可见光通信技术中的软件均衡技术

王鼎 鲁欢腾 陈赞谦

摘 要软件均衡技术可分为预均衡和后均衡，预均衡一般根据系统以及信道的已知特性，在发送端进行均衡，而后均衡则能够在传输环境变化的条件下，跟踪信道的实时变化，自适应的调整自身参数，准确地对信道的传输特性进行补偿，有效减小码间干扰对系统的影响，以提高传输速率。

【关键词】VLC 软预均衡 软件后均衡

1 引言

可见光通信系统主要采用强度调制直接检测（IM/DD）模式，限制系统传输速率提高的主要因素是LED的调制带宽，目前研究者提出了包括蓝光滤光、预均衡技术、后均衡技术、清除多余载波技术、正交频分复用技术（OFDM）、多输入多输出技术（MIMO）、离散多音调制（DMT）、波分复用技术（WDM）、空间光调制技术（OSM）等多种技术将可见光通信系统的传输速率由原来的几十Mbps提高到几百Mbps，再到几Gbps再到目前的几十Gbps级别，更高的传输速率不断刷新。然而，可见光通信技术的发展还存在着一些限制和挑战，如普通商用白光LED的调制带宽低，从根本上限制了通信速率的提高。另外，多径效应和码间干扰也对系统的传输速率和稳定性造成影响。为了提高LED的调制带宽克服码间干扰的影响，最主要的方法是使用均衡技术。

2 软件均衡技术

硬件均衡技术在一定程度上提高了LED的调制带宽和系统的传输速率，但是其自身存在着时间抖动，抗干扰能力弱、带宽受限、不能根据信道的变化自我调整等缺点，不适合用在高速传输系统。且模拟均衡器的灵活性低，信道的变化对系统的影响较大，要适应新的信道环境则必须调整均衡器参数，使得模拟均衡器的调试与改进困难较大。而软件均衡技术可以根据系统的需求灵活调整参数，适应能力强，因此数字信号处理中获得了广泛的应用。

3 软件预均衡技术

LED对高频信号的衰减程度比低频信号的衰减程度大，因此信道的增益是不均衡。适当提高高频分量的增益或者降低低频分量的增益能够使信道响应更加平坦。

有限长单位脉冲响应滤波器，即FIR滤波器是数字信号系统中最基本的元件。由于FIR滤波器容易实现严格的线性相位，具有任意调整的幅频特性、严格的线性相位、滤波器是稳定系统、可用因果系统实现、单位冲击响应有限长、避免模拟均衡器的时间抖动等优点，因而在可见光通信系统的预均衡器中得到广泛运用。线性横向均衡是采用有限长的FIR滤波器来实现，使用Kaiser窗函数设计的4阶FIR滤波器可以将系统的3dB带宽从原先的2.5MHz左右提高到60MHz。研究发现相同阶数的FIR滤波器对应QAM调制阶数越高，均衡效果越差，这是由于高阶调制信号的星座点欧式距离更近，要求更高阶的FIR滤波器才能达到理想的均衡效果。

4 软件后均衡技术

可见光通信技术作为一种新兴的无线通信技术，其发展前景广阔，已经成为国内外学者的研究热点。在短短十几年的发展过程中，可见光通信系统的最高传输速率不断刷新，目前已经达到几十Gbit/s的传输速率，未来将会有更高传输速率的系统走入人们视线。但是，VLC技术依旧面临着LED调制带宽窄和码间串扰等不利因素，为了提高系统的传输速率除了采用蓝光滤光片、正交频分复用技术（OFDM）、多输入多输出技术（MIMO）、离散多音调制（DMT）、波分复用技术（WDM）、空间光调制技术（OSM）外，均衡技术对提升系统容量起到关键作用

5 结束语

由于可见光通信信道是典型的多径信道，在高速通信过程中接收端接收到来自不同路径的光信号，产生的多径延迟导致码间串扰效应。研究者主要研究采用带训练序列的自适应均衡算法来减小多径效应给系统带来的影响。常用的抑制码间串扰的算法包括迫零均衡（ZFE）、最小均方误差均衡（MMSEE）、最大似然序列均衡（MLSE）、最小均方均衡（LMSE）、遞归最小二乘均衡（RLSE）。在自适应均衡中，分数间隔均衡（FSE）和判决反馈均衡（DFE）在可见光通信系统中得到广泛应用。

软件均衡通过设计符合要求的FIR滤波器，结合无线通信领域常用的均衡算法，能够灵活的调整系统信道响应，提升系统调制带宽以及克服码间干扰等影响。目前，应用于可见光通信的均衡算法还有待进一步的挖掘和研究，将软件均衡技术与高阶调制技术（如OFDM、QAM-DMT等）相结合的方法在提高系统带宽和稳定上前景光明。

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作者单位

空军工程大学信息与导航学院 陕西省西安市 710000