多小区多用户可见光通信系统性能研究

发布时间：2020-11-04 05:53

　　 随着当前新兴业务和无线设备数目的激增,人们对无线数据流量特别是室内数据流量的需求飞速增长。而传统射频频谱资源紧缺的问题正不断凸显,已无法满足未来不断增长的数据流量需求。近年来,以发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)为代表的新型照明技术正在不断普及,可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术为满足室内高速通信需求提供了新的方法和思路。然而,由于室内用户设备的日益增长,现有点对点的可见光通信已经无法满足未来室内多用户的高速通信需求。室内可见光通信有传输距离短的特点,这使得光小区的划分尤为重要,同时光小区的划分还能使空间资源得到重用,提升系统整体的通信速率。多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术和非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术作为5G的关键技术成为研究热点,这两种技术可以在光小区中通过频谱资源的空间复用来提升系统频谱效率。本文主要围绕MIMO技术和NOMA技术对室内多小区多用户可见光通信系统展开研究。对MIMO-VLC系统中的一种有效的紧凑型基于孔的角度分集接收机,在不改变原接收机尺寸的情况下,通过在接收机中间增加一个不带孔的接收单元来增加一路较大的信道增益,增强了接收机对垂直向下方向入射光的接收能力。将改进的基于孔的角度分集接收机应用于多小区多用户MIMO-VLC系统,为了解决多个用户距离较近可能导致整体MIMO信道矩阵不满秩的问题,考虑了一种基于最大最小奇异值(Maximum Minimum Singular Value,MMSV)准则的光电探测器选择(Photodetector Selection,PDS)方法。针对如何消除小区间干扰的问题,首先通过LED的倾斜对干扰区进行了优化,然后讨论了两种多小区实现方案:第一种是动态小区划分,第二种是PDS消除小区间干扰。仿真结果表明,两种方案都能成功消除小区间干扰的影响。研究了 NOMA VLC系统中的一种交叉用户分组和配对策略,并从系统覆盖概率和遍历性和速率的角度分析了该方案相对OMA方案的优势。将这种交叉用户分组和配对策略应用到多小区联合传输系统中,为了避免小区中重叠区域和非重叠区域之间的干扰,考虑了两种子载波分配方案:一种是基于面积的子载波分配,另一种是基于用户的子载波分配。通过仿真分析了两种方案的性能,并与一种频率复用系数为2的NOMA多小区方案进行了比较。仿真结果表明,基于用户的子载波分配方案性能最优,基于面积的子载波分配方案在用户数较大时优于频率复用系数为2的NOMA方案。
【学位单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TN929.1
【部分图文】：

???２室内ＶＬＣ技术概述和基于孔的角度分集接收机研究??在研究ＶＬＣ系统中的各种技术之前，研究ＶＬＣ系统的理论基础是十分必要的。因??此，本章首先介绍了室内ＶＬＣ技术的基本原理以及信道建模，然后在此基础上介绍了??第３章要用到的基于孔的角度分集接收机，并对其性能进行了详细研宄。??２．１室内ＶＬＣ技术概述??２．１．１室内ＶＬＣ技术原理??｜?？?｜?—?Ｉ??号?ＨＭ?—?￣—号??发射端电路?Ｉ?１?——■——Ｉ?接收端电路??Ｔｘ?Ｒｘ??图２．?１?ＶＬＣ系统工作模型??Ｆｉｇ．?２．１?ＶＬＣ?ｓｙｓｔｅｍ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｍｏｄｅｌ??典型的室内可见光通信系统和移动无线通信系统类似，主要由发射部分、室内可见??光信道和接收部分组成，系统工作模型如图２．１所示。原始的发射信号为二进制比特流，??首先要经过预均衡和编码调制处理，然后通过强度调制驱动ＬＥＤ。预均衡处理是为了补??偿信道、器件等对信号造成的失真，可以使ＬＥＤ的调制带宽以及传输速率得到提高。??与此类似，在接收端还要进行后均衡，目的是补偿采样时钟频偏等其他信道因素造成的??损耗。编码调制是为了提高系统的频谱效率，实现可见光通信系统的高速传输，可以采??用二进制开关键控（Ｏｎ－Ｏｆｆ－Ｋｅｙ，?ＯＯＫ）、脉冲幅度调制（Ｐｕｌｓｅ?Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ?Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，??ＰＡＭ）、脉冲位置调制（Ｐｕｌｓｅ?Ｐｏｓｉｔｉｏｎ?Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，?ＰＰＭ）和?ＯＦＤＭ?等多种调制方式［４２］。??接收端通常包括光集中器、光电探测器（Ｐｈｏｔｏ－ｄｅｔｅｃｔｏｎ?ＰＤ）、滤波器、信号放大器、??和解调电路等部分。携带

?大连海事大学专业学位硕士学位论文???１０．４５??。４??■〇．２５??Ｙ＿?＂２?Ｘ（ｍ）??图２．?３?ＬＯＳ链路的接收光功率??Ｆｉｇ．?２．３?Ｒｅｃｅｉｖｅｄ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｐｏｗｅｒ?ｄｕｅ?ｔｏ?ＬＯＳ?ｐａｔｈ??１?°?ＶＰ?（：??：０?＼?Ｔ?ｏ?；?＿。。１??Ｊ?＿。??图２．?４?—次反射的接收光功率??Ｆｉｇ．?２．４?Ｒｅｃｅｉｖｅｄ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｐｏｗｅｒ?ｄｕｅ?ｔｏ?ｆｉｒｓｔ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ??－１１?－??

图２．?５?—个典型室内ＭＩＭＯ系统的配置??Ｆｉｇ．?２．５?Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｉｎｄｏｏｒ?ＭＩＭＯ?ｓｙｓｔｅｍ??
【参考文献】

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1 郭树旭;臧玲玲;韩明珠;陈海鹏;钟菲;;可见光通信的间隔多脉冲位置调制[J];光学精密工程;2014年07期

2 许银帆;黄星星;李荣玲;迟楠;;基于LED可见光通信的室内定位技术研究[J];中国照明电器;2014年04期

3 黄星星;李荣玲;王源泉;王一光;商慧亮;迟楠;;基于MIMO技术的可见光通信模型和技术分析[J];光通信研究;2013年06期

4 李荣玲;汤婵娟;王源泉;王一光;邵宇丰;迟楠;;基于副载波复用的多输入单输出正交频分复用LED可见光通信系统[J];中国激光;2012年11期

5 胡国永;陈长缨;陈振强;;白光LED照明光源用作室内无线通信研究[J];光通信技术;2006年07期

6 丁德强;柯熙政;;可见光通信及其关键技术研究[J];半导体光电;2006年02期

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2 叶蔚萍;非正交多址接入在可见光通信中的应用[D];南京邮电大学;2018年

3 臧玲玲;可见光通信的脉冲调制和调光方法研究[D];吉林大学;2014年

4 姜帆;基于OFDM的室内可见光通信系统实现研究[D];长春理工大学;2012年

5 马骏;室内可见光通信系统调制与解调技术研究[D];吉林大学;2008年

6 王永波;室内可见光无线通信系统研究[D];浙江大学;2008年

7 魏承功;基于白光LED的室内可见光通信系统研究[D];长春理工大学;2008年

8 云文岳;室内可见光通信系统调制与解调技术研究[D];长春理工大学;2008年

本文编号：2869717