可见光通信系统能效与谱效研究

发布时间：2020-05-08 01:41

【摘要】：伴随着移动互联网技术的持续蓬勃发展,无线通信产业面临的频谱资源短缺的问题日渐凸显,为了缓解这种现象,人们积极向高频领域探索。而可见光通信所处的频段高、传输速率快、保密性好、高效率、易于实现,已经吸引了光通信领域学者的广泛关注,成为光通信领域的研究热点。同时,为了推动绿色低碳发展,下一代无线通信不仅仅要考虑频谱资源利用率的问题,还要考虑能效的绿色无线通信。为了更好地实现能效和谱效这两个性能指标的均衡发展,本文针对可见光通信系统中亟待解决的能效和谱效联合优化问题展开研究,主要内容概括如下:第一,针对可见光通信系统中能效和谱效的联合优化问题,提出两种解决方案。第一种方案的核心思想是通过给谱效施加一定的约束,建立使能效最大化的优化问题。在论证了能效与谱效存在折中关系的基础上,根据能效为系统信息传输速率与总功耗的比值,将该优化问题归纳为分数规划问题,最终将其转换为非分式优化问题,并引入一种迭代求解算法进一步求解出最优功率。仿真结果表明,在满足一定谱效的前提下,一味的增加功率并不能达到更高的能效,所以选择合适的功率是至关重要的;第二种方案的核心思想是通过建立能效与谱效的多目标优化问题,采用加权乘积标量法将多目标优化问题转化成单目标优化问题,还进一步对能效、谱效与引入的权重因子的关系进行了理论推导和仿真验证。第二,针对直流偏置光正交频分复用的可见光通信系统,分别研究了线性发光二极管(LED)和非线性LED的能效与谱效的关系。对于线性LED状态,分别推导了基于比特功率加载技术的谱效和能效的表达式,然后利用谱效和能效之间的联系,推导出能效-谱效的关系闭合表达式。在此基础上,利用朗伯函数的性质求解出使能效最大的谱效,并分析了系统的水平距离、垂直距离、光电检测器的响应度和子载波数量这些系统参数对能效与谱效折中的影响。最后,仿真结果验证了理论推导结果;对于非线性LED状态,通过建立非线性LED多项式模型,推导了高信干噪比下的能效-谱效的关系闭合表达式,然后分析了非线性因子对能效与谱效的影响,并通过仿真进行验证。
【图文】：

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【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1

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