多色多用户可见光通信传输技术研究
发布时间：2022-01-14 22:05
可见光通信（Visible Light Communication）系统设计需要同时兼顾通信性能和照明质量两方面的指标。考虑到这两个指标,多色（Multi-Color,MC）LED在可调色温、实现更高传输速率两方面具有优势。考虑MC LED作为系统光源,目前的研究主要集中在点对点通信场景,缺少多用户（Muliti-User,MU）通信场景下的传输技术研究。针对MC-MU VLC系统,需要兼顾多色光合成白光的照明约束与多用户通信的性能准则,相应的传输技术研究更为复杂。为了解决该问题,本文先后从发射端线性预编码、线性收发机、用户分组策略、星座、非线性收发机等多个角度开展了研究,主要研究内容和创新点如下:1.基于迫零的线性预编码设计。为了减轻MC-MU VLC系统中多用户串扰（Multi-User Interference,MUI）、多色串扰（Multi-Color Interference,MCI）对系统性能的影响,以最易实现的迫零（Zero-Forcing,ZF）作为准则,基于MC-MU VLC下行广播信道模型,考虑用户公平性与用户和速率两种典型的多用户通信性能准则,提出了一种基于最大化...
【文章来源】：战略支援部队信息工程大学河南省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
CIE1931色彩空间色度图[33]
战略支援部队信息工程大学博士毕业论文第4页化SINR为目标的功率分配方案。图1CIE1931色彩空间色度图[33]图2ANSIC78.377-2008麦克亚当椭圆颜色约束[32]除了对不同LED发射的信号赋予不同的发射功率，预编码技术可以将原本独立发射的不同信号进行适当的加权求和，然后采用该加权和信号调制多个LED同时发射光信号。这种做法的目的是适应信道特性，降低子信道串扰对系统性能的影响。文献[37]采用最小化均方误差（MeanSquaredError，MSE）作为目标函数，考虑光功率、信号非负和固定多色光功率比例作为约束条件，提出了一种波束成型与LED偏置的联合设计方法。为了进一步的获得系统性能提升，文献[38]将发射端预编码矩阵与接收端检测矩阵进行联合优化，以最小化MSE作为准则，提出了一种迭代算法以求解该联合优化问题。
战略支援部队信息工程大学博士毕业论文第50页图21仿真系统的几何结构图表4基于用户分组的MCVLC系统仿真参数参数值最大驱动电流MAXI700mA调制带宽15Mhz半功率角1/260PD物理面积PDA1cm2接收视场角F60接收机灵敏度c0.4A/W噪声功率谱密度1.2*10-21A2/Hz首先我们给出收发机设计的迭代算法收敛性仿真结果。如图22所示，经过大约15次迭代可以收敛，因此我们在算法5中设置的最大迭代次数maxn30是合理的。在图23中，我们使用随机用户分组算法作为对比[114]，分析所提用户分组算法性能。随机用户分组算法即，将用户随机分配到cN组中，而不是将用户按一定的度量分布到不同的组中。对于随机用户分组算法，所有组的大小都相同。如果使用RGBLED作为光信号发射器，随机分组算法将组数和每组的大小分别设置为3组和4个。在RAGBLED的情况下，组的数量和每个组的大小是分别是4组和3个。从图23可以看出，所提出用户分组算法比随机用户分组算法具有更好的性能，特别是在RAGBLED的情况下。因为蓝色LED芯片的1/cy比其他颜色的芯片要大很多。根据式(75)的颜色约束，在收发机设计时，发射端将给蓝色光信号分配最小的光功率以实现最优的性能。因此，考虑用户公平性准则时，蓝色光相应的分组大小应该小于其他颜色光。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Towards 10 Gb/s orthogonal frequency division multiplexing-based visible light communication using a GaN violet micro-LED[J]. MOHAMED SUFYAN ISLIM,RICARDO X.FERREIRA,XIANGYU HE,ENYUAN XIE,STEFAN VIDEV,SHAUN VIOLA,SCOTT WATSON,NIKOLAOS BAMIEDAKIS,RICHARD V.PENTY,IAN H.WHITE,ANTHONY E.KELLY,ERDAN GU,HARALD HAAS,MARTIN D.DAWSON. Photonics Research. 2017(02)
[2]Ultra-high-speed single red–green–blue light-emitting diode-based visible light communication system utilizing advanced modulation formats[J]. 迟楠,王源泉,王一光,黄星星,陆肖元. Chinese Optics Letters. 2014(01)
本文编号：3589295
【文章来源】：战略支援部队信息工程大学河南省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
CIE1931色彩空间色度图[33]
战略支援部队信息工程大学博士毕业论文第4页化SINR为目标的功率分配方案。图1CIE1931色彩空间色度图[33]图2ANSIC78.377-2008麦克亚当椭圆颜色约束[32]除了对不同LED发射的信号赋予不同的发射功率，预编码技术可以将原本独立发射的不同信号进行适当的加权求和，然后采用该加权和信号调制多个LED同时发射光信号。这种做法的目的是适应信道特性，降低子信道串扰对系统性能的影响。文献[37]采用最小化均方误差（MeanSquaredError，MSE）作为目标函数，考虑光功率、信号非负和固定多色光功率比例作为约束条件，提出了一种波束成型与LED偏置的联合设计方法。为了进一步的获得系统性能提升，文献[38]将发射端预编码矩阵与接收端检测矩阵进行联合优化，以最小化MSE作为准则，提出了一种迭代算法以求解该联合优化问题。
战略支援部队信息工程大学博士毕业论文第50页图21仿真系统的几何结构图表4基于用户分组的MCVLC系统仿真参数参数值最大驱动电流MAXI700mA调制带宽15Mhz半功率角1/260PD物理面积PDA1cm2接收视场角F60接收机灵敏度c0.4A/W噪声功率谱密度1.2*10-21A2/Hz首先我们给出收发机设计的迭代算法收敛性仿真结果。如图22所示，经过大约15次迭代可以收敛，因此我们在算法5中设置的最大迭代次数maxn30是合理的。在图23中，我们使用随机用户分组算法作为对比[114]，分析所提用户分组算法性能。随机用户分组算法即，将用户随机分配到cN组中，而不是将用户按一定的度量分布到不同的组中。对于随机用户分组算法，所有组的大小都相同。如果使用RGBLED作为光信号发射器，随机分组算法将组数和每组的大小分别设置为3组和4个。在RAGBLED的情况下，组的数量和每个组的大小是分别是4组和3个。从图23可以看出，所提出用户分组算法比随机用户分组算法具有更好的性能，特别是在RAGBLED的情况下。因为蓝色LED芯片的1/cy比其他颜色的芯片要大很多。根据式(75)的颜色约束，在收发机设计时，发射端将给蓝色光信号分配最小的光功率以实现最优的性能。因此，考虑用户公平性准则时，蓝色光相应的分组大小应该小于其他颜色光。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Towards 10 Gb/s orthogonal frequency division multiplexing-based visible light communication using a GaN violet micro-LED[J]. MOHAMED SUFYAN ISLIM,RICARDO X.FERREIRA,XIANGYU HE,ENYUAN XIE,STEFAN VIDEV,SHAUN VIOLA,SCOTT WATSON,NIKOLAOS BAMIEDAKIS,RICHARD V.PENTY,IAN H.WHITE,ANTHONY E.KELLY,ERDAN GU,HARALD HAAS,MARTIN D.DAWSON. Photonics Research. 2017(02)
[2]Ultra-high-speed single red–green–blue light-emitting diode-based visible light communication system utilizing advanced modulation formats[J]. 迟楠,王源泉,王一光,黄星星,陆肖元. Chinese Optics Letters. 2014(01)
本文编号：3589295
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