可见光通信中的PPM编码调制技术

发布时间：2017-12-24 14:39

本文关键词：可见光通信中的PPM编码调制技术　出处：《东南大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近年来,无线通信的发展受到了诸多的限制,如频谱资源的短缺,电磁辐射对人体的危害等。而随着发光二极管(LED)技术的不断发展和在现代家庭中的普遍使用,与之对应的使用LED灯进行数据传输的室内可见光通信技术因此受到了极大的关注。可见光通信技术具有频谱资源丰富,绿色安全,能量转化率高等诸多优点,对于实现室内高速绿色通信具有重要的研究价值。本文主要着眼于室内可见光通信系统中的编码调制技术,侧重于优化系统的性能。首先,本文介绍了可见光通信中基本的理论知识,包括通信系统结构,调制技术和信道编码技术。一个可见光通信系统包含发送端和接收端,它们又分别包含调制/解调,编码/解码等模块。针对调制技术,我们对常用的OOK、PPM、MPPM等调制技术进行了分析和比较,并重点介绍了MPPM软解调的输出对数似然比计算。信道编码也是通信系统中不可或缺的部分,LDPC码具有近香农限的优异性能、较低的误码平台、吞吐量大等优点,因此我们主要介绍LDPC码。针对LDPC码,本论文重点阐述了它的译码算法。其次,本文对基于LDPC码编码的MPPM调制技术进行了研究,采用MPPM调制的系统的性能主要受MPPM调制比特符号映射方式的影响。我们采用基于LDPC码的BICM-ID方案,并运用改进的EXIT分析方法来精确预测联合LDPC码和MPPM调制的迭代译码系统的收敛门限,分析BICM-ID系统的性能。此外,我们详细解释了改进的遗传算法,并利用包括EXIT_]限在内不同的判断准则,搜索较优的比特符号映射方式,通过比较和仿真验证,证明遗传算法结合EXIT门限的方法是可行的。接着,本文研究了MPAPM调制的星座优化问题。相比于MPPM调制,MPAPM引入幅度变量,进一步增加了星座的维度,能应用于对传输速率有较高要求的场合。我们将MPAPM的高维星座优化问题转化为一个凸优化问题,利用Matlab工具求解。根据优化的结果,MPAPM在与OOK有相同的传输效率的条件下,性能上有稍许优势。如果考虑牺牲部分传输效率,与传统MPPM调制相比,MPAPM星座的星座点能量分布不均衡,相比能量分布均衡的MPPM星座有更大的最小欧式距离,因此在SER性能上有明显增益。最后,本文还研究了可见光通信中的亮度调节方案。亮度调节方案一般分为两类,一类基于调制技术,一类基于信道编码技术。基于调制的方案我们介绍了VOOK、VPPM、MPPM和混合MPPM调制方案,并分别阐述了它们的优缺点。我们的讨论重点是混合MPPM调制,其在亮度调节范围、调节分辨率、传输效率等方面有明显优势。基于编码的方案主要通过采用Turbo码或LDPC码的打孔技术,并在打孔位置插入补偿符号来实现亮度调节。我们详细介绍了基于LDPC码的自适应差错控制方案,其根据不同的亮度采用不同码长的LDPC码和确定打孔长度。该方案采用了OOK调制,我们将混合MPPM调制运用到其中,在保证传输效率不低于采用OOK调制的前提下,获得更优的性能,尤其在极高和极低亮度下依然可以有效传输。
【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

【参考文献】