OFDM在可调光VLC系统中应用的研究

发布时间：2020-09-22 10:02

　　可见光通信(Visible light communication,VLC)是一种光无线通信系统,使用LED(Light Emitting Diode)作为发射光源。相比于传统的白炽灯和荧光,LED具有寿命长,低功耗,发热少等优点。可见光通信技术作为无线射频通信技术的一种补充方式,成为了广大科研人员的关注焦点,迅速成为了无线光通信领域的研究热点。可见光通信技术利用LED闪烁的光强的不同来传输有用信息,接收端进行光强检测从而实现通信。与现在常用的无线电射频通信相比,可见光通信具有绿色环保、对人体无害、无需频带资源的特点,同时保密性也很高,适合需要保密性较高的场合。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是一种多载波调制方式,其具有很高的传输速率以及很强的抗干扰能力,将OFDM应用到可见光通信系统之中,可以提高可见光通信系统的通信性能。不同于射频通信中的OFDM,由于LED只能通过实数且为正的信号,因此,VLC通信系统通常采用强度调制/直接检测的方式。本文首先研究了强度调制/直接检测(IM/DD)可见光通信系统中OFDM调制方式的性能。由于OFDM信号具有高峰均比(PAPR)这一特点,将Beneficial Clipping方法应用于DCO-OFDM中。并且考虑到发光二极管(LED)为非线性器件,其所引起的信号失真对于VLC系统而言不能忽略。因此,在加入LED非线性模型后,对采用直流偏置正交频分复用(DCO-OFDM)调制的VLC系统进行了系统分析,并推导了 VLC系统的治噪比和误码率公式。通过数值仿真分析了该方法对系统性能的提升,并通过实验室搭建的VLC系统实验平台从实验的角度验证方法的有效性。实验结果显示,在最佳限幅比例下,误码率性能提升了 5.56dB。最后,考虑到可调光是VLC系统实际应用所不可或缺的功能,将在Beneficial Clipping方法引入到可调光VLC系统中以提高可调光VLC系统的通信性能。文中将非对称限幅正交频分复用(ACO-OFDM)作为可调光VLC系统的调制方式,加入Beneficial Clipping后,对可调光VLC系统进行了详细的分析,推导了可调光VLC系统的信噪比和误码率公式,并通过蒙特卡洛仿真验证了方法的有效性,在牺牲大约5%的调光范围情况下,能够提高误码率性能约10dB。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.1
【部分图文】：

功率谱密度,保护间隔,多径效应,符号

华北ＩＵ力人‘７：硕＿丨：’７：位论文逡逑调制信号的表达式。ＯＦＤＭ信号ｘ（７ｉ）没有特定的时域加窗方法形成波形，ＯＦＤＭ逡逑子载波频谱是辛克函数形状，如图２－１所示＝逡逑—Ｍ—逡逑ｔ逡逑图２－１邋ＯＦＤＭ信号的功率谱密度逡逑２．１．２邋ＯＦＤＭ相关问题逡逑２．１．２．１保护间隔逡逑在无线信道中，接收端１１丨能接收到发射丨ｉ＇ｉ邋４的几个延迟副本，这种现象被称逡逑为多径效应＝由于多径效应，相邻的（）ＦＤＭ符号会产生拖尾，导致符号间干扰逡逑（ＩＳ１），如图２－２所示。为了消除ＩＳＩ，通常在每个ＯＦＤＭ符号的起始位置插入逡逑包含％个采样点的保护间隔。保沪Ｎ隔的长度迪常要人于信道的时延扩展，这样逡逑由多径效应带来的码元千扰＂丨由。山于实际应用中，保护间隔的加入是浪费了一逡逑定的传输资源，因此保护间隔的长度一般取值为有效的ＯＦＤＭ符号持续时间的逡逑１／４或者１／４以丨、＇。逡逑第１径＼逡逑＾２邋？邋＇邋／邋＇逡逑毕１彳３：的第２＿卜符号与第２逡逑径的？ｆｓｉ邋１＿＿符号叠ｍ干扰逡逑阁２－２多径延迟造成ＩＳＩ逡逑保护间隔可以分为补岑传输＜ＺＰ）和循环前缀（ＣＰＬ邋ＺＰ是在保护间隔内，逡逑发射机发送空波形

系统实验,环境噪声

华北电力人学硕丨：７：位论文逡逑在图３－３中，对比了在不同的环境噪声的情况下的ＢＥＲ的性能。从仿真结逡逑果可以得出，Ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ邋Ｃｌｉｐｐｉｎｇ方法在环境噪声比较严重的情况下有更好的表逡逑现。当尸零＾邋＝邋２０ｄＢ时，运用Ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ邋Ｃｌｉｐｐｉｎｇ方法得到最佳的ＢＥＲ性能为逡逑ＰＡＷＧＮ逡逑Ｉ．３Ｅ－３，当不采用Ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ邋Ｃｌｉｐｐｉｎｇ方法时，ＢＥＲ性能为１．８Ｅ－３。ＢＥＲ性能提逡逑高了邋２．８３ｄＢ。当环境噪声比较小的情况下，Ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ邋Ｃｌｉｐｐｉｎｇ方法并为带来明逡逑显的性能提升，因为ｉＰ＿ＡＷＧＮ比较小的时候，限幅产卞的噪Ａ成为了七要的噪逡逑声来源。而在环境噪声较大时，环境噪声为主要的噪声来源。因此，Ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ逡逑Ｃｌｉｐｐｉｎｇ方法更加适合于环境噪声比较严的悄况＇邋Ｉ、＇。逡逑Ｙ１０．３逡逑——Ｐ，丨邋ｇｎａｉ／ＰＡＷＧＮ＝２0ｄＢ逡逑逦逦Ｐｓｉｇｎａｌ／ＰｆｔＷＧＮ＝２ｌＣ0逡逑２５．＼逦Ｐ￥ｉｇｎａｔ／Ｐ＾ＷＧＮ＝２２ｄＢ逡逑－邋－邋Ｐｓｉｇｎａｌ／ＰＡＷＧＮ＾２３ｃＢ逡逑＼＼ｖ＼逦Ｐｓ：ｇｎａｌ／ＰＡＷＧＮ＝２４＜ｊ邋Ｂ逡逑＼＼逦Ｐ邋：ｇｎａｌ．Ｔ＞ＡＷＧＮ－２５ｃＢ逡逑２邋逦！逦逦逡逑￡邋

实验分析,关系曲线

％｜匕屯力．人Ｔ硕士‘史位论文逡逑模型如图３－４所示。图中离散的点即为测定的实验数据，蓝色曲线为采用三阶多逡逑项式进行拟合的结果，从图中可以看出采用三阶多项式拟合能够很好的表示ＬＥＤ逡逑的非线性特性。从实验结果可以得出实验过程中的比较好的直流偏置点为３．４Ｖ，逡逑近似的线性区间为２．８Ｖ－３．８Ｖ。本次实验为后续实验平台的实验参数设置提供了逡逑依据。逡逑？２－逡逑卜逦ｒ邋？邋Ｐｔ￡Ｄｊ？ｉＷｖｉＵｌＥＤｖｊ逡逑°０．６－逡逑ｉ逦／逡逑０４＊－逦－ｊ逡逑０．２－逦－ｊ逡逑逦；逦，逦：逦—逡逑２．４逦２．６逦２．８逦３逦３２逦３．４逦３．８逦３３逦４逦４２逦４．４逡逑ＵＬＥＤＶ逡逑图３－４邋ＬＥＤ邋ｕ－ｐ关系曲线逡逑３．３．２．２实验分析逡逑实验设置如阁３－４所小：在吹：验中，ＯＦＤＭ信号的产生，ＢｅｎｅｆｌｃｉａｌＣｌｉｐｐｉｎｇ逡逑处理，佑号的上变频都在ＭＡＴＬＡＢ中完成，ＭＡＴＬＡＢ生成的ＯＦＤＭ信号参数逡逑设置」Ｊ数值仿Ａ：所采用的参数？致。实验过程中通过ＭＡＴＬＡＢ调用安装在ＰＣ逡逑端的Ｄ／Ａ卡（Ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋Ｍ２ｉ－３０５５）将得到的数字信号转换为模拟信号。得到的逡逑模拟倍乃迎过功牛．放人器进行放人，功率放大器的增益为１３ｄＢ，功率放大器采逡逑用１２Ｖ直流供电，其不失真放大频率范闱为０．８ＭＨｚ－４０ＭＨｚ。放大过后加上３．４Ｖ逡逑直流偏置的信号驱动ＬＥＤ邋（ＯＳＲＡＭ邋Ｗｈｉｔｅ邋３Ｗ）。在接受端用ＡＰＤ接收信号

【参考文献】