可見光通信技術中的軟件均衡技術

王鼎 魯歡騰 陳贊謙

摘 要軟件均衡技術可分為預均衡和后均衡，預均衡一般根據系統以及信道的已知特性，在發送端進行均衡，而后均衡則能夠在傳輸環境變化的條件下，跟蹤信道的實時變化，自適應的調整自身參數，準確地對信道的傳輸特性進行補償，有效減小碼間干擾對系統的影響，以提高傳輸速率。

【關鍵詞】VLC 軟預均衡 軟件后均衡

1 引言

可見光通信系統主要采用強度調制直接檢測（IM/DD）模式，限制系統傳輸速率提高的主要因素是LED的調制帶寬，目前研究者提出了包括藍光濾光、預均衡技術、后均衡技術、清除多余載波技術、正交頻分復用技術（OFDM）、多輸入多輸出技術（MIMO）、離散多音調制（DMT）、波分復用技術（WDM）、空間光調制技術（OSM）等多種技術將可見光通信系統的傳輸速率由原來的幾十Mbps提高到幾百Mbps，再到幾Gbps再到目前的幾十Gbps級別，更高的傳輸速率不斷刷新。然而，可見光通信技術的發展還存在著一些限制和挑戰，如普通商用白光LED的調制帶寬低，從根本上限制了通信速率的提高。另外，多徑效應和碼間干擾也對系統的傳輸速率和穩定性造成影響。為了提高LED的調制帶寬克服碼間干擾的影響，最主要的方法是使用均衡技術。

2 軟件均衡技術

硬件均衡技術在一定程度上提高了LED的調制帶寬和系統的傳輸速率，但是其自身存在著時間抖動，抗干擾能力弱、帶寬受限、不能根據信道的變化自我調整等缺點，不適合用在高速傳輸系統。且模擬均衡器的靈活性低，信道的變化對系統的影響較大，要適應新的信道環境則必須調整均衡器參數，使得模擬均衡器的調試與改進困難較大。而軟件均衡技術可以根據系統的需求靈活調整參數，適應能力強，因此數字信號處理中獲得了廣泛的應用。

3 軟件預均衡技術

LED對高頻信號的衰減程度比低頻信號的衰減程度大，因此信道的增益是不均衡。適當提高高頻分量的增益或者降低低頻分量的增益能夠使信道響應更加平坦。

有限長單位脈沖響應濾波器，即FIR濾波器是數字信號系統中最基本的元件。由于FIR濾波器容易實現嚴格的線性相位，具有任意調整的幅頻特性、嚴格的線性相位、濾波器是穩定系統、可用因果系統實現、單位沖擊響應有限長、避免模擬均衡器的時間抖動等優點，因而在可見光通信系統的預均衡器中得到廣泛運用。線性橫向均衡是采用有限長的FIR濾波器來實現，使用Kaiser窗函數設計的4階FIR濾波器可以將系統的3dB帶寬從原先的2.5MHz左右提高到60MHz。研究發現相同階數的FIR濾波器對應QAM調制階數越高，均衡效果越差，這是由于高階調制信號的星座點歐式距離更近，要求更高階的FIR濾波器才能達到理想的均衡效果。

4 軟件后均衡技術

可見光通信技術作為一種新興的無線通信技術，其發展前景廣闊，已經成為國內外學者的研究熱點。在短短十幾年的發展過程中，可見光通信系統的最高傳輸速率不斷刷新，目前已經達到幾十Gbit/s的傳輸速率，未來將會有更高傳輸速率的系統走入人們視線。但是，VLC技術依舊面臨著LED調制帶寬窄和碼間串擾等不利因素，為了提高系統的傳輸速率除了采用藍光濾光片、正交頻分復用技術（OFDM）、多輸入多輸出技術（MIMO）、離散多音調制（DMT）、波分復用技術（WDM）、空間光調制技術（OSM）外，均衡技術對提升系統容量起到關鍵作用

5 結束語

由于可見光通信信道是典型的多徑信道，在高速通信過程中接收端接收到來自不同路徑的光信號，產生的多徑延遲導致碼間串擾效應。研究者主要研究采用帶訓練序列的自適應均衡算法來減小多徑效應給系統帶來的影響。常用的抑制碼間串擾的算法包括迫零均衡（ZFE）、最小均方誤差均衡（MMSEE）、最大似然序列均衡（MLSE）、最小均方均衡（LMSE）、遞歸最小二乘均衡（RLSE）。在自適應均衡中，分數間隔均衡（FSE）和判決反饋均衡（DFE）在可見光通信系統中得到廣泛應用。

軟件均衡通過設計符合要求的FIR濾波器，結合無線通信領域常用的均衡算法，能夠靈活的調整系統信道響應，提升系統調制帶寬以及克服碼間干擾等影響。目前，應用于可見光通信的均衡算法還有待進一步的挖掘和研究，將軟件均衡技術與高階調制技術（如OFDM、QAM-DMT等）相結合的方法在提高系統帶寬和穩定上前景光明。

參考文獻

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作者單位

空軍工程大學信息與導航學院 陜西省西安市 710000