可见光多波段通信系统自适应传输技术研究

发布时间：2017-11-01 20:31

  本文关键词：可见光多波段通信系统自适应传输技术研究

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【摘要】：随着移动互联网的发展,其提供的各种方便快捷的功能已经深刻的改变了人们的生活方式,物联网、智能家居等相关产业也正处于快速发展阶段,如何为多种多样的智能设备提供安全可靠而又绿色经济的无线接入方式显得格外重要。虽然目前使用的蜂窝网及WIFI接入能解决大部分的接入问题,但是由于频谱资源的限制及射频辐射可能危害健康促使人们寻找新的接入方式。同时LED作为新一代绿色高效的光源在照明市场上高歌猛进,市场占有率节节攀升。以LED为基础的室内可见光通信迎来了前所未有的发展机遇。本文对室内可见光通信领域的基于OFDM调制的自适应传输技术进行了研究,主要包括信道估计、自适应算法等内容。本文首先介绍了可见光通信的研究背景,并对可见光通信在国内外的发展历程进行了概述。接着简要介绍了可见光通信的基本原理,包括系统模型、信道特征及光电元器件等。之后研究了光OFDM技术,主要说明了DCO-OFDM和ACO-OFDM的工作原理及区别,在此基础上提出了一种改善ACO-OFDM系统PAPR性能的RoC-ACO-OFDM方案,并且在理论和数值仿真的角度论证了该方案的有效性。随后,探讨了OFDM信道估计的常用方法,重点放在基于导频的方法中,系统研究了基于最小二乘法的LS信道估计方法、基于最小均方误差的MMSE方法及其基于MMSE两个改进方法LMMSE和SVD分解方法；然后结合可见光通信系统设计的实例,使用ZC序列作为导频,通过仿真的方法比较了上述方法在可见光信道下的性能,发现虽然LS信道估计方法在性能稍逊于LMMSE及SVD算法,但是其实现要简便得多,所以本课题硬件设计中选择使用LS进行信道估计；最后讨论了OFDM系统中信噪比的估计方法,分析了基于导频的估计方法和EVM方法,EVM方法虽然需要额外的开销,但是其估计值更加吻合实际系统,是可见光自适应传输系统的首选方法。接着,本文探讨了OFDM系统的比特和功率分配算法,阐述了自适应传输的理论基础—香农信息论和注水定理；然后介绍了OFDM自适应传输领域三个最经典的算法,分别最优的Hughes-Hartogs算法、Chow算法和Fischer算法,详细说明了这些算法的推导和实现步骤,并且通过仿真比较了它们的性能差异,发现在可见光通信信道下它们在固定速率和发射功率下BER性能相差不大；最后分析了适合子载波SNR相关性较大的简单分组分配算法(SBLA),因为可见光信道本身就是低通的,天然合适SBLA算法的应用,并且进一步利用可见光通信信道特征,提出了适应线性插值来进行功率分配的Improved-SBLA算法,通过仿真发现改进的算法在减少了反馈量就运算复杂度的基础上,BER性能与SBLA相当,验证了改进算法合理可行。最后,在前面几章讲解可见光通信原理及其自适应传输理论的基础上,介绍了本课题对应的硬件平台。首先对整个硬件平台进行了概述,包括各种器件的参数及其选择依据,并且简述了发射端和接收端的基带处理处理过程；然后重点描述了基带处理中与自适应技术密切相关的调制器、自适应参数生成、软解调三个模块；最后展示了整个硬件平台实物图。
【关键词】：可见光通信 OFDM 信道估计 自适应传输 FPGA
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 缩略词13-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 论文研究背景及意义15-16
• 1.1.1 研究背景15-16
• 1.1.2 研究意义16
• 1.2 国内外研究现状16-18
• 1.2.1 国外研究现状16-17
• 1.2.2 国内研究现状17-18
• 1.3 论文主要研究工作和章节安排18-21
• 第二章 可见光多波段通信系统概述21-41
• 2.1 引言21
• 2.2 室内可见光通信基本原理21-29
• 2.2.1 可见光通信系统模型21-22
• 2.2.2 可见光通信系统信道特性22-24
• 2.2.3 光电元器件简介24-27
• 2.2.4 光电转换器件27-28
• 2.2.5 滤光片28-29
• 2.3 OFDM技术在室内可见光通信中的应用29-39
• 2.3.1 OFDM技术发展历程29-30
• 2.3.2 DCO-OFDM简介30-32
• 2.3.3 ACO-OFDM调制32-35
• 2.3.4 RoC-ACO-OFDM调制35-39
• 2.4 本章小结39-41
• 第三章 可见光多波段OFDM系统的信道估计41-55
• 3.1 引言41
• 3.2 OFDM信道估计常用方法41-47
• 3.2.1 基于块状导频的信道估计42-45
• 3.2.2 基于梳状导频的信道估计45-47
• 3.3 可见光通信中的信道估计47-52
• 3.3.1 可见光通信系统帧结构47-48
• 3.3.2 可见光信道仿真分析48-52
• 3.4 可见光通信中的信噪比估计方法52-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第四章 可见光多波段OFDM系统速率自适应技术研究55-71
• 4.1 引言55
• 4.2 自适应传输的信息论基础55-57
• 4.2.1 高斯信道容量56
• 4.2.2 注水定理56-57
• 4.3 OFDM系统自适应算法研究57-65
• 4.3.1 Hughes-Hartogs算法58-59
• 4.3.2 P.S.Chow算法59-60
• 4.3.3 Fischer算法60-62
• 4.3.4 仿真结果分析62-65
• 4.4 可见光通信中的自适应方案研究65-70
• 4.4.1 SBLA算法65-67
• 4.4.2 减少反馈信息的改进SBLA算法67-68
• 4.4.3 仿真结果分析68-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 可见光多波段自适应通信系统硬件设计71-81
• 5.1 引言71
• 5.2 硬件平台概述71-75
• 5.2.1 硬件型号及参数简介72
• 5.2.2 发射端基带处理72-74
• 5.2.3 接收端基带处理74-75
• 5.3 自适应模块方案设计75-78
• 5.3.1 自适应调制模块75-76
• 5.3.2 信噪比估计与自适应参数计算76-77
• 5.3.3 自适应软解调模块77-78
• 5.4 系统展示78-79
• 5.5 本章小结79-81
• 第六章 全文总结与展望81-83
• 6.1 论文工作总结81-82
• 6.2 展望82-83
• 参考文献83-89
• 作者简介（包括论文和成果清单）89-91
• 致谢91

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