本發(fā)明涉及可見光通信技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及通用零自相關(guān)碼對以及基于此的新型同步和頻偏估計方案。

背景技術(shù)：

可見光通信（visible light communication, VLC）是一種無需使用光纖的光通信技術(shù)，結(jié)合了無線通信和光通信技術(shù)的優(yōu)點，提供無線、高速和可靠的寬帶接入。VLC技術(shù)具有大量潛在的可利用帶寬，不產(chǎn)生電磁輻射，不易受外部電磁干擾影響，可廣泛應(yīng)用于對電磁干擾敏感、甚至無電磁干擾的特殊場合。VLC可以利用其室內(nèi)的照明光源作為基站，結(jié)合電力線通信，為用戶提供便捷的室內(nèi)無線通信服務(wù)。VLC系統(tǒng)主要使用正交頻分復(fù)用技術(shù)調(diào)制信號。

正交頻分復(fù)用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）是一種廣泛應(yīng)用于高速率傳輸通信系統(tǒng)中的多載波調(diào)制技術(shù)。OFDM系統(tǒng)具有高頻譜利用率以及抗頻率選擇性衰落的特性而被運用于VLC中。但是OFDM系統(tǒng)對符號定時和載波頻偏很敏感，這兩個缺點會使系統(tǒng)的性能降低，也會使得后續(xù)信道估計算法的效率降低。因此對于VLC-OFDM系統(tǒng)來說，研究符號定時和載波頻偏估計算法十分重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：提高VLC-OFDM系統(tǒng)的定時成功率和減小頻偏估計誤差，提高系統(tǒng)的通信效率，改善通信系統(tǒng)的性能。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種通用零自相關(guān)碼對的新型定時同步與頻偏估計方案，包括以下步驟：S1、在數(shù)據(jù)發(fā)送端將設(shè)定參數(shù)映射成零自相關(guān)碼對，將得到的碼對按照設(shè)定的結(jié)構(gòu)組合成同步符號，選擇截斷算法或者u律壓擴算法降低同步符號的峰均功率比，發(fā)射機發(fā)射壓縮后的同步符號數(shù)據(jù)；S2、對接收得到的原始數(shù)據(jù)使用新型定時度量方法計算，與動態(tài)閾值比較，得到定時時刻并計算小數(shù)頻偏值；S3、對接收數(shù)據(jù)進行小數(shù)頻偏補償，對補償后的數(shù)據(jù)使用整數(shù)頻偏估計算法計算，得到整數(shù)頻偏值。

上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：本發(fā)明對傳統(tǒng)基于零自相關(guān)碼的同步算法進行改進，提出零自相關(guān)碼對，對原有的定時處理算法進行修改，根據(jù)提出的計算方法得到定時點和頻偏估計值。本發(fā)明具有在低信噪比瑞利信道下的高定時成功率和低頻偏估計誤差的優(yōu)點，提高系統(tǒng)的通信效率，改善通信系統(tǒng)的性能。

附圖說明

圖1是通用零自相關(guān)碼對的映射圖；

圖2是通用零自相關(guān)碼對的特性圖；

圖3是本發(fā)明提出的同步頭結(jié)構(gòu)；

圖4是本發(fā)明提出的計算過程框圖；

圖5是本發(fā)明提出的定時度量和小數(shù)頻偏估計計算過程框圖；

圖6是本發(fā)明提出的整數(shù)頻偏估計計算過程框圖；

圖7是傳統(tǒng)方法與本發(fā)明的定時度量在高斯信道下的對比仿真圖；

圖8是傳統(tǒng)方法與本發(fā)明的頻偏估計誤差在高斯信道下的對比仿真圖；

圖9是本發(fā)明在瑞利信道下的定時成功率與傳統(tǒng)方法的對比仿真圖；

圖10是本發(fā)明在瑞利信道下的定時誤差與傳統(tǒng)方法的對比仿真圖；

圖11是本發(fā)明在瑞利信道下的頻偏估計誤差與傳統(tǒng)方法的詳細對比仿真圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實例，對本發(fā)明作進一步詳細描述。

本發(fā)明提出了一種基于零自相關(guān)碼對的可見光通信系統(tǒng)定時同步與頻偏估計算法，具體流程如圖1所示，包括以下S1、S2、S3這3個步驟：

S1、利用圖1所示的映射關(guān)系和圖2的自相關(guān)特性，產(chǎn)生基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)圖3的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生同步符號，再加上循環(huán)前綴，得到OFDM系統(tǒng)的同步符號，經(jīng)歷峰均功率比降低算法后，發(fā)射機發(fā)射同步符號數(shù)據(jù)。

零自相關(guān)碼對：通過QAM映射后的序列進行傅立葉逆變換得到第一部分序列，根據(jù)，對序列進行傅立葉逆變換得到第二部分序列，也乘一個因子，這兩部分序列和是一組零自相關(guān)碼對。其中取決于的映射方式，如果是QPSK映射產(chǎn)生，則，如果是QAM映射產(chǎn)生，則 ，其中是QAM的點數(shù)。

S2、如圖4前一部分所示，同步符號經(jīng)歷信道，到達接收機，計算定時度量確定定時時刻和小數(shù)頻偏。詳細如圖5所示，處理過程包括：閾值計算、度量結(jié)果計算、比較判斷度量結(jié)果，根據(jù)比較結(jié)果計算定時時刻以及小數(shù)頻偏估計值。定時度量計算式子是

其中 是IFFT點數(shù)，是接收數(shù)據(jù)。

表示動態(tài)閾值，其中表示比例系數(shù)。因此，正確的定時點為

其中是取時刻的函數(shù)，上式表示取絕對值最大的定時度量的時間點。定時點位置的度量的角度即是所需的小數(shù)頻偏估計值，

本發(fā)明的小數(shù)頻偏估計范圍是。

S3、如圖6所示對接收數(shù)據(jù)進行小數(shù)頻偏補償，對補償后的數(shù)據(jù)使用整數(shù)頻偏估計算法計算，得到整數(shù)頻偏值。小數(shù)頻偏估計之后是整數(shù)頻偏估計，設(shè)接收數(shù)據(jù)補償小數(shù)頻偏估計后的序列為。則可以通過下面的式子計算整數(shù)頻偏：

其中表示對 取的余。整數(shù)頻偏的估計范圍是所以總的頻偏可以被表示為

圖7中顯示了在高斯信道下，wang方法、零自相關(guān)碼法和本發(fā)明的定時成功率的對比。可以看出本發(fā)明和零自相關(guān)碼法基本上都是成功的，wang算法在低信噪比的情況下成功率是不足的。因此在低信噪比的高斯信道中，本發(fā)明的效果是足夠好的。

圖8中顯示了在高斯信道下，wang方法、零自相關(guān)碼法和本發(fā)明的頻偏估計誤差的對比，可以看出本發(fā)明的效果最好，wang方法在低信噪比的情況下誤差太大，本發(fā)明在低信噪比的情況下比wang方法好很多，約為wang方法的誤差的1/3，是零自相關(guān)碼法誤差的1/2，當信噪比提高時三種算法基本沒有差別?？梢?，本發(fā)明在低信噪比的高斯信道下對頻偏估計的能力最好的。

圖9中顯示在瑞利信道下，wang方法、零自相關(guān)碼法和本發(fā)明的定時成功率的對比。可以看出本發(fā)明基本上都是成功的，wang方法在低信噪比的情況下成功率是不足的。幾種算法都是隨著信噪比的增加成功率提高，可以看出本發(fā)明在低信噪比的情況下的優(yōu)勢明顯?？梢钥闯?，隨著信噪比的進一步降低，本發(fā)明的成功率仍是足夠高，而另三種算法的成功率就會降低。

圖10中顯示在瑞利信道下，wang方法、零自相關(guān)碼法和本發(fā)明的定時誤差的對比?？蓋ang方法在低信噪比的情況下定時誤差約為36點，零自相關(guān)碼法定時誤差約為8，而本發(fā)明誤差約為4點，是wang方法誤差的1/9，零自相關(guān)碼法誤差的1/2。幾種算法都是隨著信噪比的增加誤差減小，可以看出本發(fā)明在低信噪比的情況下的優(yōu)勢明顯。

圖11中顯示了在瑞利信道下，wang方法、零自相關(guān)碼法和本發(fā)明的頻偏估計誤差的對比，可以看出本發(fā)明的效果最好，零自相關(guān)碼法的估計誤差約為wang方法的誤差的8/9，而本發(fā)明的誤差極低，約為wang方法誤差的1/10到3/10，因此本發(fā)明可以有效抗擊瑞利衰落。

由以上實施例可以看出，本發(fā)明能用來有效地提高VLC-OFDM系統(tǒng)中的定時同步和頻偏估計性能，特別是在低信噪比瑞利衰落的情況下，性能下降不會很多，而另兩種算法在信噪比很低的情況下失誤率會增加。并且本發(fā)明數(shù)據(jù)可操作性高，提高系統(tǒng)的通信效率，改善通信系統(tǒng)的性能。