OFDM可见光通信关键技术研究

发布时间：2018-04-16 00:39

  本文选题：可见光通信 + OFDM　； 参考：《东南大学》2017年硕士论文

【摘要】：可见光通信(Visible Light Communication,VLC)作为一种新兴的短距离无线通信技术,正得到越来越多的重视与研究。可见光通信具有频谱资源丰富,低耗低,低成本,保密性能好等优势。随着发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)的普及与高速发展,基于LED的照明与显示系统已经越来越融入到人们的生活。同传统射频通信一样,在VLC 的实现技术中,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术因其在频谱利用率,抗频率选择性衰落,调制解调简单易于实现,接收端无需复杂均衡技术等优势也被广泛使用。本论文将以OFDM可见光通信系统为基础,研究其实现中的关键技术,并展开相应的系统性研究。首先,本文概述了 OFDM技术的工作原理,分析了其频分性,正交性的由来,论证了快速傅里叶反变换等技术在OFDM中的应用原理,阐述了循环前缀在OFDM系统中减小码间干扰的意义及其原理,指出了 OFDM通信系统相较于单载波通信系统的优缺点;进一步概述了可见光通信系统的一般原理框图,与传统射频通信系统做了对比,分析了可见光通信系统中存在的散弹噪声和热噪声模型。其次,本文分析了 OFDM技术在可见光通信系统中最为广泛的四种技术,包括,直流偏置的正交频分复用(Direct Current biased Optical-OFDM,DCO-OFDM),非均匀限幅光正交频分复用(Asymmetrically Clipped Optical OFDM,ACO-OFDM),脉冲幅度调制-离散多音频(Pulse Amplitude Modulated-Discrete Multitone,PAM-DMT),以及反转 OFDM(Flip-OFDM)。本文详细阐述了每种OFDM系统的实现机制,并比较了其中的异同点,并重点分析了削波对每种OFDM体制下发送信号峰均比分布的影响。本文给出了削波后每种OFDM信号峰均比的互补累积分布函数,发现了该互补累积分布函数为分段函数,并进一步揭示了该分段函数的间断点分布特性、函数的单调性以及削波后峰均比上下界的特性与削波大小的关系,最后通过仿真验证了本文所述结论的正确性。随后,本文从最优化功放处发送信号峰均比的角度,确定了在各种OFDM可见光通信系统中应该采取在数字域削波还是在模拟域进行削波的问题。本文研究表明,ACO-OFDM,PAM-DMT和Flip-OFDM在削波后的信号的峰均比比削波前的原信号增加3dB,因此在这三种系统中应该采取模拟削波,即发送信号应该先过功放再在模拟域进行削波。在DCO-OFDM中,本文首先对削波进行建模,然后从最大化接收端信干燥比的角度优化发送端削波强度,并在此条件下考虑数字削波还是模拟削波。本文的研究表明,在接收端最大光信噪比20dB及以下的信道条件下,应该采取模拟削波;在25dB以上的信道条件下,理论上应该采取数字削波,即在数字域削波后再进行功率放大。最后,本文以DCO-OFDM可见光通信系统为研究对象,结合一个实际的应用场景,在考虑到实际LED的非线性特性以及光功率限制的条件下,从最优化得到的系统直流偏置和信号功率的角度,考虑发生上削波的概率问题,本文研究表明,在采用最优化的直流偏置和信号发射功率,DCO-OFDM系统发生上削波的概率随接收端最大光信噪比单调递减,在通常情况下发生上削波的概率可以忽略不计。
[Abstract]:As a new technology of short - distance wireless communication , Visible Light Communication ( VLC ) is becoming more and more attention and research . With the popularization of light - emitting diode ( LED ) and high - speed development , the technology of OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) has been widely used . In this paper , the realization mechanism of each OFDM system is discussed in detail , and the effect of clipping on the peak - to - average ratio of each OFDM system is discussed .

【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN929.1

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本文编号：1756553