兼顾照明的可见光MIMO通信系统模型研究

发布时间：2020-11-18 20:03

　　 可见光通信(Visible light communications,VLC)是指待传输信息比特经过编码调制,以385THZ-789THZ的可见光为载波,通过LED灯快速闪烁来传输信息的一种新型无线通信方式。该技术在实际应用时需同时兼顾照明和通信的双重作用,因此需采用多LED阵列布局来保证照明,及多阵列协同传输编码技术来保证通信有效性及可靠性。本文对光源布局、信息空域和时域编码、级联编码等技术展开深入研究,具体工作内容如下:首先,以4m×4m×3m的室内房间为实验仿真模型,通过对LED发光原理的研究并参考朗伯衰减模型建立了可见光室内传输信道模型,数值计算出室内接收平面的光照度分布及均匀性,得出在相同的功耗条件下4LED阵列布局的光照度均匀性较3LED阵列提高了15.7%,l且4LED光照度值分布在348.28-462.51Lx之间,符合国际照明标准的300-1500LX。并在大区域中对MIMO信道建立自适应准则,结果表明:自适应信道较传统随机信道相比,接收平面上的功率均匀性、平均信噪比和信道容量分别提高13.75%、1.3032dB和17bit/s/Hz,误码率均值降低3个数量级。其次,在满足室内照明标准的前提下对传输信息比特进行空时分组编码,设计出不同LED阵列个数传输信息的正交编码矩阵,并实验仿真其系统可靠性。实验结果表明:空时分组编码能够获得较高的信息传输质量但是其有效性较差,在4×4MIMO系统中,当SNR≥ 8dB时,系统的误码性能优于10-6,但是系统的频谱利用率仅有1.5bit/s/Hz。再次,为提高系统的有效性对待传输信息比特进行空间调制编码,利用其位置信息携带传输比特来提高信息传输效率。实验结果表明:空间调制编码的频谱利用率可达到4 bit/s/Hz,较空时分组编码相比提高167%,但其可靠性较差,在SNR=20dB时,4×4MIMO系统的误码性能仅能达到10~(-4)即使选择性能很好的RS编码与空间调制编码级联,系统的可靠性也得不到有效保障。最后,结合空时分组编码和空间调制编码在系统可靠性和有效性方面各自的优势,设计出空时分组-空间调制级联编码应用于可见光MIMO通信中。实验结果表明:STBC-SM级联编码与空时分组编码相比,系统可靠性略有降低但是系统的频谱利用率可提高50%以上;与空间调制编码相比,系统的有效性降低了 25%,但是系统的可靠性可提高大约11dB增益以上。因此,STBC-SM级联编码有效缓解了可见光MIMO通信中系统传输速率和传输质量的矛盾性问题。
【学位单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.1
【部分图文】：

传统采用的白炽灯和荧光灯的发光机理利用物体的热辐射原理实现的，当物体的温度??达到一定程度时会辐射可见光。而现有的ＬＥＤ光源则采用的是注入式场致发光技术，是??在导体两端施加外部电场作用形成电场势能转换为光能的一种技术。如图２．１所示为ＬＥＤ??９??

灯的内部组成结构图，列出了?ＬＥＤ灯的组成部分，其中ＬＥＤ芯片是最主要的核心部件，??决定着ＬＥＤ灯能否发光。??如图２．２所示为ＬＥＤ芯片工作的发光原理图，ＬＥＤ芯片主要由Ｐ型半导体和Ｎ型半??导体以及两者之间的ＰＮ结组成，依据能量守恒定理，在无外加电场作用时，此时ＬＥＤ??芯片ＰＮ结区内部电场势能处于动态平衡状态，没有多余的能量释放和转换，所以ＬＥＤ??灯不发光。当给ＬＥＤ施加了外场正向电压时，ＰＮ结区的电场势能动态平衡状态被打破，??使得空间电荷层变窄，加剧了载流子的扩散运动，这样在靠近Ｐ区的地方高能量态的电??子与空穴相遇复合时就会产生多余的能量，根据能量守恒原则和能量转化定理，这些多余??的能量就会以发光的形式表现出来，从而实现了电能到光能的转换［３７］。ＬＥＤ灯根据其禁??带宽度的不同还可以发出不同颜色的光，而且发光的亮度可以通过施加的电压大小来调??节。当把ＬＥＤ外加反向电压时

LED灯发光懊型
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本文编号：2889142