噪声补偿张量模式的中继转发式室内VLC系统的信道估计

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光保真技术(Light Fidelity,LiFi)作为新型通信技术,已被证明在一些特定通信环境内能够有效地弥补传统无线电磁波通信技术的不足。相较于传统电磁波通信技术,可见光通信技术不仅提高了传输速率,还提升了信息传输的准确性和保密性,使得其能够在室内传输环境中有着较为突出的优势。由于一般室内信息传输环境中信道状态信息未知,而想要得到最佳的接收信号,就需要通过信道估计方法获取到实时的信道状态信息,进而来调整发射信号。区别于传统电磁波通信系统,室内可见光通信系统的发送数据需要满足非负且为实值的条件。并且由于光传输信号是依靠光电二极管进行接收,在接收端所获得的传输数据中,除了包含环境中的噪声干扰以外,还可能存在来自其他光源的信号,因此使得其信道估计的过程更为复杂。为了解决室内可见光通信系统的信道估计所存在的问题,本文提出基于噪声补偿张量模式的信道估计算法,其主要研究内容如下:由于现有信道估计算法大多使用估计效率较高的导频插入方法,而目前基于导频方法的信道估计算法没有能够根据室内可见光通信系统发送端特有数据结构对发送导频进行设计,从而导致估计的效率较低。而本文提出的信道估计方法,根据在相同时刻,同一频率上所受的干扰基本相似的原理,设计了一种适用于室内可见光通信系统的发送导频结构,该导频结构在满足其发送条件的情况下,最大限度的保障信号在单位时间内的信息传输数量的最大化,能够在提高传输效率的同时,还能在接收端得到用作信道估计和噪声估计的两类导频数据。利用张量分解来进行多维数字信号处理的方法已被证明是有效的。根据对可见光通信系统发送数据进行分析,证明其发送的是一个多维数字信号。因此,通过已知的室内可见光通信系统模型选择合适的张量分解结构,并在接收端对应位置上提取出噪声估计导频和信道估计导频,构成噪声估计张量和信道估计张量。利用噪声估计张量去除信道估计张量中的噪声分量,并结合张量分解方法,实现对信道内各参数的噪声补偿估计过程。根据对实际室内通信环境的进行分析,建立了针对各类室内可见光通信系统的张量模型,如单向双跳的中继转发式室内可见光通信系统、受不同光源干扰的中继转发式室内可见光通信系统和全双工室内可见光通信系统。再利用基于噪声补偿张量模式的估计算法,完成对几种不同的室内可见光通信系统信道内各参数的估计。为进一步提高估计精度和估计效率,对信道内各参数进行联合估计,利用交替求解的方法,不断迭代,精确的估计出信道参数值。并且,在整个估计过程中将噪声分量作为一个估计参数,通过不断地更新系统中噪声分量的估计值,使得整个估计过程能够快速收敛,在提高了估计精度的同时降低迭代次数。
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