無(wú)線可見(jiàn)光通信關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線可見(jiàn)光通信系統(tǒng)是指利用可見(jiàn)光波作為信息的載體進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)，該技術(shù)方案在提供通信的基本需求以外還具有電磁兼容性良好、無(wú)頻譜許可要求、改善特定環(huán)境下通信質(zhì)量以及提高信息安全性等優(yōu)勢(shì)，因此受到學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。室內(nèi)環(huán)境下的無(wú)線可見(jiàn)光通信技術(shù)使得室內(nèi)LED光源兼顧通信與照明等功能，扣除照明本身的能耗，用于無(wú)線傳輸?shù)哪芎娘@著低于傳統(tǒng)射頻無(wú)線通信系統(tǒng)。近年來(lái)，作為研究熱點(diǎn)之一的無(wú)線可見(jiàn)光通信技術(shù)，已經(jīng)被更多的研究人員關(guān)注。例如

2、，在光波傳輸機(jī)理下無(wú)線光通信技術(shù)能否逼近傳統(tǒng)信道容量;無(wú)線光通信中高效調(diào)制編碼理論研究等。隨著LED綠色高效光源的推廣普及，室內(nèi)無(wú)線可見(jiàn)光通信技術(shù)將會(huì)被廣泛地應(yīng)用在無(wú)線通信“最后一米”的解決方案中。在這一背景下，無(wú)線可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的信道模型和容量分析、光電資源配置與優(yōu)化、高效傳輸調(diào)制與接收研究也必然受到人們的關(guān)注。本文針對(duì)上述室內(nèi)環(huán)境下的無(wú)線可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的若干關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)深入研究，具體說(shuō)來(lái)，論文作了以下主要貢獻(xiàn):
　　本論文第二

3、章針對(duì)光波傳輸機(jī)理，研究了無(wú)線光通信系統(tǒng)的信道容量問(wèn)題。本章研究首先基于泊松光子信道模型，推導(dǎo)得出脈沖位置調(diào)制下的光通信系統(tǒng)的傳輸容量表達(dá)式，進(jìn)一步研究了泊松信道的容量下界問(wèn)題;接著本章考慮了系統(tǒng)傳輸信號(hào)的峰值功率約束對(duì)信道容量的影響，推導(dǎo)得出平均功率與峰值功率約束條件同時(shí)或者分別存在情形下的信道容量上下限，并利用計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明這些結(jié)果的準(zhǔn)確性;本章最后針對(duì)光正交頻分復(fù)用技術(shù)存在限幅截?cái)嗟奶匦?，分析了ACO-OFDM與DCO-OFD

4、M系統(tǒng)限幅信號(hào)的功率，并分別給出系統(tǒng)的最大可行傳輸速率的理論推導(dǎo)。
　　本論文第三章研究無(wú)線光通信系統(tǒng)的信道均衡問(wèn)題。本章分析了無(wú)線光通信系統(tǒng)中碼間干擾的主要來(lái)源，針對(duì)室內(nèi)LED光源調(diào)制帶寬相對(duì)較窄的問(wèn)題提出了分?jǐn)?shù)域均衡的方案，利用信號(hào)過(guò)采樣來(lái)提升均衡濾波器抽頭的分辨率;接著本章根據(jù)理論推導(dǎo)得出的分?jǐn)?shù)域均衡器抽頭系數(shù)最優(yōu)解設(shè)計(jì)了兩種均衡算法，分別給出迫零算法與判決反饋算法的濾波器抽頭系數(shù)解;最后利用計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果驗(yàn)證了不同速率下分

5、數(shù)域間隔均衡的性能優(yōu)越性。
　　本論文第四章主要研究了DCO-OFDM發(fā)送端優(yōu)化問(wèn)題。我們從光正交頻分復(fù)用調(diào)制的原理出發(fā)，分別分析了三種光正交頻分復(fù)用調(diào)制的特點(diǎn)。大部分現(xiàn)有研究工作都只考慮到光信號(hào)單極性的特點(diǎn)而采用了信號(hào)下限幅截?cái)嗖僮?。?shí)際上如何抑制高峰均比一直是OFDM傳輸系統(tǒng)中的一個(gè)重要問(wèn)題。這一章研究采用上下非對(duì)稱限幅截?cái)嗟姆椒?，使得發(fā)射信號(hào)功率滿足光源LED的線性工作區(qū)域要求。同時(shí)為了克服因限幅截?cái)嘁鹣到y(tǒng)誤碼率惡化的問(wèn)題

6、，我們對(duì)DCO-OFDM方案中的偏置電流功率進(jìn)行優(yōu)化。本章研究在保證非對(duì)稱限幅截?cái)酀M足系統(tǒng)硬件需求的同時(shí)最小化所有子載波上的信號(hào)限幅失真函數(shù)。依據(jù)優(yōu)化準(zhǔn)則建立起來(lái)的功率控制問(wèn)題是一個(gè)組合優(yōu)化問(wèn)題，目標(biāo)函數(shù)是非凸函數(shù)。接著本章給出了一個(gè)合理的搜索算法對(duì)全局最優(yōu)解進(jìn)行判定，計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明合理選擇發(fā)送端偏置電流功率對(duì)于DCO-OFDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)非常必要，也在一定程度上緩解了限幅截?cái)嘣肼晫?duì)系統(tǒng)誤碼率的影響。
　　最后，論文第五章考慮了光

7、正交頻分復(fù)用方案接收端優(yōu)化問(wèn)題。本章利用誤差向量幅度值來(lái)表征接收端信號(hào)的失真水平，并理論推導(dǎo)得出上下限幅截?cái)嘈盘?hào)的誤差向量幅度。在此基礎(chǔ)上，本章給出了最大似然檢測(cè)接收誤比特率的理論值。我們接著給出兩種改進(jìn)型的迭代最大似然檢測(cè)接收算法:1.通過(guò)對(duì)殘留限幅噪聲的迭代估算并對(duì)原始估計(jì)序列的更新得到最大似然算法的析出信號(hào);2.通過(guò)權(quán)重因子將限幅噪聲高斯白化，使得最大似然估計(jì)檢測(cè)算法滿足最優(yōu)線性估計(jì)條件，再通過(guò)迭代算法得出接收機(jī)析出信號(hào)。計(jì)算機(jī)仿