可见光通信系统中自适应滤波器的设计及FPGA实现

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:jitlin
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随着可见光通信的迅速发展,工程师不断追求更高的通信速率和更远的通信距离。这对可见光通信系统的设计提出了更高的要求,特别是室外可见光通信系统,其面临这更加复杂的通信环境和背景光噪声情况,这无疑使可见光通信系统的设计变的更加困难。室外可见光通信系统所面临的复杂背景光噪声极大地限制了光通信系统的性能,其背景光噪声主要包括太阳光噪声,各种人工光源噪声(白炽灯,荧光灯,发光二极管(LED)等)以及经过一次反射甚至二次反射所形成的噪声,诸多种类的背景光噪声会严重干扰信号光的传输甚至会使信号光湮没在噪声里,导致通信系统输出信噪比下降,降低通信系统的可靠性,因此可见光通信系统中的去燥算法具有非常高的实用性与研究价值。本文立足于实际的可见光通信系统,利用自适应滤波算法滤除光通信系统中的背景光噪声,完成了可见光通信系统中自适应滤波器的设计及FPGA实现,论文主要工作如下:1、研究自适应滤波器的相关理论,包括自适应滤波器的结构及其基本构成,维纳滤波器的实现及其最优解求解过程,自适应滤波算法的理论推导与相关算法的优缺点对比。其中自适应滤波算法包含最小均方误差(LMS)算法与最小二乘(RLS)算法两大类。2、针对实际可见光通信系统,设计了基于PSK调制方式的自适应滤波系统,论文设计了该光通信系统的输入输出信号与期望信号,同时提出了最大化解调星座点间隔的代价函数,并通过解调星座点构造期望信号,兼顾了系统的计算效率和设计简洁性。3、基于上述的系统设计,本文利用真实的受噪声干扰的PSK信号作为自适应滤波系统的输入信号,仿真了各种自适应滤波算法在该系统下的性能表现,最终通过对比选取了最小均方误差(LMS)算法作为本系统的自适应滤波算法,同时得到了该算法下的最优参数集合。4、针对上述方案,本文给出了基于FPGA的总体设计框图及模块化设计方案,最后通过Verilog实现了所有功能,最终利用FPGA开发板实现系统的板级验证,系统输入信噪比为2dB,解调输出信噪比为9.86dB,信噪比提升为7.86dB。
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