基于非正交多址的室内可见光通信功率分配研究
发布时间：2021-08-31 00:35
作为传统无线电通信的有益补充,可见光通信（Visible Light Communication,VLC）是一种新型绿色的无线光通信技术。一方面,受荧光材料和制备工艺的影响,常用市场LED器件的可调制带宽及频带利用率不足;另一方面,可见光信道干扰与光源布局紧密相关,影响系统频谱效率性能。针对这一问题,本文探讨非正交多址（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）应用于可见光通信,旨在提升频谱利用效率。围绕NOMA-VLC的理论研究,本文重点面向频谱效率优化,分析功率资源分配、可见光信道特点、光源布局参数对频谱效率性能的影响,形成了四方面研究,主要开展工作如下:1.NOMA-VLC信道增益概率分布推导及性能分析。考虑到可见光信道增益分布及光源布局参数对频效性能产生重要影响,本文分析了室内NOMA-VLC条件下的信道增益概率分布,及其对频谱效率性能的影响。针对单小区,基于Lambertian辐射模型及一定条件,对于任意两均匀分布用户,利用泰勒级数展开近似推导了可见光信道增益差分概率分布,用于指导分析包括信道差异在内的光源布局对NOMA频谱效率性能的影响。针对多...
【文章来源】：战略支援部队信息工程大学河南省
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
国内专利申请的技术分布统计
设备性能要求、安全性要求、通信接口协议等，并考虑室内环境中使用可见光和红外光作为信息载体，不适用于室外太阳光、强光噪声等环境。光源布局优化研究现状1.2.2由于室内可见光通信技术将照明功能与通信功能相结合，不同的LED参数、光小区照明布局、用户分布等方面将会产生不同的光照及网络分布，进一步可能影响通信性能。因此，广义的光源布局(CellDeployment)问题[37]不但包括光源布设结构、光源发射参数、光照强度约束在内的发射端布局问题，而且涉及到研究光信道建模、用户位置分布、接收角度等接收端布局因素。图2光源布局优化与NOMA-VLC研究现状关系图如图2所示，面向可见光通信的光源布局优化研究现状主要形成以下若干方面。针对以光信道建模为代表的典型研究，主要分析了视距(LineofSight,LOS)传输模型、非视距(NotLineofSight,NLOS)传输模型，以及多径效应的影响。其中，综
战略支援部队信息工程大学博士学位论文第16页2log1SNR2iiB(6)注意到，上述相关情形假设下，可视作等效数值常数。加之，本文聚焦于NOMA-VLC，关注频谱效率变化。因此，尽管具体容量解析形式未知，但是不妨碍使用可达速率及其性能界进行研究分析。此外，上述形式的可达速率或频谱效率，在数值优化过程中一般不受等效常数的影响，可以在数学符号形式上等效借鉴香农公式。NOMA理论基础2.2.3图5NOMA基本原理在图5中，以两用户的功率域NOMA为例，假设用户存在远近效应，即远端用户信道增益弱，近端用户信道增益强。在功率域NOMA中，假设存在信道增益排序约束，GRPA约束设计远端用户可分配较多功率，近端用户可分配较少功率。发射端一般采用叠加编码方式，将所有用户的信号发送至信道。对应地，接收端的解调方式是远端用户视其他用户所需信号视为噪声，直接解调自身所需信号；近端用户先将远端用户所需信号视为干扰，估计干扰信号后，采取串行干扰抵消(SuccessiveInterferenceCancellation,SIC)方式删除干扰，获得自身所需信号。注意到，由于信号解调特征和信号设计的多样性，功率域NOMA也可不按信道增益排序约束进行功率分配及解调，只是不同顺序约束下，达到系统频效容量的性能不同。考虑到本文仅关注室内近距离静态可见光通信场景的频谱效率，因此初步假设SIC方式无差错传播。若推广至K个用户，以单小区场景为例，光辐射源将K个用户信号叠加编码后发射至信道，且k1,K，则任意第k个NOMA-VLC用户接收的信号模型可以表示为式(7)。1optkoetkKiiikyPhaxn(7)
本文编号：3373816
【文章来源】：战略支援部队信息工程大学河南省
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
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设备性能要求、安全性要求、通信接口协议等，并考虑室内环境中使用可见光和红外光作为信息载体，不适用于室外太阳光、强光噪声等环境。光源布局优化研究现状1.2.2由于室内可见光通信技术将照明功能与通信功能相结合，不同的LED参数、光小区照明布局、用户分布等方面将会产生不同的光照及网络分布，进一步可能影响通信性能。因此，广义的光源布局(CellDeployment)问题[37]不但包括光源布设结构、光源发射参数、光照强度约束在内的发射端布局问题，而且涉及到研究光信道建模、用户位置分布、接收角度等接收端布局因素。图2光源布局优化与NOMA-VLC研究现状关系图如图2所示，面向可见光通信的光源布局优化研究现状主要形成以下若干方面。针对以光信道建模为代表的典型研究，主要分析了视距(LineofSight,LOS)传输模型、非视距(NotLineofSight,NLOS)传输模型，以及多径效应的影响。其中，综
战略支援部队信息工程大学博士学位论文第16页2log1SNR2iiB(6)注意到，上述相关情形假设下，可视作等效数值常数。加之，本文聚焦于NOMA-VLC，关注频谱效率变化。因此，尽管具体容量解析形式未知，但是不妨碍使用可达速率及其性能界进行研究分析。此外，上述形式的可达速率或频谱效率，在数值优化过程中一般不受等效常数的影响，可以在数学符号形式上等效借鉴香农公式。NOMA理论基础2.2.3图5NOMA基本原理在图5中，以两用户的功率域NOMA为例，假设用户存在远近效应，即远端用户信道增益弱，近端用户信道增益强。在功率域NOMA中，假设存在信道增益排序约束，GRPA约束设计远端用户可分配较多功率，近端用户可分配较少功率。发射端一般采用叠加编码方式，将所有用户的信号发送至信道。对应地，接收端的解调方式是远端用户视其他用户所需信号视为噪声，直接解调自身所需信号；近端用户先将远端用户所需信号视为干扰，估计干扰信号后，采取串行干扰抵消(SuccessiveInterferenceCancellation,SIC)方式删除干扰，获得自身所需信号。注意到，由于信号解调特征和信号设计的多样性，功率域NOMA也可不按信道增益排序约束进行功率分配及解调，只是不同顺序约束下，达到系统频效容量的性能不同。考虑到本文仅关注室内近距离静态可见光通信场景的频谱效率，因此初步假设SIC方式无差错传播。若推广至K个用户，以单小区场景为例，光辐射源将K个用户信号叠加编码后发射至信道，且k1,K，则任意第k个NOMA-VLC用户接收的信号模型可以表示为式(7)。1optkoetkKiiikyPhaxn(7)
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