可见光通信系统接收机的优化设计与性能分析

发布时间：2021-04-13 21:19

　　文章在室内多小区可见光通信（VLC）系统中设计了一种使用视场角（FOV）不同的两种光电二极管（PD）的角度分集光接收机（2FOV-ADR）,并且以面积频谱效率（ASE）最大化为目标进一步对接收机进行参数优化,包括接收机PD的仰角以及采用的合并方式。考虑了4种合并方案,即等增益合并（EGC）、选择合并（SBC）、最大比合并（MRC）和最小均方误差（MMSE）合并。作为对比,也仿真了单PD接收机（SR）和传统角度分集接收机（ADR）的室内信干噪比（SINR）分布及ASE性能。仿真结果表明,2FOV-ADR极大地改善了室内SINR分布,相比于单PD接收机和传统ADR,小区边缘位置处的SINR分别得到30和20 dB的改善,并且在不同用户数下,2FOV-ADR都具有最高的ASE。因此,2FOV-ADR可以实现比单PD接收机和传统ADR更优的性能。 

【文章来源】：光通信研究. 2020,(01)北大核心

【文章页数】：6 页

【图文】：

室内多小区VLC系统模型

传统ADR和2FOV-ADR结构图

ASE随接收机仰角β的变化曲线如图3所示。由图可知,使用EGC时两种接收机均得到较低的ASE,并且ASE随β的增大而下降,传统ADR在β=0°时,最高ASE在2.00 bit/s/Hz/m2以下;2FOV-ADR在β=0°时,最高ASE为2.00 bit/s/Hz/m2。相比于EGC,使用SBC、MRC和MMSE合并所能达到的最高ASE均有较大提升,在这3种合并方式下,ASE随β的增大显示出先增后降的趋势,因此存在一个最优β使得ASE达到最大。对于传统ADR,使用SBC在β=12°时ASE达到最大为2.40 bit/s/Hz/m2;使用MRC在β=13°时ASE达到最大为2.55 bit/s/Hz/m2;使用MMSE合并在β=11°时ASE达到最大为2.62 bit/s/Hz/m2。对于2FOV-ADR,使用SBC在β=15°时ASE达到最大为2.57 bit/s/Hz/m2;使用MRC在β=8°时,最高ASE为2.80 bit/s/Hz/m2;使用MMSE合并在β=8°时ASE达到最大为2.82 bit/s/Hz/m2。由图3的仿真结果可知,对于传统ADR,MMSE合并可以实现最高的ASE,但与MRC的性能差距并不大。对于2FOV-ADR, MMSE合并的性能优势更不明显,采用MMSE合并和MRC时,ASE随仰角β的变化曲线几乎重合。MMSE合并不仅需要一个复杂电路连续监测每个PD的SINR,还需要一个复杂电路来根据PD之间的干扰相关性计算权重,其实现相对复杂;而经过优化的接收机尤其是2FOV-ADR可以用复杂度相对更低的MRC来达到MMSE合并的性能。因此,综合考虑性能与实现的复杂度,选择MRC为最优的合并方式,我们得到具有最优ASE性能的ADR(β=13°,MRC)和2FOV-ADR(β=8°,MRC)。


本文编号：3136023