,虽然可以降低信号的失真程度,但需要进行多次迭代运算,计算复杂度较高。指数压扩变换法[7,8]是一种基于压缩扩展变换的方法,该方法虽然降低了系统的计算复杂度,但由于压扩变换也会带来非线性失真,导致系统的误码率上升。选择映射法(SLM)[9]和部分传输序列法(PTS) [10]都是基于概率类的方法,这些方法不会产生非线性失真,但是会给系统带来边带信息,并增大计算复杂度。载波注入法(TI)[11]是在星座映射过程中引入额外的自由度来降低PAPR,该方法也可以降低系统的误码率,但同样有较大的计算复杂度。
本文对近年来应用到VLC系统中的PAPR抑制技术进行分析研究,从抑制原理上将它们分成3大类:基于信号限幅的PAPR抑制策略、基于概率选择的PAPR抑制策略和基于信号预编码的PAPR抑制策略。并从计算复杂度、PAPR抑制效果和误码率的角度对这3类抑制策略进行仿真对比分析。
4 结束语
随着LED照明技术和OFDM技术的飞速发展,在VLC系统中PAPR抑制技术势必成为一个重要研究方向。本文对近年来VLC OFDM系统的PAPR抑制技术进行了梳理分类,从抑制原理和系统中的位置将这些技术分为3类:基于信号限幅的PAPR抑制策略、基于概率选择的PAPR抑制策略和基于信号预编码的PAPR抑制策略。分别以直接限幅法、PTS法和DFT预编码法为例,从计算复杂度、PAPR抑制效果和误码率的角度进行仿真对比分析,发现基于信号限幅的PAPR抑制策略适用于对通信误码率要求不高的简易系统之中;基于概率选择的PAPR抑制策略适用于通信速率高、误码率低的复杂系统之中;基于信号预编码的PAPR抑制策略适用于对系统复杂度要求较低且具有一定误码率要求的系统之中。
此外,将2种或者多种不同类型的PAPR抑制策略进行联合,研究出一种计算复杂度较低、PAPR抑制效果明显并且能够降低系统误码率的PAPR抑制策略,将是我们下一步研究的重点内容。