New Ofdm-Mimo for Visible Light Communication.pdf

1、個人通信隨著新的服務(wù)例如視頻聊天、社交網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)游戲不斷發(fā)展，通過光纖入戶技術(shù)（使用光纖接入網(wǎng)絡(luò)）的普及，用戶可以和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商 ISP高速互聯(lián)。但是更多的時候家庭網(wǎng)絡(luò)通過使用Wi-Fi接入無線網(wǎng)絡(luò)，然而 Wi-Fi存在諸如帶寬和安全性等的限制。燈光廣泛使用，所以可以通過燈光設(shè)計實現(xiàn)基于可見光的通信（VLC），它適用于如辦公室、家庭、研究所等很多場合，所以 VLC的研究迅速引起了人們的關(guān)注。紛紛提出相關(guān)技術(shù)，其中領(lǐng)先的技術(shù)是基于半導(dǎo)體

2、低功耗的LED燈。LED燈比起一般的燈光要能耗更低，這種技術(shù)應(yīng)用到可見光通信中會產(chǎn)生不同的效果?？梢姽馔ㄐ攀且环N利用可見光的短距離無線傳輸，基于 LED的可見光通信有很多如節(jié)能、安全、高帶寬密度、對人體無害等優(yōu)點，然而 LED的低可調(diào)制帶寬是VLC獲得高數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕夹g(shù)挑戰(zhàn)。IEEE802.15.7標(biāo)準定義了一種利用LED在無線個人局域網(wǎng)進行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā５沁@種新標(biāo)準在帶寬調(diào)制和傳輸技術(shù)上存在一些缺陷。為了通過有限的帶寬達到更

3、高的傳輸速率，OFDM是最為廣泛被應(yīng)用的技術(shù)手段。和無線電系統(tǒng)中類似，本論文中討論了利用OFDM技術(shù)實現(xiàn)多用戶數(shù)據(jù)的并行傳送與接收的同時提高數(shù)據(jù)吞吐量。我們提出了新的基于OFDM—MIMO技術(shù)設(shè)計，對一種四路LED發(fā)送和四路PD接收的VLC系統(tǒng)，利用快速傅里葉變換（FFT）和離散余弦變換（DCT）技術(shù)獲得比 ACO-OFDM或 DCO-OFDM更好的性能和更低的功耗。通過此設(shè)計我們可以傳送輸出OFDM信號的所有實部和虛部。仿真結(jié)果表明在

4、BPSK調(diào)制技術(shù)下，F(xiàn)FT設(shè)計比DCT設(shè)計會獲得更高的系統(tǒng)性能，當(dāng)隨著調(diào)制技術(shù)的字符增加，兩種設(shè)計的性能趨于一致。FFT比起 DCT的另一大優(yōu)點是譜效率，傳輸相同質(zhì)量的數(shù)據(jù)，利用FFT設(shè)計所需的帶寬只是DCT設(shè)計的一半。在論文的最后我們討論了一種在多用戶下的移動VLC系統(tǒng)中整合這種新設(shè)計的可能性。
　　在介紹完本論文的主要內(nèi)容后，為了使大家更好的理解文章，附上本論文各章節(jié)主要工作內(nèi)容：
　　第一章：本章對論文進行總體描述以及

5、VLC系統(tǒng)的需求概述；
　　第二章：本章對 VLC系統(tǒng)從源節(jié)點到接收節(jié)點進行論述，描述了系統(tǒng)怎樣工作、怎樣改進，最后指出VLC的局限性；
　　第三章：本章提出一種對傳輸系統(tǒng)的改進方案，之后提出一種結(jié)合OFDM和MIMO技術(shù)的不同調(diào)制方法；
　　第四章：設(shè)計過程之后，本章顯示了模擬和分析不同的調(diào)制技術(shù)
　　第五章：本章對整個論文進行總結(jié)，并展望了一種在多用戶下的移動VLC系統(tǒng)中整合這種新設(shè)計的可能性。
　　提

6、出設(shè)計:
　　在可見光通信系統(tǒng)，一個視距鏈路中兩個收發(fā)器之間應(yīng)該保持平直度的可見光信號。然而，鏈接失敗造成的暫時阻斷或取向差的發(fā)射機頻繁發(fā)生,導(dǎo)致錯誤幀出現(xiàn)。由于以下原因使光在自由空間傳輸高速數(shù)據(jù)非常具有挑戰(zhàn)性:
　　LED和 PD之間的信道非常短（只能達到幾米）而且信道角度是LOS（或通過信號反射解決）.由于PD高速低靈敏度LED燈需要直接照射到PD上, PD通常對背景光和相鄰光源非常敏感,信道帶寬越來越高,增加能耗.實施

7、面臨的主要挑戰(zhàn)之一可見光通信技術(shù)要找到一種實現(xiàn)通信而不影響照明的方法。相對較低的調(diào)制帶寬的可見光發(fā)光二極管對高數(shù)據(jù)率傳輸提出了一種技術(shù)挑戰(zhàn)。已有多種方法被認為可以緩解這個問題：藍光過濾,前后均衡技術(shù),高效的調(diào)制技術(shù)（正交頻分多路復(fù)用）,光學(xué)多輸入多輸出(MIMO),波分復(fù)用以及可見光技術(shù),多址技術(shù)(TDMA)。實際價值基帶OFDM信號用于調(diào)節(jié)光載波的瞬時功率導(dǎo)致IM/DD。
　　IM/ DD是常用的光纖和室內(nèi)光無線通信系統(tǒng)(OWS

8、)傳輸?shù)男盘枦]有極性和相位信息。在 MIMO系統(tǒng)，空間自由度可以用來傳輸?shù)摹罢龢O”使用和“負極”信號。在光學(xué)無線通信系統(tǒng)中 OFDM主要缺點是其由于直流分量導(dǎo)致低功率效率，這就需要提供一個一個單極調(diào)制信號。當(dāng)前對改進 VLC性能的研究主要集中在兩個研究方向,發(fā)送端分集多輸入多輸出通信,先進的調(diào)制技術(shù):DMT(OFDM)
　　提出的設(shè)計步驟如下。在發(fā)送端,調(diào)制部分不變,在實部和虛部IFFT或者 IDCT變換結(jié)果是單獨的,實部和信號部

9、分分別從并行轉(zhuǎn)換為串,零剪切應(yīng)用于將所有負值設(shè)置為0,前綴的代碼應(yīng)用于將信號發(fā)送到 LEDs。在接收端由兩個光敏二極管接收信號,刪除前綴的代碼,串行信號再轉(zhuǎn)換為并行信號, FFT變換前進行混合器重建復(fù)雜信號
　　在發(fā)送端使用四個LEDs設(shè)計成一個單輸入多輸出,這是多輸入多輸出(MIMO)調(diào)用的一個基礎(chǔ)。
　　在新的設(shè)計中,提出了一種基于 OFDM-MIMO技術(shù)，相比于 ACO-OFDM或 DCO-OFDM技術(shù)，它可以減少功率