室内可见光通信DCO-OFDM系统的研究

发布时间：2017-06-24 15:06

  本文关键词：室内可见光通信DCO-OFDM系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：可见光通信(VLC)是一种新兴的接入技术,兼顾了照明和通信,能满足高速数据业务,拥有包括成本低廉,绿色安全,保密性好,易于实现,电磁兼容性好在内的众多优势。和传统射频无线通信不同的是,可见光通信使用强度调制直接检测(IM/DD),要求以光强为载体的发送信号必须是非负实数。而基于直流偏置的正交频分复用系统(DCO-OFDM)通过叠加直流偏置并削去负值信号后得到单极性信号,具有构造简单,频谱效率高的特点,在现阶段研究中吸引了大量关注。本论文将以室内可见光通信系统中的DCO-OFDM为主,展开与之相关的研究。首先,本文对室内可见光通信系统做了系统性的概述,比较了可见光通信和射频无线通信,剖析了可见光通信系统中的若干关键部分,包括光电器件,信道特点,噪声特性,常见应用场景下的功率限制等。本论文将研究两种具有代表性的可见光信道,包括加性高斯白噪声(AWGN)信道和可见光低通信道。信道噪声建模为零均独立的高斯噪声。并且,我们考虑了系统的光功率限制条件和电功率限制条件。其次,本文介绍了D CO-OFDM的系统模型和工作原理,建模分析了该系统中的非线性削波过程,从多个角度分析了DCO-OFDM的系统性能。同时,还选取了另外两种可见光OFDM (ACO-OFDM和PAM-DMT),对它们的系统模型,性能指标进行了讨论。并且,通过仿真和数值计算,分别在AWGN信道下和可见光低通信道下比较了DCO-OFDM与其他可见光OFDM系统的优劣。从仿真结果来看,相比于ACO-OFDM口PAM-DMT,DCO-OFDM的频谱利用率较高,在高信噪比下性能相对更好,但是受直流偏置影响较大。因而,DCO-OFDM系统中的直流偏置优化问题是本文的研究重点。接下来,本文先考虑了AWGN信道,分别讨论了光功率受限,电功率受限,和两者同时受限时的直流偏置和有效功率优化问题。我们从理论上精确地刻画了最优解,深化了对直流偏置分配和DCO-OFDM系统设计的理解。我们还建立了光功率限制和电功率限制的联系,详细讨论了两种功率限制各自对系统性能的影响,并给出了优化问题的快速求解算法。同时,本文还考虑可见光通信中需要保证照明的场景,即恒定光强限制下的问题。最后通过数值计算和仿真验证了上述结论和算法的可靠性。最后,本文研究了可见光低通信道下直流偏置优化问题。在这种更加复杂的情况下,本文根据AWGN信道得到的结论,给出了最优解的范围,提供了精确的全局最优算法和高效的简化算法,并考虑了子载波功率和直流偏置的联合优化问题。通过数值结果,验证了可见光低通信道下相关结论和算法的有效性。
【关键词】：DCO-OFDM 直流偏置 OFDM 优化 VLC
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 缩略词11-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 引言13-14
• 1.2 论文的研究背景14-16
• 1.2.1 可见光通信的发展和概况14
• 1.2.2 OFDM技术的发展历史和现状14-15
• 1.2.3 OFDM技术在可见光通信中的应用15
• 1.2.4 DCO-OFDM的研究进展和现状15-16
• 1.3 论文研究内容和安排16-19
• 第二章 室内可见光通信系统19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 室内可见光通信系统概况19-21
• 2.3 光电器件21-23
• 2.3.1 电光转换器件21-22
• 2.3.2 光电转换器件22-23
• 2.4 可见光通信信道特性23-25
• 2.5 系统噪声建模25-26
• 2.6 功率限制条件26-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 DCO-OFDM与其他可见光OFDM29-47
• 3.1 引言29
• 3.2 DCO-OFDM系统29-37
• 3.2.1 系统模型29-32
• 3.2.2 非线性削波分析32-34
• 3.2.3 性能分析34-35
• 3.2.4 优缺点总结35-37
• 3.3 其他可见光OFDM系统37-43
• 3.3.1 ACO-OFDM37-40
• 3.3.2 PAM-DMT40-43
• 3.4 不同可见光OFDM系统比较43-46
• 3.4.1 AWGN信道43-45
• 3.4.2 可见光低通信道45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 DCO-OFDM在AWGN信道下的直流偏置优化47-67
• 4.1 引言47
• 4.2 直流偏置和有效功率优化问题47-48
• 4.3 光功率受限的优化问题48-54
• 4.3.1 最大光强限制48-52
• 4.3.2 恒定光强限制52-54
• 4.4 电功率受限的优化问题54-59
• 4.5 光功率限制和电功率限制的联系和区别59
• 4.6 光功率和电功率同时受限的优化问题59-65
• 4.7 本章小结65-67
• 第五章 DCO-OFDM在可见光低通信道下的直流偏置优化67-79
• 5.1 引言67
• 5.2 固定功率分配的直流偏置优化67-71
• 5.3 快速的简化算法71-72
• 5.4 直流偏置和子载波功率的联合优化72
• 5.5 数值结果72-77
• 5.6 本章小结77-79
• 第六章 全文总结与展望79-81
• 6.1 论文工作总结79-80
• 6.2 进一步的研究方向80-81
• 参考文献81-87
• 作者简介87-89
• 致谢89

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