CN102299894A - 一种基于叠加周期序列的aco-ofdm无线光通信系统信道估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种基于叠加周期序列的ACO-OFDM无线光通信系统信道估计方法，涉及OFDM技术领域。本发明针对现有叠加周期序列的信道估计方法没有考虑无线光通信系统中光强度信号为非负的单极性实信号，系统传输的信息序列均值不为零的局限性，提出一种适用于无线光OFDM系统的基于叠加序列的信道估计方法。根据光强度信号的特点，通过对复数拆分组合和利用傅立叶变换的共轭对称性，设计一种适用于无线光系统的训练序列。根据系统信号的统计特性和功率分配因子设计本地矩阵，利用一阶统计平均进行信道估计。这种信道估计方法，估计精度高，容易实现，具有高带宽效率和时间功率分配的灵活性，支持一定的移动性。

Description

一种基于叠加周期序列的ACO-OFDM无线光通信系统信道估计方法

技术领域

本发明属于强度调制光通信领域，尤其涉及强度调制无线光OFDM系统的信道估计技术。

背景技术

无线光通信技术通过对可见光或红外激光的强度进行调制传输数据，实现视距(Line-of-Sight，LOS)和散射即非视距(Non-Line-of-Sight，NLOS)链路的宽带接入。同射频(RadioFrequency，RF)系统相比，无线光通信技术不受频谱资源限制，不与RF系统相互干扰，同时当光信号强度满足人眼的安全规定时，不会对人体的健康造成影响。在室内环境中，无线光通信技术的应用场景广阔，例如在飞机客舱、火车车厢、巴士车厢等交通工具内以及商店、机场、博物馆等公共场所，通过红外激光器或发光二极管(LightEmitting Diode，LED)作为接入点为用户提供宽带接入。由于无线光通信不受带宽限制，传输速率高，安全性好，设备结构简单、价格低，适合短距离高速无线接入，因此近年来无线光通信技术发展迅速。见文献：J.Kahn，J.Barry，“Wireless Infrared Communications”【Proc.IEEE.1997，85(2)：265-298】和文献：Steve Hranilovic，“Wireless OpticalCommunication Systems”【Springer Science and Business Media.Boston，USA，2005】所述。由于正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)技术具有抗多径干扰能力强，数据传输速率高，频谱效率高，均衡算法简单等优点，O.Gonzalez等人在文献“OFDMover indoor wireless optical channel”【IEE Proc.Optoelectronics.2005，152：199-204】中提出将OFDM技术用于无线光通信系统中，有效地克服室内无线光信道的多径效应，提高数据传输速率。

由于采用光强度调制，因此系统电信号应为单极性非负实信号。针对无线光通信系统的这个特点，目前已有两种形式的单极性光OFDM调制方式被提出：直流偏置OOFDM(DC-biased OpticalOFDM，DCO-OFDM)与非均匀限幅OOFDM(Asymmetrically ClippedOptical OFDM，ACO-OFDM)。见文献：O.Gonzalez，et al，“OFDM overindoor wireless optical channel”【IEE Proc.Optoelectronics.2005，152：199-204】和文献：J.Armstrong，A.J.Lowery，“Power efficient opticalOFDM”【Electronics Letters.2006，42：370-371】所述，发送端通过令输入逆傅立叶变换(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)的复向量具有共轭对称特征，生成实信号。DCO-OFDM技术通过加一个较大的偏置电流将双极性实信号转换为单极性实信号；ACO-OFDM技术通过将小于零的信号置零，以此生成单极性实信号。相比之下，ACO-OFDM技术由于功率效率高、安全性好及星座选择灵活而倍受关注。

信道估计技术用于估计信道特征参数，是信号解调、检测与均衡的基础。精度高、稳定性好、代价低的信道估计算法对无线光OFDM系统至关重要。常用的信道估计方法通常可以分为三类：基于导频的信道估计法、盲信道估计法和基于叠加序列的信道估计法。基于导频的信道估计方法通过在时域或频域插入收发双方都已知的块状或梳状导频信息，接收端先恢复出导频位置的信道信息，然后利用内插、滤波及变换等方法获得所有时段或频段的信道信息。盲信道估计法仅利用系统本身信号的相关特性来获得信道信息，如相关函数、相关矩阵、线性编码等统计特征以及发送信号的固有特征。基于叠加序列的信道估计方法，将训练序列时域叠加在数据序列上，与数据同时发送，接收端经过处理，提取所叠加的序列，然后估计信道状态信息。总的来说，基于导频的方法具有较好的估计效果，可以跟踪时变信道，但是系统传输效率低；盲信道估计法虽然具有较高的带宽利用率，但由于收敛速度慢，算法复杂，阻碍了其在实际系统中的应用；基于叠加序列的信道估计法，不需要额外的频段和时隙传输导频信息，在保证估计精度和系统传输效率的同时，降低了算法复杂度，具有显著优势。

在叠加序列的信道估计方法中，最典型的是叠加周期序列的估计方法，其中以Aldo G.O.等人提出的方法为代表。见文献：Aldo G.O.，Mauricio M.L.，McLernon D.C.，“Channel estimation using implicittraining”【IEEE Transactions on Signal Processing.2004，52(1)：240-254】所述。叠加周期序列的信道估计方法基于两个假设条件：1、系统传输的未知数据序列满足均值为零的独立统计分布；2、系统的加性噪声为均值为零的高斯白噪声，其统计独立于数据信息序列。由于数据序列和噪声序列的均值都为零，这样接收端对接收到的数据序列进行一阶统计平均之后，可以消除数据序列和噪声序列对所叠加训练序列的影响，将所叠加的训练序列提取出来，然后利用由训练序列构造的本地循环矩阵对信道参数进行估计。

在ACO-OFDM无线光通信系统中采用叠加周期序列的信道估计方法进行信道估计，由于光强度信号为单极性非负实信号，系统传输的信息序列均值不为零，那么接收端对接收到的信号进行一阶统计平均处理之后，不能将所叠加的序列提取出来，致使无法完成对无线光信道的估计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有叠加周期序列的信道估计方法在ACO-OFDM无线光通信系统中应用所遇到的不能将所叠加的序列提取出来，致使无法完成对无线光信道的估计问题，根据该系统信号的特点和接收到信号的统计特性，提出一种适用于该系统的叠加周期序列的信道估计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：首先根据光强度信号的特点，生成周期训练序列，在为训练序列分配一定发射功率后，将其时域叠加在数据序列上；利用系统信号的统计特性和功率分配情况，合理地设计本地矩阵；最后利用一阶统计平均的方法完成信道估计。具体步骤为：

根据光强度信号生成周期训练序列c(k)，为训练序列c(k)与ACO-OFDM时域信号序列b(k)分配发射功率后，将其在时域上相叠加生成发送序列s(k)，s(k)通过光强度调制器后送入信道h(m)进行信道估计，经光强度检测器检测出一定强度的光信号后与噪声信号n(k)迭加获得接收信号序列x(k)，接收端接收到的信号序列为x(k)可表示为： $x\left(k\right)=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left(m\right)s(k-m\×\mathrm{\τ})+n\left(k\right)$ 其中，h(m)为室内散射信道第m条路径离散时间有限脉冲响应系数，M为信道脉冲响应的阶数，τ为相邻两径信号的相对传输延迟时间对于采样间隔的归一化值，n(k)为均值为零的加性高斯白噪声，s(k)为发送序列。

对x(k)进行一阶统计平均获得y(k)＝E[x(iQ+k)]，k＝0，1，...，Q-1，i＝0，1，...，N_Q-1，其中，Q为训练序列的周期；基带OFDM信号序列b₀(k)经过限幅得到ACO-OFDM信号序列b(k)，根据b(k)的分布令

构造Q×Q阶元素全为B的方阵B，根据方阵B和由训练序列c(k)构造的循环矩阵C调用公式：构造本地矩阵T，利用本地矩阵T根据公式：

估计信道脉冲响应系数，其中 $\hat{h}={[\hat{h}(Q-1),\hat{h}(Q-2),L,\hat{h}\left(0\right)]}^T,$ $\hat{y}={[\hat{y}(Q-1),\hat{y}(Q-2),L,\hat{y}\left(0\right)]}^T,$ (·)^-1表示对矩阵进行逆运算。

优选地，本发明生成周期训练序列c(k)包括：

(1)伪噪声PN序列经过并串变换和星座映射，生成长度为Q/4的复向量pn，经过共轭对称变换，生成具有共轭对称特征IFFT的输入向量pn′，将pn′经过傅立叶变换IFFT、并串变换和限幅，生成长度为Q的非负实序列c′(k)；将c′(k)重复N_Q次，生成训练序列c(k)，其中，N_Q＝N/Q，N为ACO-OFDM系统傅立叶变换的点数，Q为训练序列的周期。

(2)提取长度为Q/2的恒模序列c_h(k)，对其加上偏置电流，并转换为非负的复数序列c_h′(k)；提取长度为Q的非负的实序列c_h″(k)；最后将该非负的实序列c_h″(k)重复N_Q次，生成所需训练序列c(k)，其中，恒模序列c_h(k)为： $c_h\left(k\right)=a\·\exp \left[\frac{\mathrm{jk\π}\·(k+v)}{Q/2}\right],$ $k=\mathrm{0,1},L,\frac{Q}{2}-1,$ 其中a为恒模序列的模值，当Q/2为奇数时，v＝1，当Q/2为偶数时，v＝2，N_Q＝N/Q。复向量pn′的前半部分由向量pn组成，当k为偶数时C(k)＝0，当k为奇数时C(k)＝pn′((k+1)/2)。

构造的本地矩阵T为：

$T={\left[\begin{array}{ccccc}\sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(0\right)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(1\right)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(2\right)+B& L& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c(Q-1)+B\\ \sqrt{\mathrm{\ρ}}c(Q-1)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(0\right)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(1\right)+B& L& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c(Q-2)+B\\ \sqrt{\mathrm{\ρ}}c(Q-2)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c(Q-1)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(0\right)+B& L& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c(Q-3)+B\\ M& M& M& O& M\\ \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(1\right)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(2\right)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(3\right)+B& K& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(0\right)+B\end{array}\right]}_{Q\×Q}.$

本发明利用了傅立叶变换的共轭对称性，对恒模序列进行拆分组合，生成所需序列；利用系统信号的统计特性和叠加序列功率分配情况，设计合理的本地矩阵；利用一阶统计平均的方法，进行信道估计。本发明适用于所有采用强度调制光OFDM系统，尤其是ACO-OFDM和DCO-OFDM系统。

本发明有效的解决了在接收端对接收到的信号进行一阶统计平均处理之后，不能将所叠加的序列提取出来，无法完成对无线光信道估计的问题，有效地对无线光信道进行估计，估计精度高，且算法简单，易实现；具有高带宽效率和时间功率分配的灵活性；可以根据接收机所处位置的不同，确定散射信道主反射面与接收机光电探测器之间夹角，根据夹角的变化选择合适的功率分配因子。

附图说明

图1利用伪噪声序列生成周期训练序列示意图。

图2基于叠加序列的ACO-OFDM无线光通信系统通信链路时域离散模型。

具体实施方式

本发明首先根据光强度信号的特点，合理设计周期训练序列，为训练序列分配一定发射功率后，将其时域叠加在数据序列上，利用系统信号的统计特性和功率分配情况，合理设计本地矩阵；最后利用一阶统计平均方法完成信道估计。在分配发射功率后，训练序列时域叠加在数据序列上形成发射序列，训练序列为单极性非负周期实序列，设定合理的功率分配因子ρ，决定于系统信号的统计特性和功率分配因子的本地矩阵，通过对接收序列的一阶统计平均处理进行信道估计。

发射机端的基带OFDM信号序列b₀(k)经限幅器限幅调整后获得ACO-OFDM时域信号序列b(k)，在训练序列c(k)上迭加b(k)，获得s(k)，s(k)通过光强度调制器后送入信道h(m)进行信道变换，经光强度检测器检测出光信号后与噪声信号n(k)迭加获得接收信号序列x(k)。OFDM信号序列通过上述限幅，将小于零的信号置零，大于零的信号保留。

具体包含下列步骤：

步骤1，设计周期训练序列。根据光强度信号是非负的单极性实信号的特点，所生成的训练序列必须为非负的单极性实序列。

优选地，可通过下面方式生成训练序列：1、利用傅立叶变换的共轭对称性，将伪噪声PN序列进行星座映射和相关变换生成实序列，对该实序列周期重复后，生成所需训练序列。具体为：

伪噪声PN(Pseudo-noise，)序列经过并串变换和星座映射，生成长度为Q/4的复向量pn，Q为训练序列的周期。pn经过共轭对称变换，生成具有共轭对称特征IFFT的输入向量pn′，对于输入向量序列中任一元素(序号为k的元素)，当k为偶数时pn′(k)＝0；当k为奇数且k≤Q/2-1时，

当k为奇数且k＞Q/2+1时，pn′(k)＝conj(pn′(Q-k))，conj表示复共轭运算。将输入向量pn′经过傅立叶变换IFFT、并串变换和限幅，生成长度为Q的非负的实序列c′(k)，k∈[0，Q-1]；将非负的实序列c′(k)复制N_Q(N_Q＝N/Q，N为ACO-OFDM系统傅立叶变换的点数，通常为Q的整数倍)次，从而生成训练序列c(k)，c(k)为周期非负实序列，其中，k为序列中元素号，k∈[0，N-1]。如附图1所示。

2、对恒模序列加直流偏置，将其转换为非负序列，从非负序列中提取长度为Q的实序列，周期重复后生成训练序列c(k)。

提取长度为Q/2的恒模序列c_h(k)，k∈[0，Q/2-1]，对其加上偏置电流，并转换为非负的复数序列c_h′(k)；将该非负复序列c_h′(k)中的每个元素的实部和虚部分开，提取长度为Q的非负的实序列c_h″(k)，k∈[0，Q-1]；最后将该非负的实序列c_h″(k)重复N_Q次，生成所需训练序列c(k)，k∈[0，N-1]。

其中，恒模序列c_h(k)根据如下公式确定：

$c_h\left(k\right)=a\·\exp \left[\frac{\mathrm{jk\π}\·(k+v)}{Q/2}\right],k=\mathrm{0,1},L,\frac{Q}{2}-1---\left(1\right)$

其中

a为恒模序列的模值，当Q/2为奇数时，v＝1；当Q/2为偶数时，v＝2，N_Q＝N/Q。

生成训练序列的方法可采用本发明提供的上述方法，也可采用本领域技术人员知晓的其他常规方法生成训练序列。

步骤2，叠加序列发射功率分配。为训练序列c(k)与ACO-OFDM时域信号序列b(k)分配发射功率后，将其在时域上相叠加生成发送序列s(k)。

基于叠加序列的ACO-OFDM无线光通信系统通信链路时域离散模型如图2所示。b(k)为ACO-OFDM时域信号序列，c(k)为周期为Q的训练序列，即c(k)＝c(k+i·Q)，i＝0，L，N_Q-1。为训练序列c(k)与数据序列b(k)分配发射功率后，将其在时域上相叠加后生成发送序列s(k)，即调用公式：

(2)获得发送序列s(k)。其中，ρ为功率分配因子，表示所叠加序列的功率占发射总功率的比例，叠加的两信号序列的总功率为1。

步骤3，接收端本地矩阵的生成。基于叠加序列的ACO-OFDM无线光通信系统通信链路时域离散模型如图2所示。基带OFDM信号序列b₀(k)经过限幅得到ACO-OFDM信号序列b(k)，根据b(k)的分布令

构造Q×Q阶元素全为B的方阵B，根据训练序列c(k)构造循环矩阵C，根据方阵B和循环矩阵C调用公式：

构造本地矩阵T。

其中，基带OFDM信号序列b₀(k)服从均值为零的正态分布，即b₀(k)～N(0，σ²)，其中σ²为b₀(k)的方差。b₀(k)经过限幅得到ACO-OFDM信号序列b(k)，b(k)服从均值为方差为

的一般分布，该分布具有平稳遍历性。令则

构造Q×Q阶元素全为B的方阵B，并根据周期训练序列c(k)构造循环矩阵C，循环矩阵C表示为：

$C={\left[\begin{array}{ccccc}c\left(0\right)& c\left(1\right)& c\left(2\right)& L& c(Q-1)\\ c(Q-1)& c\left(0\right)& c\left(1\right)& L& c(Q-2)\\ c(Q-2)& c(Q-1)& c\left(0\right)& L& c(Q-3)\\ M& M& M& O& M\\ c\left(1\right)& c\left(2\right)& c\left(3\right)& K& c\left(0\right)\end{array}\right]}_{Q\×Q}---\left(3\right)$

其中，循环矩阵C中的元素c(k)为步骤1中所生成的周期训练序列，k∈[0，Q-1]。

根据方阵B和循环矩阵C根据公式：构造本地矩阵T，即

$T={\left[\begin{array}{ccccc}\sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(0\right)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(1\right)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(2\right)+B& L& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c(Q-1)+B\\ \sqrt{\mathrm{\ρ}}c(Q-1)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(0\right)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(1\right)+B& L& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c(Q-2)+B\\ \sqrt{\mathrm{\ρ}}c(Q-2)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c(Q-1)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(0\right)+B& L& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c(Q-3)+B\\ M& M& M& O& M\\ \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(1\right)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(2\right)+B& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(3\right)+B& K& \sqrt{\mathrm{\ρ}}c\left(0\right)+B\end{array}\right]}_{Q\×Q}---\left(4\right)$

其中ρ为功率分配因子，表示所叠加序列的功率占发射总功率的比例；B表示叠加了训练序列的那部分ACO-OFDM数据信号序列的均值。

步骤4，信道估计。接收端对收到的发送序列s(k)通过光强度调制器后送入信道h(m)进行信道估计，经光强度检测器检测出一定强度的光信号后与噪声信号n(k)迭加获得接收信号序列x(k)。

可根据如下公式获得接收端接收到的信号序列x(k)：

$x\left(k\right)=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left(m\right)s(k-m\×\mathrm{\τ})+n\left(k\right)---\left(5\right)$

其中h(m)为室内散射信道第m条路径离散时间有限脉冲响应系数，M为信道脉冲响应的阶数，τ为相邻两径信号的相对传输延迟时间对于采样间隔的归一化值，n(k)为均值为零的加性高斯白噪声，s(k)为发送序列。

对接收到的序列x(k)进行一阶统计平均处理。定义：

y(k)＝E[x(iQ+k)]，k＝0，1，...，Q-1，i＝0，1，...，N_Q-1    (6)

根据式(2)、(5)，可将式(6)变形为：

$y\left(k\right)=E\left[\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left(m\right)\sqrt{1-\mathrm{\ρ}}b(\mathrm{iQ}+k-m)\right]+E\left[\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left(m\right)\sqrt{\mathrm{\ρ}}c(\mathrm{iQ}+k-m)\right]+E\left[n(\mathrm{iQ}+k)\right]---\left(7\right)$

由于

n(k)的均值为零，因此式(7)可变型为：

$y\left(k\right)=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left(m\right)B+\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left(m\right)\sqrt{\mathrm{\ρ}}c(\mathrm{iQ}+k-m)$

$=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left(m\right)[B+\sqrt{\mathrm{\ρ}}c(\mathrm{iQ}+k-m)]$

$=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left(m\right){[B+\sqrt{\mathrm{\ρ}}c(k-m)]}_Q,k=\mathrm{0,1},...,Q-1---\left(8\right)$

其中(·)_Q为算术取模运算。

式(8)具有唯一解的条件是，Q必须等于M，同时其系数为满秩矩阵，因此，必须准确获得信道阶数，但这在实际情况中是无法准确获得的，只能估计其上限。于是令训练序列的周期Q等于信道阶数的最大值，解得信道脉冲响应系数h(m)，m∈[0，Q-1]，其中，h(M)，h(M+1)，L，h(Q-1)＝0。

令y＝[y(Q-1)，y(Q-2)，L，y(0)]^T，h＝[h(Q-1)，h(Q-2)，L，h(0)]^T，(·)^T表示矩阵的转置，则公式(8)用矩阵可表示为：

Th＝y    (9)

其中，y表示对接收到信号进行一阶统计平均处理后所得信号的矩阵，h表示信道有限脉冲响应的矩阵，T为所构造的本地矩阵。

由于在一个符号周期内，采样序列长度N为一有限值，且序列的分布具有平稳遍历性，

因此，对y(k)的无偏估计为：

$\hat{y}\left(k\right)=\frac{1}{N_Q}\underset{i=0}{\overset{N_Q-1}{\mathrm{\Σ}}}x(\mathrm{iQ}+k),k=\mathrm{0,1},L,Q-1---\left(10\right)$

于是，信道估计可由下式完成：

根据公式 $\hat{h}=T^{-1}\hat{y}---\left(11\right)$

估计信道脉冲响应系数。

式中(·)^-1表示对矩阵进行逆运算，

$\hat{h}={[\hat{h}(Q-1),\hat{h}(Q-2),L,\hat{h}\left(0\right)]}^T,$ $\hat{y}={[\hat{y}(Q-1),\hat{y}(Q-2),L,\hat{y}\left(0\right)]}^T.$

本发明根据系统时域信号的统计特性和功率分配情况构造本地矩阵T，利用该矩阵实现信道估计。

下面通过具体实例对本发明的技术方案作进一步描述。

将本发明应用于ACO-OFDM无线光通信系统。该系统傅立叶变换的点数N＝1024，采用4QAM调制，室内光散射信道的信道脉冲响应的阶数M＝6，信道脉冲响应系数h＝{0.6337，0.2331，0.0858，0.0315，0.0116，0.0043}，相邻两径信号的相对传输延迟时间相对于采样间隔的归一化值τ＝1，训练序列周期Q＝8，则N_Q＝128。具体步骤为：

1、优选地利用拆分组合恒模序列的方法生成所需训练序列。拆分组合方法举例：令a＝1，则长度为4的序列c_h(k)＝{1+0j，-0.7071+0.7071j，1+0j，0.7071-0.7071j}，将c_h(k)加上大小为0.7071+0.7071j的偏置电流后生成单极性序列c_h′(k)＝{1.7071+0.7071j，0+1.1412j，1.7071+0.7071j，1.1412+0j}，将c_h′(k)每个元素的实部和虚部分开构成长度为8的单极性实序列c″(k)＝{1.7071，0.7071，0，1.1412，1.7071，0.7071，1.1412，0}，将非负实序列c″(k)重复128次，即得所需训练序列c(k)。

2、发送端按照公式(2)分别为一个ACO-OFDM信息符号和训练序列c(k)分配发射功率，然后将训练序列叠加在该信息符号上，形成发射信号。

3、接收端按照式(4)生成本地矩阵。

4、接收端按照式(10)对接收到的信号序列进行处理。

5、接收端按照式(11)完成对室内光散射信道的信道脉冲响应系数进行估计。

本发明适用于所有采用光强度调制的正交频分复用系统，不仅可用于ACO-OFDM系统，也可用于DCO-OFDM等强度调制光通信系统。尤其是采用ACO-OFDM和DCO-OFDM调制技术的无线光通信系统。

Claims (7)

1.一种基于叠加周期序列的ACO-OFDM无线光通信系统信道估计方法，其特征在于，根据光强度信号特点生成周期训练序列c(k)，为c(k)与ACO-OFDM时域信号序列b(k)分配发射功率后，将其在时域上相叠加生成发送序列s(k)，s(k)通过光强度调制器后送入信道h(m)，接收端检测出光信号后与噪声信号迭加获得接收信号序列x(k)，对x(k)进行一阶统计平均获得y(k)；基带OFDM信号序列b₀(k)经过限幅得到ACO-OFDM信号序列b(k)，根据b(k)的分布令构造Q×Q阶元素全为B的方阵B，根据方阵B和由训练序列c(k)构造的循环矩阵C调用公式：

构造本地矩阵T，根据公式：

估计信道脉冲响应系数，其中， $\hat{h}={[\hat{h}(Q-1),\hat{h}(Q-2),L,\hat{h}\left(0\right)]}^T,$ $\hat{y}={[\hat{y}(Q-1),\hat{y}(Q-2),L,\hat{y}\left(0\right)]}^T.$ (·)^-1表示对矩阵进行逆运算，

为y(k)的无偏估计。

2.根据权利要求1所述的一种基于叠加周期序列的ACO-OFDM无线光通信系统信道估计方法，其特征在于，所述生成周期训练序列c(k)为：伪噪声PN序列经过并串变换和星座映射，生成长度为Q/4的复向量pn，经过共轭对称变换生成输入向量pn′，将pn′经过傅立叶变换IFFT、并串变换和限幅，生成长度为Q的非负实序列c′(k)；将c′(k)重复N_Q次，生成训练序列c(k)，其中，N_Q＝N/Q，N为ACO-OFDM系统傅立叶变换的点数，Q为训练序列的周期。

3.根据权利要求1所述的一种基于叠加周期序列的ACO-OFDM无线光通信系统信道估计方法，其特征在于，所述生成周期训练序列c(k)为：提取长度为Q/2的恒模序列c_h(k)，对其加上偏置电流，并转换为非负的复数序列c_h′(k)；提取长度为Q的非负的实序列c_h″(k)；将该非负的实序列c_h″(k)重复N_Q次，生成所需训练序列c(k)。

4.根据权利要求1所述的一种基于叠加周期序列的ACO-OFDM无线光通信系统信道估计方法，其特征在于，根据公式将训练序列c(k)与时域信号序列b(k)在时域上相叠加生成发送序列s(k)，其中，ρ为功率分配因子。

5.根据权利要求1所述的一种基于叠加周期序列的ACO-OFDM无线光通信系统信道估计方法，其特征在于，所述接收端接收信号序列x(k)表示为： $x\left(k\right)=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left(m\right)s(k-m\×\mathrm{\τ})+n\left(k\right),$ 其中h(m)为室内散射信道第m条路径离散时间有限脉冲响应系数，M为信道脉冲响应的阶数，τ为相邻两径信号的相对传输延迟时间对于采样间隔的归一化值，n(k)为均值为零的加性高斯白噪声。

6.根据权利要求1所述的一种基于叠加周期序列的ACO-OFDM无线光通信系统信道估计方法，其特征在于，对于输入向量序列中任一元素，当元素序号k为偶数时，pn′(k)＝0；当k为奇数且k≤Q/2-1时，

当k为奇数且k＞Q/2+1时，pn′(k)＝conj(pn′(Q-k))，conj表示复共轭运算。

7.根据权利要求3所述的一种基于叠加周期序列的ACO-OFDM无线光通信系统信道估计方法，其特征在于，所述恒模序列c_h(k)为： $c_h\left(k\right)=a\·\exp \left[\frac{\mathrm{jk\π}\·(k+v)}{Q/2}\right],$ $k=\mathrm{0,1},L,\frac{Q}{2}-1,$ 其中a为恒模序列的模值，当Q/2为奇数时，v＝1；当Q/2为偶数时，v＝2，N_Q＝N/Q。

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