高效可见光空间调制方案的设计与研究
发布时间：2020-06-19 14:09
【摘要】：随着科技的不断进步,人们对于高速通信的需求不断提高,当前的通信传输速率已经远远不能满足人们的需求,同时频谱资源短缺的问题也越来越严重,迫使人们寻求新的方式实现传输速率的提升。发光二极管(Light Emitting Diode,LED)节能照明的兴起,使可见光通信(VisibleLightCommunication,VLC)渐渐走入人们的视野。可见光通信技术在满足人们照明需求的同时,还满足了人们对于高速通信的需求。并且,可见光通信由于其巨大的频谱资源,良好的保密性,绿色无污染以及对现有通信系统无干扰,已吸引了大批科研人员对其进行相关研究。另一方面,多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术作为现代通信领域的一种高效调制技术,在系统的发射端和接收端同时采用多根天线来提高系统的空间维度,通过多天线的传输可以获得空间复用和分集增益,使得MIMO技术在不增加系统带宽和功率的情况下,显著提升系统的性能和传输速率。为进一步提升可见光通信性能,需引入高效的MIMO技术,但由于MIMO技术的性能易受到信道相关性影响,而光信道的信道相关性一般较大,基于MIMO技术的空间调制(SpatialModulation,SM)技术由于能够有效避免信道间干扰,成为进一步实现可见光通信高速传输的关键技术。为了实现可见光通信的高效调制设计,本论文研究工作如下:首先,我们对于可见光通信中的直接编码空间键移调制(Direct-code Space Shift Keying,DC-SSK)进行了优化分析,该调制方案充分利用每个激活LED和未激活LED的空间信息来获得更高的传输速率。我们在加入发射功率参数下分析信号的映射准则,给出对应映射表。针对该方案的性能分析,给出了系统误符号率的表达式。通过仿真结果验证了该方案对于系统传输速率的提升以及理论表达式的准确性。其次,在DC-SSK方案基础上,研究了信道相关性对于系统性能的影响,提出高复杂度的最优功率分配算法和低复杂度的次优功率分配算法,使系统能够在信道相关性高的情况下依旧能够获得良好的系统性能,在提高传输速率的同时得到较好的系统可靠性。对优化方案进行仿真分析,证实提出的功率分配算法能够有效地降低高信道相关性对于系统的影响,提高系统性能。与此同时,我们还分析LED相关位置和半功率角对于DC-SSK系统性能的影响,对于实际应用有较强的指导作用。最后,我们设计优化了可见光通信中四色LED复杂空间调制(Quad-LED Complex Spatial Modulation,QCSM)方案,充分利用空间调制技术以及可见光通信中特有的颜色调制技术,获得系统传输速率的提升。通过空间信息和颜色信息来实现信息的高速传输。对于系统性能分析,我们将传统的系统误比特率表达式进一步简化,得到更为简便的理论结果,仿真分析验证了理论结果的正确性以及所提方案对于系统性能的提升,实现了系统传输速率和系统可靠性的共同优化。最后分析了 LED相关位置和半功率角对于QCSM系统性能的影响,并通过仿真验证结果。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.1
【图文】：
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本文编号：2720899
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.1
【图文】：
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