OFDM for Optical Communications-qiao read

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信息与通信工程专业科技英语课件

Technical English
For Information and Communication Engineering
2024/10/14
0
Unit Sixteen
Optical Communication Components
1
概述
光纤作为通信传输媒介的基本原理均芯光纤和渐变折射率光纤传输引起的失真和误码多模和单模光纤光纤作为调制和检测元件

inside the core of the waveguide. In such a fiber rays
traveling at larger angles to the axis have to traverse a larger path and hence take a longer time than those rays which propagate with lesser angles to the axis.1
11
Unit 16
Each mode has most of the energy inside the core, but due to the evanescent fields outside the core, a part of the energy is also traveling in the cladding. By making the cladding sufficiently thick, the fields of the mode at the cladding-air boundary can be made small, thus making it easy to handle and support without causing much disturbance to the modes.

MIMO-OFDM系统中信道估计解析

题目：MIMO-OFDM系统中信道估计及信号检测算法的研究独创性（或创新性）声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

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本人签名：关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。

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（保密的学位论文在解密后遵守此规定）本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。

本人签名：夺^摘要MIMO-OFDM系统中信道估计及信号检测算法的研究输入多输出（MIMO)和正交频分复用（OFDM)是LTE的两大核心技术。

多输入多输出（MIMO)技术利用各种分集技术带来的分集增益可以提高系统的信道容量、数据的传输速率以及系统的频谱利用率，这些都是在不增加系统带宽和发射功率的情况下取得的；正交频分复用（OFDM)技术是多载波调制技术的一种，其物理信道是由若干个并行的正交子信道组成，因此可有效地对抗频率选择性衰落，同时通过插入循环前缀（CP)可以有效消除由多径而引起的符号间干扰(ISI)。

由于多输入多输出（MIMO)在提高系统容量和正交频分复用（OFDM)在对抗多径衰落方面的优势，基于两者结合的MIMO-OFDM系统已经引起了广泛的关注。

信道估计算法和信号检测算法是MIMO-OFDM系统的关键技术。

其中信道估计算法对MIMO-OFDM系统接收端的相干解调和空时检测起着至关重要的作用，信道估计的准确性将影响系统的整体性能。

OFDM系统中基于MMSE-DFE的干扰消除算法

OFDM系统中基于MMSE-DFE的干扰消除算法茅红伟;董淑冷;朱品昌;倪继锋【摘要】OFDM系统中,为去除码元间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)的影响,必须加足够长度的循环前缀(CP),导致带宽效率降低.建立了OFDM系统模型并对ISI和ICI 进行了分析,在此基础上提出了一种基于最小均方误差(MSE)准则的判决反馈均衡(DFE)算法,可有效消除ISI和ICI的影响.分析和仿真结果表明:所提出的算法无论在带宽效率还是在误码率方面都要优于传统的OFDM系统.【期刊名称】《上海师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2008(037)003【总页数】5页(P270-274)【关键词】OFDM;判决反馈均衡器;串行干扰消除【作者】茅红伟;董淑冷;朱品昌;倪继锋【作者单位】上海师范大学机械与电子工程学院,上海,200234;上海师范大学机械与电子工程学院,上海,200234;上海师范大学机械与电子工程学院,上海,200234;上海师范大学机械与电子工程学院,上海,200234【正文语种】中文【中图分类】TN914.31 系统模型及干扰分析在OFDM系统的发送端，串行数据序列先映射成QAM数据流，经串/并变换后形成数据块：s(k) = ，其中N表示DFT的长度，sk,i 表示第k个码元、第i个子信道上调制的信号.采用IDFT作为多载波调制的快速实现方式，把频域信号转换成离散时域信号：x(k) = .再将x(k)的最后m个数据复制到其前端作为循环前缀(CP)，与x(k)一起构成OFDM码元.OFDM码元通过多径衰落信道进行传输，并受到加性高斯白噪声(AWGN)的干扰.用h = 来表示信道冲激响应, L是信道冲激响应的长度.用v(k)表示引入的加性高斯白噪声.做如下假设：信号和噪声序列相互独立，信号x(k)是均值为0的高斯过程，其方差归一化为1；噪声序列v(k)方差为σ2，则σ2 = 1 / SNR.接收端在收到数据后，将循环前缀的m个数据去除，后N个数据用r(k) = 表示.r(k)经DFT运算后得到其输出u(k) = .如果假设 N>>L, 这也是与实际情况相符合的, 则对当前码元产生的ISI可以看作只是来自于前一码元.将信道冲激响应表示为矩阵的形式，经推导存在如下关系[2]：r(k) = (H0 -H1 )x(k) + H2x(k-1) +v(k)，(1)其中：(2)用Q表示 DFT矩阵，则Q*为IDFT矩阵，其中 * 为共轭转置，则：x(k) =Q*s(k)， u(k) =Qr(k).(3)对具有循环前缀的OFDM系统来说, 当循环前缀的长度大于信道冲激响应长度时,H1和H2都为0，利用式(1)和(3)可知 :u(k) =QH0Q*s(k) + v(k),(4)其中v(k) 是噪声 v(k)的傅立叶变换.因 H0为循环矩阵, 则Λ =QH0 Q* 是一个N× N 对角矩阵.u(k) =Λ s(k) +v(k).(5)式(5) 表明：OFDM 系统中的均衡处理只需要为每一个子载波加一个单一的复数增益来实现信道补偿，这常常称为单一抽头的频域均衡器.对具有足够长度CP的OFDM系统来说，均衡可以非常简单地实现.但这一简单性是以系统带宽的浪费为代价，此时系统带宽效率为：对时延比较大的信道来说，需要加大循环前缀来保证H1和H2为0，从而导致带宽效率大大降低.为了提高频带利用率，考虑没有循环前缀的OFDM系统. 在这种情况下，H1和H2都不为0，这时接收到的信号受到ICI和 ISI 的干扰.经FFT解调后，接收到的信号可表示为[2]：u(k) =QH0 x(k) -QH1x(k) +QH2x(k-1) +v(k) =Λ s(k) -QH1Q×s(k) +QH2Q*s(k-1) + v(k).(6)式(6)中右边的第二和第三部分分别为产生的ICI和ISI,最后一部分为噪声产生的影响.2 MMSE判决反馈检测算法通过上面的分析，对于没有循环前缀的OFDM系统来说，ISI和ICI 将同时发生. 在这一部分里，提出一种多载波的检测算法来消除ISI和ICI的影响.公式(1)可以写为：r(k) = (H0 -H1 )x(k) + H2x(k-1) +v(k) =(H0 -H1 )Q*s(k) +H2Q*s(k-1) +v(k) =P0s(k) +P1s(k-1) +v(k) ,(7)其中：P0 = (H0 -H1 )Q* ， P1 =H1Q*.(8)基于公式(7), 可以先消除来自前一码元的码间串扰，接下来对由当前码元产生的ICI进行补偿.假设前一码元的判决是正确的，则从接收信号中减去其反馈可以得到无码元间干扰的信号：(9)从(9)可以看出，来自于前一码元的ISI从r(k)中得以消除，但y(k)中仍然含有ICI 和噪声的成分.线性MMSE均衡方法同时检测出所有子载波上的数据，但它只能在消除ICI和噪声之间做一权衡.本研究中提出了一种非线性的基于判决反馈的多载波的检测方法，这种方法类似于DS-CDMA系统中多用户检测中常用的方法：串行干扰消除法(SIC).不同于同时检测出所有子载波上的数据，所提出的方法对数据进行逐一检测，已经判决得到的数据作为反馈从原来信号中减掉，从而减小对接下来要检测信号的干扰.串行检测算法通过判决反馈均衡器(DFE)来实现[3].图 1 DFE结构框图用W来表示前向滤波器，用B来表示反馈滤波器.通过图1可以得到：z(i) =Wy(i) =WP0s(i) +Wv(i),(10)(11)(12)这里Q(·)为判决器.假设判决的顺序为从子载波N-1到子载波0.对于第i个OFDM码元来说，其检测的过程为：第N-1个子载波上的数据首先被检测出，其检测值通过B的最后一列进行加权，然后从z(i)中减去，这样第N-1个子载波对其他子载波所产生的ICI可以去除.接下来对N-2个子载波上的数据进行检测，其检测值通过B的倒数第二列进行加权后从z(i)中减去.这一过程持续至所有子载波上的数据都被检测出[4,5].通过以上对检测过程的分析，可以推出：假设检测的顺序为从子载波N-1到子载波0，则反馈矩阵B应该具有上三角矩阵的结构，这样才能保证串行干扰消除法的实现.在假设前一码元的判决是正确的前提下，得到误差函数：(13)目标是基于MMSE准则来得到前向滤波器矩阵W 和后向反馈矩阵B，也就是说，选择合适的W 和B来最小化均方误差值首先假设B已知的前提下来获得使最小的矩阵W.根据正交准则，误差函数e(i)应与y(i)正交，即[6]：Ee(i)yH(i) =0N× N ⟹WEy(i)yH(i) = (B +IN× N )E s(i)yH(i) .(14)根据式(9)及加性噪声和发送数据序列相互独立的假设，可以得到：(15)(16)把式(5)和 (6)代入式(14),可以得到:(17)通过式(13)和式(17), e(i)可以写为：e(i) = (B +IN× N )φ (i),(18)其中：(19)定义[6]：(20)通过矩阵求逆公式:(A -CB-1D)-1 =A-1 +A-1C(B -DA-1C)-1DA-1.(21)式(20)可以表示为：(22)e(i)的方差可写为[6]：(23)因求e(i)的最小均方误差问题等同于：在B +IN× N 为上三角矩阵且其对角元素为单位值的约束条件下，求取trRee 的最小值.对进行Cholesky分解[6]：(24)U为上三角矩阵且其对角元素为单位值.令：B =U -IN× N ,(25)则 Ree =D-1.因 D 为对角阵，此时具有最小值.通过式 (26)，得到了最佳反馈矩阵B.把B代入式 (17),可得到前向滤波器系数W.3 仿真与结果分析在802.11a的环境中对所提出的方法进行仿真. 所用的调制方式为16-QAM，每个OFDM符号包括64个子载波，其中的52个用于数据传输.系统占用5GHz频带中的20 MHz 的带宽，因此子载波间的频带间隔为0.315MHz. IFFT/FFT 周期为3.2 μs.假设信道已知，总共 5000个 OFDM符号用来仿真.仿真中采用了SUI (Stanford University Interim) -1 信道模型[7]. SUI信道模型已被IEEE 802.16a 小组采用为 2-11G 频段中宽带无线传输的信道. SUI信道根据不同的应用环境分为6种，在此选用了SUI-1, 这一信道模型包含3个抽头,每个抽头为独立的瑞利衰落. 图 2 误码率性能比较在上述环境中对所提出方法做了性能仿真，并与具有足够长度CP的OFDM系统及采用线性MMSE均衡的OFDM系统进行了比较.图2 给出了三者在不同的信噪比情况下所达到的误码率的比较.由仿真结果可以看出：与其他两种方法相比，本研究提出的基于MMSE-DFE的串行干扰消除算法可以达到更低的误码率.其原因为：基于MMSE-DFE的串行干扰消除算法每次检测出具有最大SINR的子载波上的信号后将其减掉，这样就去除了其对其他子载波的干扰，提高了信号检测的可靠性.同时，因为这一方法可以去除循环前缀，因此可大大提高系统频带利用率.4 结论本研究提出了OFDM系统中一种干扰消除算法，可在无循环前缀的条件下有效地消除因多径信道而引起的ISI和ICI.这种算法在去除ISI后，借鉴DS-CDMA中常用的多用户检测的算法——串行干扰消除算法，基于MMSE-DFE来消除ICI.经推导，MMSE-DFE的系数可通过矩阵的Cholesky分解来获得.仿真结果表明：提出的基于MMSE-DFE的串行干扰消除法, 无论在系统的频带利用率还是在系统所获得的误码率方面都要优于常规OFDM及采用线性MMSE均衡的OFDM系统.参考文献:[1] NEE R V, PRASAD R. OFDM for wireless multimedia communications[M]. London: Artech House, 2000.[2] ZHU J, SER W, NEHORAI A. Channel equalization for DMT with insufficient cyclic prefix [C]. Thirty-Fourth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers. Pacific Grove, USA, 2000： 951-955.[3] VERDU S. Multiuser detection [M]. Cambridge, U.K: Cambridge University Press,1998.[4] DEBBAH M, MUQUET B. A MMSE successive interference cancellation scheme for a new adjustable hybrid spread OFDM system[C]. IEEE VTC 2000 , Tokyo, 2000: 745-749.[5] YANG-SEOK C, VOLTZ P J, CASSARA F A. On channel estimation and detection for multicarrier signals in fast and selective Rayleigh fadingchannels[J]. IEEE Trans on Commun, 2001, 49: 1375 -1387.[6] STAMOULIS A, GIANNAKIS G B, SCAGLIONE A. Block FIR Decision-Feedback Equalizers for Filterbank Precoded Transmissions with Blind Channel Estimation Capabilities[J]. IEEE Trans. Comm, 2001, 49(1): 69-83.[7] HARI S. Channel models for fixed wireless applications. IEEE 802.16a standards document [S]. 2001.。

OFDM系统中削峰噪声与PAPR的统计相关性研究

总第174期2008年第12期舰船电子工程Ship Electronic Enginee ring Vol.28No.1271　OFDM 系统中削峰噪声与PAPR 的统计相关性研究3吕　航(武汉数字工程研究所　武汉　430074)摘　要　通过研究PA PR 与削峰噪声的统计相关特性,发现削峰噪声的功率并不总和PAPR 高度相关,尤其是削峰对信号幅度影响很严重或者很小的时候。

此外,当给定发送功率以及削峰门限时(即假定相同的放大器具有同样的回退值),削峰噪声的平均功率是一个与OFDM 载波数无关的稳定值,由此得知载波数量的增多,可以获得更好的系统性能。

关键词　O FDM ;PAPR ;削峰噪声;互相关性中图分类号　TN914Research on St atistical Correl at ion bet ween Clipp ing Noisean d PAPR in O FDM S ystemsL v Ha ng(Wuha n Digital Engineering Institute ,Wuhan 430074)Abs tra ct This pape r investigates t he sta tistical cor relation between PA PR a nd the clipping noise.An intere sting r esult is that the power of clipping noise is not always highly cor related with PAP R ,e specially when the signal is heavily or slightly clipped.Moreover ,for the fixed transmit power a nd clipping threshold (i.e.the same a mplif ie r wit h the same backoff),the ave rage power of clipping noise i s indepe nde nt of the number of subca rriers in OFDM a nd t he noise powe r is more stable ,t hus the O FDM systems wit h larger number of subcar rier even have better perfor mance.Ke y w ords OFDM ,PAP R ,clipping n oise ,cor ss 2co rrela tion Class N umber TN9141　引言由于正交频分复用(O FDM)技术具有频谱利用率高,可有效对抗频率选择性衰落[1～2]等优点,是下一代无线通信的关键技术。

光学与光通信期刊汇总

国外光学与光通信期刊（SCI&EI检索）建议低年级研究生常看：IEEE Communications MagazineIEEE Journal of Lightwave TechIEEE Photonic Technology LettersMicrowave and Optical Tech. Lett.Optics Communications (Elsevier)Communications, IEEE Transactions onIEEE Communications Letters系统和器件类期刊1.Physics Review Letter2.Progress in Optics3.Optics Letters (OSA)4.IEEE Journal of Quantum Electronics5.Applied Physics Letter6.Chinese Physics B7.Journal of The Society of America B: OpticalPhysics (OSA)8.Applied Physics B: Lasers and Optics9.Optics Express (OSA)10.Journal of The Society of America A: OpticsImage Science and Vision (OSA)11.Journal of Lightwave Tech (IEEE)12.Applied optics (OSA)13.Optics Communications (Elsevier)14.Optical Fiber Technology (Elsevier)15.Pure and Applied Optics16.Quantum and Semiclassical Optics17.Journal of Morden Optics 18.Optical engineering (SPIE)19.J. of Nonlinear Optical Physics & Materials20.Optical and Quantum Electronics21.Journal of Optics B: Quantum andSemiclassical Optics (IOP & EOS)22.Optics and Spectroscopy23.Optics and Laser Technology (Elsevier)24.Journal of Optics-Nouvelle Revue D Optique25.Optical Review26.Microwave and Optical Tech. Lett.27.Journal of Optics A: Pure and Applied Optics(IOP & EOS)28.Fiber and Integrated Optics29.Journal of Optical Technology（俄语英译）30.Optica Applicata31.Optics and Lasers in Engineering (Elsevier)32.ADV ANCES IN ATOMIC MOLECULARAND OPTICAL PHYSICSMicrowave Theory and Techniques, IEEE Transactions on IET Journal /journals中国物理chinese Journal of physicschinese physics letterchinese optical letter (国内)Semiconductor Science and Technology物理学报IEEE Communications MagazineIEEE Communications LettersIEICE Transactions on CommunicationsApplied Physics B-Laser OpticsJournal of Physics D-Applied PhysicsChinese Journal of ElectronicsCommunications Theoretical in PhysicsJournal of the Korean Physical SocietyIEEE Wireless Communications Magazine/livepubs/pci/info/pub_guidelines.html网络类期刊IEEE Journal of Lightwave Tech.Optical engineering (SPIE)IEEE Transactions on Network and Service Management（2013新创）IEEE Transactions on Communications,IEEE/ACM Transactions on Networking,IET NetworksIEEE Communications MagazineIEEE Communications LettersJournal of Optical Networking (OSA)Journal of Optical Communications and Networking (OSA)Photonic Network CommunicationsJournal of Communications and Networks韩国(http://jcn.or.kr)IEICE transactions on Communications SCI (日本)Chinese Journal of Electronics SCI （电子学报）International Journal of Network Management – Wiley （IF 0.222）Optik国外仅被EI检索的期刊1.optical communication and network EI2.Journal of Optical Communication3.International Journal of Computational Science and Engineering (IJCSE) 台湾国内仅被EI检索的期刊1.中国邮电高校学报英文版2.高技术通讯High Technologies Letter EI3.激光技术EI4.光电子激光EI5.Acta Photonica Sinica 光子学报；6.Chinese Phys, Lett.7.Chinese Optical Lett.中国激光；8.光谱学与光谱分析9.光电工程；10.光学学报；11.红外技术12.光学技术13.激光与红外14.激光杂志15.应用激光半导体光电我们经常投稿的SCI期刊O Optics Communication 荷兰O IEEE Photonic Technology LettersO Microwave and Optical Technology Letters 美国O Chinese Optical LettersO Optical EngineeringOLT Optical Laser Tech。

MIMO-OFDM系统中一种改进的QRM-MLD检测算法

下大大减少检测过程的访问节点数，降低了算法的平均复杂度。
关键词：多输入多输出；正交频分复用；ＱＲＭ—ＭＬＤ；球形译码；信号检测
中图分类号：ＴＮ９１９．３
文献标识码：Ａ
ＤＯＩ：１０．１９３５８／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—７７２０．２０１６．０９．０２０
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＩＭＯ；ＯＦＤＭ；ＱＲＭ—ＭＬＤ；ｓｐｈｅｒｅｄｅｃｏｄｉｎｇ；ｓｉｇｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
０引言在平坦衰落信道下，多输入多输出（ＭＩＭＯ）技术能给
无线通信系统带来显著的容量提升，而正交频分复用（ＯＦＤＭ）技术能将一个宽带频率选择性衰落信道转变为若干个窄带平坦衰落子信道。因此结合二者技术优势的多输入多输出正交频分复用（ＭＩＭＯ—ＯＦＤＭ）无线通信系统已成为新一代高速无线通信系统中的研究热点。。ＭＩＭＯ检测是ＭＩＭＯ．ＯＦＤＭ系统接收端最复杂的任务，常见的信号检测算法有：复杂度低但检测性能不佳的线性检测方法，如迫零（ＺｅｒｏＦｏｒｃｉｎｇ，ＺＦ）算法和最小均方误差（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎＳｑｕａｒｅＥｒｒｏｒ，ＭＭＳＥ）算法；理论上具有最优检测性能但复杂度过高的算法，如最大似然（Ｍａｘｉ— ｍｕｍＬｉｋｅｌｉｈｏｏｄ，ＭＬ）检测算法；具有次优检测性能的方法，如球形译码算法 ’ 。球形译码算法复杂度比ＭＬ算法大大降低，使其能在硬件上得以实现 ’ 。按照搜索策略的不同，可将球形译码的树搜索策略分为Ｆｉｎｃｋｅ—Ｐｏｈｓｔ策略和Ｓｃｈｎｏｒｒ—Ｅｕｃｈｎｅｒ策略两类，也常称为深度优先树形

基于OQAM-OFDM的NOMA通信系统设计

doi :10.3969/j.issn.1001-893x.2018.09.012引用格式:历凯,王珏,徐晨.基于OQAM-OFDM 的NOMA 通信系统设计[J].电讯技术,2018,58(9):1059-1065.[LI Kai,WANG Jue,XU Chen.Design of a non -orthogonal multiple access communication system based on OQAM -OFDM [J].Telecommunication Engineering,2018,58(9):1059-1065.]基于OQAM-OFDM 的NOMA 通信系统设计*历　凯,王　珏,徐　晨**(南通大学电子信息学院,江苏南通226019)摘　要:针对传统基于正交频分复用(OFDM )调制波形的非正交多址接入(NOMA )通信系统存在的旁瓣衰减较慢问题,提出了一种基于交错正交幅度调制的正交频分复用(OQAM-OFDM )波形的NO⁃MA 系统设计方案㊂所提设计方法通过在典型NOMA 系统设计中加入OQAM 预调制和滤波器组滤波等处理,有效加快旁瓣衰减,实现了较好的频域聚焦性能㊂仿真结果表明,提出的设计方法不仅有效提高了系统的频谱利用率,而且在抵抗多径干扰时误码率有所降低㊂虽然重点研究了通信下行链路,但是所得结论同样适用于上行链路㊂关键词:非正交多址接入(NOMA );交错正交幅度调制(OQAM );正交频分复用(OFDM );频域聚焦开放科学(资源服务)标识码(OSID):微信扫描二维码听独家语音介绍与作者在线交流中图分类号:TN929.5 文献标志码:A 文章编号:1001-893X (2018)09-1059-07Design of a Non -orthogonal Multiple Access Communication System Based on OQAM -OFDMLI Kai,WANG Jue,XU Chen(School of Electronic and Information,Nantong University,Nantong 226019,China)Abstract :Aiming at the problem of slow side-lobe attenuation in the traditional Non-orthogonal Multiple Access(NOMA)communication system based on Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)modulation waveform,a new design method based on Offset Quadrature Amplitude Modulation based OFDM (OQAM-OFDM)modulation waveform is proposed.The proposed design method adds OQAM pre-modula⁃tion and filter banks to the conventional design of NOMA system.The application of the filter banks makes the system achieve a good frequency domain concentration performance and accelerates the side-lobe sup⁃pression effectively.The simulation results show that the proposed design method not only improves the spectrum utilization efficiency of the system,but also efficiently reduces the bit error rate(BER)in resist⁃ance to multipath interference.Although the design is focused on the downlink,the proposed method can be straightforwardly extended to the uplink transmissions.Key words :non-orthogonal multiple access(NOMA);offset quadrature amplitude modulation(OQAM);orthogonal frequency division multiplexing(OFDM);frequency domain concentration㊃9501㊃第58卷第9期2018年9月电讯技术Telecommunication EngineeringVol.58,No.9September,2018***收稿日期:2017-12-16;修回日期:2018-03-09 Received date :2017-12-16;Revised date :2018-03-09基金项目:国家自然科学基金(青年基金)资助项目(61401240)通信作者:xuchen@ Corresponding author :xuchen@1　引　言未来5G移动通信将应用于增强移动宽带通信(enhanced Mobile Broad Band,eMBB)和海量机器类通信(massive Machine Type Communication,mMTC)等典型业务场景,这将面临通信数据流量指数增长㊁接入用户数海量增加等严峻挑战[1-2]㊂为了应对这些挑战,一方面需要继续开拓更多新的频谱资源,缓解现有频谱的压力;另一方面,还需要不断优化现有的通信技术,以提高频谱利用效率㊂这种背景下,多种新型多址接入方案应运而生,非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)技术就是其中非常具有代表性的一种㊂在NOMA系统中,不同接入用户可以在相同的时频㊁空间资源上传输信息,再通过接收端先进的接收机实现不同用户信号的分离[3],因而不仅可以有效提高频谱利用率,还可以成倍提高接入用户数量㊂由于NOMA技术本身具有诸多优点,因而受到学术界广泛的关注,并在很多技术层面取得了较大突破㊂近年来,很多文献对用户功率分配和接收端干扰消除算法进行了深入研究[4-5]㊂另外,还有不少文献将研究重点放在了NOMA系统性能的研究上㊂文献[6-7]分别针对上行和下行NOMA系统的中断性能以及系统和速率进行了研究,仿真结果表明,相对于正交接入系统,NOMA可以通过合理的功率分配获得更好的中断性能以及系统和速率㊂文献[8-9]对NOMA系统的性能进行评估,讨论了NO⁃MA系统相对于正交接入系统的吞吐量增益,仿真结果表明,NOMA技术能够提升小区总吞吐量和小区边缘用户吞吐量,而且用户吞吐量的增益会随着调度用户数的增加而不断提升㊂此外,还有不少文献针对NOMA与大规模多输入多输出(Multiple-In⁃put Multiple-Output,MIMO)技术的结合进行研究[10-12],并在很大程度上利用各种优越的算法提高了系统的吞吐量㊂虽然NOMA技术具有很好的性能,但是现有的NOMA系统都是基于正交频分复用(Orthogonal Fre⁃quency Division Multiplexing,OFDM)波形的㊂OFDM 波形具有频谱效率高㊁能够有效对抗频率选择性衰落等优点,且已在长期演进(Long Term Evolution, LTE)和无线保真(Wireless Fidelity,WiFi)无线通信系统中获得了广泛应用,但是为了克服OFDM符号间干扰(Inter-symbol Interference,ISI)和子载波间干扰(Inter-carrier Interference,ICI),OFDM调制技术采用添加循环前缀(Cyclic Prefix,CP)的方法,这使得系统带宽开销增大,并最终导致频谱利用率的降低㊂此外,OFDM调制采用时域矩形滤波,虽然实现相对简单,但是信号功率谱旁瓣衰减较慢,对邻频带产生了较为严重的干扰㊂为了减少甚至消除这种不利影响,OFDM调制往往在频域牺牲部分子载波作为保护频带,结果导致有效子载波数量大幅减少,造成频谱效率的降低㊂这种情况下,我们考虑采用更加合理有效的波形来与NOMA技术相结合㊂基于交错正交幅度调制的正交频分复用(Offset Quadrature AmplitudeModulation Based Orthogonal Frequency Division Mul⁃tiplexing,OQAM-OFDM)技术是一种利用滤波器组实现多载波调制的技术㊂该调制波形采用频域聚焦性能较好的滤波器组对不同子载波分别进行频域滤波,具有较强的抗干扰性能[13],因而可以在不添加CP和保护间隔的前提下保障通信的可靠性㊂这样一来可大大缩减系统开销,从而提高频谱利用率㊂此外,滤波器组的频域聚焦性可以将载波旁瓣降低到很低的水平[14-15],从而减小对邻频带的干扰,因而有利于支持异步传输㊂鉴于以上分析,本文设计了一种基于OQAM-OFDM波形的NOMA系统方案,用于在保持系统可靠性的同时实现更高的频谱利用率㊂该方案以OQAM-OFDM作为调制波形,以NOMA作为多址接入技术,分别从物理层和介质访问控制(Media Ac⁃cess Control,MAC)层实现频谱效率的提升㊂2　NOMA系统模型NOMA系统的一般模型如图1所示㊂图1　NOMA系统模型Fig.1NOMA system model图1中,用户1靠近基站信道质量较好,用户2远离基站信道质量较差,不妨分别将其记为近站用㊃0601㊃电讯技术 2018年户和远站用户㊂基站同时为两用户提供服务,将分别要传给两用户的信号s 1和s 2叠加在一起发送,使其占用相同的时频和空间资源㊂由于近站用户信道质量较好,可为其分配较小的发送功率P 1;相反,为信道质量较差的远站用户分配较大的发送功率P 2,且需满足P 1㊁P 2总和不超过最大发送功率(一般约为46dBm)㊂那么基站发送的混叠信号可以表示为s =　P 1s 1+　P 2s 2㊂(1)通过无线信道,近站用户接收到的信号为y 1=h 1s +w 1㊂(2)式中:h 1为到达近站用户的信道系数,w 1为近站用户接收到的信道噪声和小区间干扰总和㊂远站用户接收到的信号为y 2=h 2s +w 2㊂(3)式中:h 2为到达远站用户的信道系数,w 2为远站用户接收到的信道噪声和小区间干扰总和㊂假设两用户都采用QPSK 调制,由于彼此发送功率不同,叠加后的星座图则具有16个不同星座点㊂对于远站用户而言,由于发送给近站用户的信号s 1功率较小,虽然其对远站用户的信号接收会产生干扰,但是由于干扰较小几乎不影响信号s 2的正确解调,因此远站用户在解析信号时可以直接对信号进行解调,无需做额外处理㊂而对于近站用户来讲,因为其信道质量较好,可以先解出远站用户的信息,再从接收到的混叠信号中减去远站用户的信号,消除远站用户的干扰,最后解调出近站用户的信息㊂两用户信号解析过程如图2所示㊂图2　接收端信号解析过程Fig.2Analysis process of received signals相比于传统的正交多址接入,NOMA 不需要保证各个用户使用的频谱资源之间正交,甚至可以完全重叠㊂它在原有的时频域资源基础上又引入了功率域的概念,从不同功率的角度区分各个用户㊂NOMA 的基本实现思路是在发送端主动引入用户间符号干扰,并给每一个用户分配不同的功率,然后在接收端利用串行干扰消除(Serial Interference Can⁃cellation,SIC)的方式消除用户间干扰,实现多用户信号的正确解析㊂3　系统框架设计3.1　基于OFDM 的NOMA 系统框架设计典型NOMA 系统的实现仍是以OFDM 调制波形为基础的,其基本实现框架如图3所示㊂由图可知,典型NOMA 系统框架跟传统的正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFD⁃MA)系统框架很接近,不同点主要在于NOMA 系统增加了发送端的用户功率分配和接收端的串行干扰消除环节㊂因为系统的实现仍然是采用OFDM 波形方案实现的,所以整个系统的复杂度相较于OFD⁃MA 系统并没有大幅度地增加㊂图3　基于OFDM 的NOMA 系统框图Fig.3Block diagram of NOMA system based on OFDM如前文所述,NOMA 系统的关键技术主要包括两个方面,分别是发送端的用户功率分配和接收端的串行干扰消除技术㊂功率分配与用户所在位置的信道增益相关,信道增益高的用户分配较小的功率,而信道增益小的用户分配较大的功率㊂一般而言,用户功率分配的方案会直接影响到两用户之间的干扰程度,干扰越小,系统性能越好㊂串行干扰消除技术是近站用户能否从接收信号中正确解调出信息数据的关键㊂3.2　基于OQAM-OFDM 的NOMA 系统框架设计基于OQAM-OFDM 的NOMA 系统基本实现框图如图4所示㊂相比于传统NOMA 系统方案,新的方案在发送端增加了OQAM 预调制㊁滤波器组等模块,并在接收端增加了滤波器组㊁后解调和取实部等模块㊂其中,OQAM 预调制模块从发送的复数符号中分别提取实部和虚部以实数形式发送,彼此相差半个符号周期,再给每个实数符号加上一定的相位实现实虚交错结构㊂由于发送的是实数符号而非复㊃1601㊃第58卷历凯 ,王珏,徐晨:基于OQAM-OFDM 的NOMA 通信系统设计第9期数符号,所以抗干扰能力更强㊂后解调实现效果与预调制相反,互为反操作㊂图4　基于OQAM-OFDM 的NOMA 系统框图Fig.4Block diagram of NOMA system based on OQAM-OFDM原型滤波器的应用是OQAM-OFDM 技术的关键所在,滤波器组由同一原型滤波器平移得到,且在发送端和接收端使用相同的原型滤波器㊂系统采用平方根滚降余弦滤波器作为原型滤波器,该原型滤波器的频域响应为矩形脉冲,几乎不对邻频带产生任何干扰,具有非常好的频域聚焦性㊂利用该原型滤波器生成的滤波器组对各个子载波分别进行滤波,可以实现频域聚焦效果,从而有效克服子载波间干扰㊂基于OFDM 波形的NOMA 系统虽然实现了频谱效率的成倍提高,但是由于OFDM 时域采用矩形窗滤波,子载波域呈现辛格函数形状,造成严重的带外泄露,因而会影响到整个系统的频谱效率㊂OQAM-OFDM 属于滤波器组多载波(Filter Bank Multi-carrier,FBMC)调制的一种重要实现形式,它以OFDM 为基础,特别之处是在收发两端都采用了滤波器组进行滤波㊂滤波器组由同一原型滤波器移位得到,具有较好的频域聚焦性,不仅可以减少带外泄露,还可以省去使用CP 的开销,因而可以大大提高频谱效率㊂4摇系统和速率比较本节将重点研究基于OQAM -OFDM 波形的NOMA 系统的和速率,并尝试证明该系统相较于基于OFDM 的NOMA 系统具有更高的频谱利用率㊂虽然本文重点分析了通信下行链路,但是结论也同样适用于上行链路㊂如前文所述,远站用户的信干噪比可表示为SINR 2=P 2h 22P 1h 22+N 0,2,(4)近站用户的信干噪比可表示为SINR 1=P 1h 12N 0,1㊂(5)式中:N 0,1和N 0,2分别表示近站用户和远站用户的噪声功率㊂根据信道容量公式R =Bw ㊃lb(1+SINR ),可得两用户的信道容量分别为R 2=Bw ㊃lb(1+P 2h 22P 1h 22+N 0,öø÷2,(6)R 1=Bw ㊃lb(1+P 1h 12N 0,1)㊂(7)由式(6)和式(7)可知,系统和速率R 不仅与两用户的信道质量以及发送功率相关,而且与信道带宽相关㊂其中,用户信道质量和发送功率受用户分组和用户功率分配策略的影响,很多文献也已对此进行了深入的研究㊂而信道带宽与调制波形密切相关,恰当的波形的使用,可以很好地提高频带利用率㊂为了抑制ISI 和ICI,在OFDM 符号中循环前缀的长度T CP 应该大于预期的时间色散最大宽度㊂一般而言,T CP 要占整个符号长度T sym 的1/10~1/4,也即OFDM 符号有效带宽利用率只有整个带宽的75%~90%,无疑这增加了系统的带宽开销㊂此外,由于OFDM 波形旁瓣衰减较慢,为了抑制相邻子载波间干扰,往往要在频域插入很多保护间隔,甚至要占据子载波总数的40%,这种开销也是极其巨大的㊂而OQAM-OFDM 波形因为采用了滤波器组,具有很好的频域聚焦性能,可以在不添加循环前缀和保护间隔的条件下有效克服ISI 和ICI,因而表现出更高的频谱效率㊂显然,在其他条件相同的前提下,基于OQAM-OFDM 波形的NOMA 系统的和速率相比于典型NOMA 系统要高出许多㊂两系统的和速率R 随信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)的变化曲线如图5所示㊂图5　两系统的和速率比较Fig.5Comparison of sum rate in different systems㊃2601㊃电讯技术 2018年5摇仿真结果分析由前文分析可知,基于OQAM-OFDM 的NOMA 系统确实提高了频谱利用率㊂在提高系统有效性的同时,还需要研究系统的可靠性是否能够有效维持㊂本节将利用Matlab 仿真工具,在相同的条件下,分别对典型NOMA 系统和本文所提出的系统进行链路级仿真,并把得到的误比特率(Bit Error Rate,BER)作为判断系统可靠性的指标㊂首先对多径干扰下的典型NOMA 系统进行仿真㊂仿真关键参数设置如表1所示㊂BER 随SNR 变化的仿真结果如图6所示,图中的SNR 为参考信噪比,近站用户的信噪比SNR 1=SNR +6dB,而远站用户的信噪比SNR 2=SNR -6dB㊂由图可知,当用户SNR 较小时,用户的BER 很高,但随着SNR 的增大而会逐渐降低,最终趋近于零㊂表1　NOMA 系统仿真关键参数Tab.1Key simulation parameters for NOMA system系统参数设置波形OFDM 子载波总数2048占用子载波数1200符号数14FFT 点数2048CP 长度144星座映射QPSK802.22信道　延时/T s 增益/dB[02471115][0-6-7-16-22-20]图6　基于OFDM 的NOMA 系统BER 曲线Fig.6BER of NOMA system based on OFDM在如表2所示的仿真参数下,图7是对基于OQAM-OFDM 的NOMA 系统中BER 随SNR 变化的链路级曲线仿真结果㊂同样,图中的SNR 为参考信噪比,近站用户的信噪比SNR 1=SNR +6dB,而远站用户的信噪比SNR 2=SNR -6dB㊂从仿真结果可以看出,信道质量较差时,两用户的误比特率度比较高,而随着SNR 的递增,用户误比特率变得越来越小,并最终趋近于0,达到跟典型NOMA 系统相似的可靠性能㊂这是因为信道质量较差时,OQAM -OFDM 波形的性能得不到发挥,再加上此时没有CP的保护,符号波形受到较大的符号间干扰,因而接收效果很差㊂但是随着信道质量逐步提高,该波形频域聚焦的优越性能得到发挥,从而使误码率降低到很低的水平㊂由于近站用户相较于远站用户信道质量更好,因此其BER 下降得也更快一些㊂表2　OQAM-OFDM 系统仿真关键参数Tab.2Key simulation parameters for OQAM-OFDM system系统参数设置波形OQAM-OFDM子载波总数2048占用子载波数2048符号数14FFT 点数2048CP 长度0星座映射QPSK802.22信道　延时/T s 增益/dB[02471115][0-6-7-16-22-20]图7　基于OQAM-OFDM 的NOMA 系统BER 曲线Fig.7BER of NOMA system based on OQAM-OFDM值得注意的是,在基于OQAM -OFDM 的系统中,当用户信道质量不是太差的前提下,即使发送信号在传输过程中受到较大的干扰,也能保持较好的性能,如图8所示,接收信号星座图上的星座点位置偏移较大,可知此时传输信号受到了较严重的干扰㊂但是仿真结果证明,即便是在这种恶劣的条件下,用户终端仍能近乎无差错地解出原始信号数据㊂由此可见,基于OQAM -OFDM 的NOMA 系统具有非常好的抗干扰性能,很适合应用在干扰较大的场景中㊂㊃3601㊃第58卷历凯 ,王珏,徐晨:基于OQAM-OFDM 的NOMA 通信系统设计第9期(a)远站用户(b)近站用户图8　基于OQAM-OFDM 的NOMA 系统星座图Fig.8Constellations of NOMA system based on OQAM-OFDM图9展示的是在相同的条件下,各种不同的系统中BER 随SNR 变化曲线的仿真结果㊂需要说明的是,基于OQAM -OFDM 的NOMA 系统在图标中被简写为OQAM -NOMA㊂从图中可以看出,相同SNR 条件下,基于OQAM-OFDM 的OFDMA 系统误比特率降低得最快,并最终趋于较低的水平,这体现了OQAM-OFDM 调制中滤波器组的优越频域聚焦性能;基于OQAM -OFDM 的NOMA 系统由于噪声的影响,一开始误码率并没有下降得那么快,但是随着SNR 的增加,OQAM-OFDM 波形优势逐渐得到发挥,误码率也逐渐降低并最终趋近于零㊂图9　不同系统中BER 随SNR 的变化Fig.9BER vs.SNR in different systems6摇结束语NOMA 技术的应用不仅提高了频谱利用率,还成倍提高了接入用户数量,但是基于OFDM 调制波形的NOMA 系统带外干扰大,会引起邻频干扰㊂本文考虑到OQAM-OFDM 波形具有较低的带外干扰和较好的频域聚焦性,将其与NOMA 多址接入结合,提出了一种新的系统设计方案,通过仿真验证了基于OQAM-OFDM 波形的NOMA 通信系统的可行性与有效性,结果证明改进的系统具有较好的抗干扰性能和更高的频谱利用率㊂本文考虑的是固定功率分配下的基于OQAM-OFDM 波形的NOMA 系统设计方案,而固定功率分配相对灵活性较差,效率较低,因此下一步将考虑动态功率分配下的系统设计方案㊂参考文献:[1]　DAI L,WANG B,YUAN Y.Non-orthogonal multiple ac⁃cess for 5G:solutions,challenges,opportunities,and futureresearch trends [J ].IEEE Communications Magazine,2015,53(9):74-81.[2]　朱晨鸣,王强,李新,等.5G:2020后的移动通信[J].电信技术,2016(9):45-49.ZHU Chenming,WANG Qiang,LI Xin,et al.5G:mobile communication after 2020[J].Telecommunications Tech⁃nology,2016(9):45-49.(in Chinese)[3]　张长青.面向5G 的非正交多址接入技术(NOMA)浅析[J].邮电设计技术,2015(11):49-53.ZHANG Changqing.An elementary introduction to non -orthogonal multiple access(NOMA)for 5G[J].Designing Techniques of Posts and Telecommunications,2015(11):49-53.(in Chinese)[4]　BENJEBBOUR A,SAITO Y,KISHIVAMA Y,et al.Con⁃cept and practical considerations of non-orthogonal multi⁃ple access(NOMA)for future radio access [C]//Pro⁃ceedings of 2013International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communications Systems (IS⁃PACS).Naha,Okinawa,Japan:IEEE,2013:770-774.[5]　DING Z,FAN P,POOR H V.Impact of user pairing on5G nonorthogonal multiple-access downlink transmissions [J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2016,65(8):6010-6023.[6]　ZHANG N,WANG J,KANG G,et al.Uplink nonorthogo⁃nal multiple access in 5G systems[J].IEEE Communica⁃tions Letters,2016,20(3):458-461.[7]　DING Z,YANG Z,FAN P,et al.On the performance ofnon-orthogonal multiple access in 5G systems with ran⁃㊃4601㊃电讯技术 2018年domly deployed users[J].IEEE Signal Processing Let⁃ters,2014,21(12):1501-1505.[8]　SAITO Y,BENJEBBOUR A,KISHIVAMA Y,et al.Sys⁃tem-level performance evaluation of downlink non-or⁃thogonal multiple access(NOMA)[C]//Proceedings of2013IEEE24th International Symposium on Personal In⁃door and Mobile Radio Communications(PIMRC).Lon⁃don,UK:IEEE,2013:611-615.[9]　SAITO Y,BENJEBBOUR A,KISHIVAMA Y,et al.System-level performance of downlink non-orthogonal multiple ac⁃cess(NOMA)under various 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[10]　HIGUCHI K,KISHIVAMA Y.Non-orthogonal accesswith random beamforming and intra-beam SIC for cellu⁃lar MIMO downlink[C]//Proceedings of IEEE78thVehicular Technology Conference(VTC Fall).Las Ve⁃gas,NV,USA:IEEE,2013:1-5.[11]　NONAKA N,KISHIYAMA Y,HIGUCHI K.Non-orthog⁃onal multiple access using intra-beam superposition cod⁃ing and SIC in base station cooperative MIMO cellulardownlink[J].IEICE Transactions on Communications,2015,E98-B(8):1651-1659.[12]　DING Z,SCHOBER R,POOR H V.A general MIMOframework for NOMA downlink and uplink transmissionbased on signal alignment[J].IEEE Transactions onWireless Communications,2016,15(6):4438-4454.[13]　李俊,田苑,邱玉,等.面向5G应用的OQAM-OFDM调制:原理㊁技术和挑战[J].电信科学,2016,32(6):15-19.LI Jun,TIAN Yuan,QIU Yu,et al.Principles,technolo⁃gies and challenges of OQAM-OFDM for5G applica⁃tions[J].Telecommunications Science,2016,32(6):15-19.(in Chinese)[14]　BEHROUZ F B.OFDM versus filter bank multicarrier[J].IEEE Signal Processing Magazine,2011,28(3):92-112. [15]　CHEN D,XIA X,JIANG T,et al.Properties and powerspectral densities of CP based OQAM-OFDM systems[J].IEEE Transactions on Signal Processing,2015,63(14):3561-3575.作者简介:历　凯(1992 ),男,江苏徐州人,2015年获学士学位,现为硕士研究生,主要研究方向为OQAM-OFDM和NOMA系统;Email:lkntit@王　珏(1985 ),男,山东聊城人,副教授,主要研究方向为面向5G的大规模MIMO;徐　晨(1960 ),男,江苏南通人,教授,主要研究方向为无线通信系统㊂Email:xuchen@㊃5601㊃第58卷历凯,王珏,徐晨:基于OQAM-OFDM的NOMA通信系统设计第9期。

OFDM-PON技术及其应用

OFDM-PON技术及其应用伍仕宝;汤磊;陈明华【摘要】OFDM-PON(正交频分复用无源光网络)是目前光接入网研究热点之一.文章简述了OFDM-PON技术的研究背景,阐明了OFDM-PON的技术原理、网络架构和关键技术,对基于OFDM-PON的业务及带宽调度进行了研究分析,并对OFDM-PON技术的应用前景进行了展望.研究表明,与传统的PON相比,OFDM-PON系统不仅传输带宽大幅度提升,而且可以实现基于子载波、调制格式和时间的三维业务及带宽调度.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】4页(P31-34)【关键词】正交频分复用无源光网络;业务调度;带宽分配;应用展望【作者】伍仕宝;汤磊;陈明华【作者单位】上海大学特种光纤与光接入网重点实验室,上海 200072;上海大学特种光纤与光接入网重点实验室,上海 200072;清华大学电子工程系,北京 100084【正文语种】中文【中图分类】TN915.60 引言随着宽带业务尤其是IPTV（网络电视）、HDTV（高清电视）等业务的出现，以及用户数量的不断增加，接入网的带宽需求迅猛增长，FTTH（光纤到户）已成为业界公认的接入网发展目标。

PON（无源光网络）技术因其可以节省主干线路光纤、维护成本低、具备全业务提供能力和QoS（服务质量）保证等优势而成为FTTH的首选技术。

目前，EPON（以太无源光网络）和GPON（吉比特无源光网络）已经商用，IEEE 10GEPON标准IEEE 802.3av也已正式发布，该标准规定了10Gbit／s下行、1Gbit／s上行的非对称模式和10Gbit／s上／下行对称模式两种速率模式。

ITU-T将NG-PON（下一代无源光网络）分为两个阶段：重利用ODN（光分配网络）的NG-PON1和新构建ODN的NG-PON2，NG-PON1即10GGPON标准G.987x及G.987的研究和制定工作已完成。

基于DCO-OFDM水下可见光通信系统的预均衡技术

引用本文：阎威龙，李晓记，王俊华，等.基于DCO-OFDM水下可见光通信系统的预均衡技术[J].光通信技术，2021,45(4):12-15.基于DCO-OFDM水下可见光通信系统的预均衡技术阎威龙，李晓记曲，王俊华，李燕龙，杜卫海#，高天(1.桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林541004；2.认知无线电与信息处理教育部重点实验室，广西桂林541004)摘要:针对硬件预均衡技术和基于有限脉冲响应(FIR)滤波器I软件预均衡技术存在的问题，提出了数字预加重的软件预均衡技术，该技术根据发光二极管(LED)I频率响应参数针对性地补偿LED带宽，并设计了一套直流偏置光-正交频分复用(DCO-OFDM)水下可见光通信系统作为实验测试平台.实验结果表明：采用数字预加重技术后，LED调制带宽由7.8MHz提升至了16MHz,且该技术实现复杂度低、灵活性强，预均衡后I信号频谱更加平坦.关键词：水下可见光通信;直流偏置光-正交频分复用；发光二极管;预均衡;数字预加重中图分类号：TN929.12文献标志码：A文章编号：1002-5561(2021)04-0012-04DOI：10.13921/ki.issn1002-5561.2021.04.003开放科学(资源服务)标识码(OSID)：茴:Pre-equalization technology based onDCO-OFDM underwater visible light communication systemYAN Weilong1,2,LI Xiaoji1,24.WANG Junhua1,2.LI Yanlong1,2.DU Weihai2.GAO Tian1,2(1.College of Information and Communication.Guilin University of Electronic Technology.Guilin Guangxi541004,China;2.Ministry of Education Key Lab of Cognitive Radio and Information Processing.Guilin Guangxi541004,China#Abstract:Aiming at the problems of hardware pre equalization technology and software pre-equalization technology based on finite impulse response(FIR)filter.a digital pre-emphasis software pre-equalization technology is proposed.The technology compensates the LED bandwidth according to the frequency response parameters of light-emitting diode(LED).and designs a direct-current biased optical orthogonal frequency division multiplexing(DOC-OFDM)underwater visible light communication system as an experimental test platform.The experimental results show that the modulation bandwidth of LED is increased from7.8MHz to16MHz by using digital pre-emphasis technology.and the implementation complexity of this technology is low.theflexibility is strong.and the signal spectrum after pre-equalization is more flat.Key words:underwater visible light communication;direct-current biased optical orthogonal frequency division multiplexing;light-emitting diode;pre-equalization;digital pre-emphasis0引言在水下可见光通信系统中，发光二极管(LED)较窄的调制带宽严重限制了系统的传输速率，常使用预均衡技术来扩展LED的带宽。

MIMO-OFDM系统信道估计算法研究

MIMO-OFDM系统信道估计算法研究刘燕容;周围【摘要】OFDM technique can effectively overcome the influence of multipath,improve spectrum efficiency;MIMO technique can increase the channel capacity and the spectral efficiency without increasing the bandwidth and transmit bining OFDM and MIMO（MIMO-OFDM technology） has become a research hotpot.In order to improve the performance of the system,channel estimation is particularly important.This paper mainly introduces the structure of MIMO-OFDM system,and based on this,introduces the pilot based channel estimation,semi-blind channel estimation and blind channel estimation algorithms.%正交频分复用（OFDM）技术能有效克服多径带来的不利影响,提高频谱利用率;多输入多输出（MI-MO）技术,可以在不增加系统带宽和发射功率的前提下,成倍提高系统容量和带宽利用率。

将两者结合的MIMO-OFDM系统是近年来的研究热点,信道估计在提高该系统性能方面发挥着重要作用。

基于此,主要介绍MIMO-OFDM系统结构,在此基础上介绍基于导频的信道估计、半盲信道估计和盲信道估计。

【期刊名称】《山西电子技术》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】3页(P39-40,44)【关键词】多输入多输出（MIMO）;正交频分复用（OFDM）;信道估计【作者】刘燕容;周围【作者单位】重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室,重庆400065;重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室,重庆400065【正文语种】中文【中图分类】TN929通信技术的飞速发展和广泛应用，不仅推动了社会发展，也提高了人们生活质量。

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JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.27,NO.3,FEBRUARY1,2009189

OFDMforOpticalCommunications

JeanArmstrong,SeniorMember,IEEE(InvitedTutorial)

Abstract—Orthogonalfrequencydivisionmultiplexing(OFDM)isamodulationtechniquewhichisnowusedinmostnewandemergingbroadbandwiredandwirelesscommunicationsystemsbecauseitisaneffectivesolutiontointersymbolinterferencecausedbyadispersivechannel.Veryrecentlyanumberofre-searchershaveshownthatOFDMisalsoapromisingtechnologyforopticalcommunications.ThispapergivesatutorialoverviewofOFDMhighlightingtheaspectsthatarelikelytobeimportantinopticalapplications.ToachievegoodperformanceinopticalsystemsOFDMmustbeadaptedinvariousways.Theconstraintsimposedbysinglemodeopticalﬁber,multimodeopticalﬁberandopticalwirelessarediscussedandthenewformsofopticalOFDMwhichhavebeendevelopedareoutlined.ThemaindrawbacksofOFDMareitshighpeaktoaveragepowerratioanditssensitivitytophasenoiseandfrequencyoffset.Theimpairmentsthatthesecausearedescribedandtheirimplicationsforopticalsystemsdiscussed.

IndexTerms—Modulation,orthogonalfrequencydivisionmul-tiplexing(OFDM),opticalcommunication.

I.INTRODUCTION

ORTHOGONALfrequencydivisionmultiplexing

(OFDM)isusedextensivelyinbroadbandwiredandwirelesscommunicationsystemsbecauseitisaneffectiveso-lutiontointersymbolinterference(ISI)causedbyadispersivechannel.Thisbecomesincreasinglyimportantasdataratesincreasetothepointwhere,whenconventionalserialmodu-lationschemeslikequadratureamplitudemodulation(QAM)orNRZareused,thereceivedsignalatanytimedependsonmultipletransmittedsymbols.Inthiscasethecomplexityofequalizationinserialschemeswhichusetimedomainequal-izationrisesrapidly.Incontrast,thecomplexityofOFDM,andofsystemsusingserialmodulationandfrequencydomainequalization,scalewellasdataratesanddispersionincrease.[1]–[3].AsecondmajoradvantageofOFDMisthatittransfersthecomplexityoftransmittersandreceiversfromtheanalogtothedigitaldomain.Forexample,whiletheprecisedesignofanalogﬁlterscanhaveamajorimpactontheperformanceofserialmodulationsystems,inOFDManyphasevariationwithfrequencycanbecorrectedatlittleornocostinthedigital

ManuscriptreceivedJuly25,2008;revisedOctober07,2008.Currentver-sionpublishedFebruary13,2009.ThisworkwassupportedbytheAustralianResearchCouncil’sDiscoveryfundingscheme(DP0772937).TheauthoriswiththeDepartmentofElectricalandComputerSystemsEn-gineering,MonashUniversity,Clayton,Vic.3800,Australia(e-mail:jean.arm-strong@eng.monash.edu.au).Colorversionsofoneormoreoftheﬁguresinthispaperareavailableonlineathttp://ieeexplore.ieee.org.DigitalObjectIdentiﬁer10.1109/JLT.2008.2010061partsofthereceiver.DespitetheseimportantadvantagesofOFDM,itisonlyrecentlythatithasbeenconsideredforopticalcommunications.WhilemanydetailsofOFDMsystemsareverycomplex,thebasicconceptofOFDMisquitesimple[4]–[7].Dataistrans-mittedinparallelonanumberofdifferentfrequencies,andasaresultthesymbolperiodismuchlongerthanforaserialsystemwiththesametotaldatarate.Becausethesymbolperiodislonger,ISIaffectsatmostonesymbol,andequalizationissimpliﬁed.InmostOFDMimplementationsanyresidualISIisremovedbyusingaformofguardintervalcalledacyclicpreﬁx.Whenfrequencydivisionmultiplexing(FDM)isusedincon-ventionalwirelesssystems,orwavelengthdivisionmultiplexing(WDM)isusedinopticalsystems,informationisalsotrans-mittedonanumberofdifferentfrequenciessimultaneously.HoweverthereareanumberofkeytheoreticalandpracticaldifferencesbetweenOFDMandtheseconventionalsystems.InOFDMthesubcarrierfrequenciesarechosensothatthesignalsaremathematicallyorthogonaloveroneOFDMsymbolperiod.BothmodulationandmultiplexingareachieveddigitallyusinganinversefastFouriertransform(IFFT)1andasaresult,therequiredorthogonalsignalscanbegeneratedpreciselyandinaverycomputationallyefﬁcientway.InFDM/WDMtherearefrequencyguardbandsbetweenthesubcarriers.Atthereceivertheindividualsubcarriersarerecoveredusinganalogﬁlteringtechniques.Fig.1showsspectraforFDM/WDMandOFDM.InOFDMthespectraofindividualsubcarriersoverlap,butbe-causeoftheorthogonalityproperty,aslongasthechannelislinear,thesubcarrierscanbedemodulatedwithoutinterferenceandwithouttheneedforanalogﬁlteringtoseparatethereceivedsubcarriers.DemodulationanddemultiplexingisperformedbyafastFouriertransform(FFT).ThespectrumofanindividualOFDMsubcarrierhasaform,soeachOFDMsub-carrierhassigniﬁcantsidelobesoverafrequencyrangewhichincludesmanyothersubcarriers.ThisisthecauseofoneofthemajordisadvantagesofOFDM:thatitisquitesensitivetofre-quencyoffsetandphasenoise.ThispaperpresentsatutorialoverviewofOFDMwithpar-ticularemphasisonaspectsthatarelikelytobeimportantinop-ticalapplications.SectionIIoutlinesthehistoryofOFDM.InSectionIIIatypicalOFDMsystemforwirelessapplicationsispresented,thesignalsatvariouspointsdescribedandthefunc-tionofeachblockdescribed.MisconceptionsthathaveinthepastbeencommonamongOFDMresearchersareexplained,sothatthesecanbeavoidedbynewresearchersintheﬁeld.1StrictlyspeakingthemathematicaloperationisthediscreteFourierTrans-form(DFT)andtheefﬁcientalgorithmforimplementingitistheFastFourierTransform(FFT)butthetermsDFTandFFTareoftenusedinterchangeably.