室内可见光通信多径信道建模及MIMO-ACO-OFDM系统性能分析

当通信速率较高时,室内光信号的多径效应不可忽视,当发送端存在时间弥散性时,提出一种室内可见光通信-多输入多输出(VLC-MIMO)多径衰落信道建模方法.由于光正交频分复用(OFDM)技术能有效抵抗码间干扰,故将非对称限幅光OFDM(ACO-OFDM)和MIMO相结合,建立MIMO-ACO-OFDM系统.用迭代法计算每对LED和光电探测器(PD)之间的冲激响应,连接LED和PD阵列的几何中心作为等效视线传输(LOS)信道,建立了多径信道模型.分析表明,当PD在房间中间时多径信道路径增益大,多径干扰弱;当PD在墙角时信号衰减大,多径干扰强.采用迫零(ZF)和最小均方误差(MMSE)检测,理论推导了系统误码率性能,建立了蒙特卡罗仿真模型.仿真表明,低阶调制时系统有更好的性能.当调制阶数小于64时,MMSE比ZF更有优势,随着信噪比增大两中检测方法得到的系统性能趋于相同;当LED半功率角变小时光束会聚强,PD在房间中心时性能最好,越往墙边性能越差;当PD视场角变小时,虽然在房间中心时接收功率不变,但多径干扰变弱性能变好.     

Gamma-Gamma湍流信道中大气光通信系统误码特性分析

大气信道中的大气湍流是影响无线激光通信系统性能的主要因素之一, 其引起的强度闪烁效应会对接收信号的提取和还原造成很大干扰。基于Gamma-Gamma概率分布的大气湍流信道统计模型, 研究了利用副载波相移键控(PSK)强度调制技术的大气光通信系统的误码特性; 推导了副载波二进制相移键控(BPSK)及开关键控(OOK)两种调制模式下的系统误码率表达式; 对在一定条件下的大气光通信系统, 比较了副载波BPSK和OOK两种调制模式的误码特性; 分析了链路特征、接收口径尺寸、通信波长和天顶角等因素对系统误码率的影响。结果表明, 增大接收孔径和通信波长都能有效地降低系统误码率, 而天顶角的增大则会使系统误码率增加, 副载波BPSK调制模式的误码特性要优于OOK调制模式的误码特性。     

室内可见光多维CAP空间调制

针对室内可见光通信（VLC）光链路发射源（LED器件）有限的调制带宽问题,基于多维无载波幅度相位调制（CAP）技术,提出一种频带利用率高效的光空间调制方案（OSM-CAP）。OSM-CAP系统将输入信息序列分成两部分,一部分进行空域映射即空间调制,其结果用来选择激活的LED;另一部分进行信号域映射,即CAP调制。其中,CAP调制采用序列二次规划算法求取的时域正交多维CAP滤波器组实现。对于采用强度调制/直接检测（IM/DD）的VLC系统,该CAP信号还将进行单极化处理,文中提出两种相应的解决方案,即采用添加直流偏置（OSM-DCO/CAP方案）和零值位置极性编码（OSM-U/CAP方案）。基于朗伯体辐射模型,且可见光背景噪声建模为加性高斯白噪声,推导了OSM-DCO/CAP、OSM-U/CAP调制方案的误码率理论解,仿真验证了其准确性。在5 m×5 m×3 m的室内场景下,探讨了无载波幅度相位调制维度以及接收机个数、发射机间距、收发平面距离以及链路遮挡情况等信道参数对系统性能的影响。结果表明,星座调制阶数相同时,CAP调制维度越高,误码性能越好;接收机个数增多、发射机间距加大以及收发平面距离减小与系统可靠性存在正相关关系;链路存在遮挡情况时,会提高信道间的差异性,改善系统性能。     

基于UVC LED的小型化紫外无线通信技术

紫外光通信技术具有低窃听、低位辨、全方位、全天候、抗干扰等优点,而基于紫外光灯的通信系统存在光源体积大、易碎、调制困难、通信速率低、功耗大等问题。设计了一种基于紫外C波段(UVC)LED的小型化无线通信系统方案,并对系统性能进行了理论分析。系统光源采用UVC LED,探测器采用日盲光电倍增管(PMT)和窄带紫外滤光片,通信系统采用开关键控(OOK)和脉冲位置调制(PPM)调制方案。仿真结果表明所设计的紫外无线通信系统可在200mW发射光功率情况下实现直径200m范围内的非视距语音通信和100mW发射光功率情况下实现250m的64Kbps准视距通信。     

可见光通信中正交频分复用调制技术

可见光通信(VLC)由于可以弥补射频通信的不足而成为研究热点,正交频分复用(OFDM)技术因其高数据速率和抗频率选择性衰落被广泛应用在VLC中。本文从能量效率、频谱效率、误码率、计算复杂度等方面对可见光通信系统中OFDM调制技术进行研究和比较,主要包括基于离散傅立叶变换的单极性方案、改进或增强型方案和混合型方案,基于哈特莱变换的光OFDM,以及基于LED索引调制的光OFDM。文中介绍了多种光OFDM调制技术的工作原理综合对比了频谱效率等性能;研究了光OFDM系统接收机改进方案;总结了可见光OFDM系统存在的问题和未来研究方向。本文对可见光OFDM系统进行归纳和总结,为提出更加高效的单极化调制技术、进一步提高系统频谱效率及可靠性提供了参考。     

基于离散正弦/余弦变换DC-DMT的可见光通信系统性能研究

结合离散正弦变换(DST)和离散余弦变换(DCT),提出一种新的DST/DCT直流偏置-离散多音频(DCDMT)调制方案。在不增加系统复杂度的情况下,该方案可拓展独立子载波的个数,有望提高可见光系统的传输速率。通过推导该调制方案下的误码率表达式及该调制信号峰均功率比(PAPR)的互补累积分布,分析了限幅噪声对离散多音频(DMT)、直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)及非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)可见光系统误码率的影响。研究结果表明,理论分析的误码率与仿真结果一致,在相同的传输速率下所提方案误码率更低;PAPR的互补累积分布与调制阶数无关,但随子载波数N增加而增大,在N较大时理论分析与仿真结果吻合。误码率仿真结果表明,相同传输速率下DST/DCT DC-DMT与DCO-OFDM在低信噪比时误码率性能相当,均优于脉冲幅度调制-离散多音频(PAM-DMT)、DC-DMT及ACO-OFDM;在高信噪比时,限幅噪声会使系统误码率增大。     

室内可见光无载波幅度相位调制系统性能分析

针对室内可见光通信调制技术问题,提出翻转光无载波幅度相位调制和单极性光无载波幅度相位调制两种功率有效的调制方案,二者分别采用"正、负模块极性分组"以及"零值位置极性编码"方法实现信号单极性处理,以满足可见光通信"强度调制/直接检测"的要求.基于朗伯辐射模型,考虑到高斯背景光噪声的可见光直射传输信道,推导了包括直流偏置光无载波幅度相位调制在内的三种调制方案的误比特率闭式表达式,仿真验证了其准确性.在此基础上,分析比较了三者频带利用率,讨论了信道参量对光无载波幅度相位调制系统误码性能的影响,结果表明,在5m×5m×3m的室内场景下,与发射机辐射角为30°和45°相比,0°时的系统误码性能分别优于6.9dB和29.9dB;收发机距离为1m时,误码性能比2m时改善近12dB.     

基于MIMO-OFDM调制的室内VLC自适应传输方案研究

为了改善发射源LED工艺水平的制约,充分利用频谱资源,提高可见光通信系统传输速率,提出了一种基于MIMO-OFDM调制的室内可见光自适应传输方案,系统根据每个子载波上的信噪比和给定的目标BER在发射源和子载波上选择最优的调制阶数,最大化信道容量。在此基础上,搭建了实验系统进行验证。实验结果表明,结合自适应调制的可见光通信(VLC)系统与无自适应调制系统相比具有更高的频带利用率。     

樽海鞘群算法在可见光通信调制器的应用

针对可见光多载波通信系统传输速率低、帧间干扰大的问题,采用改进的樽海鞘群算法对可见光多载波通信系统的调制器算法进行优化,以提高可见光通信的数据传输速率。该文详细分析了可见光通信系统的多载波调制器,全面考虑了相关调制系统的重要参数集,并给出合理的质量评价函数。将布谷鸟搜索算子引入樽海鞘群算法以增强其全局搜索能力,最终利用改进的樽海鞘群算法对可见光通信多载波调制器做优化。仿真实验结果表明,运用樽海鞘群算法能够对可见光通信多载波调制系统的参数进行优化,提高可见光通信的传输速率。     

激光通信中OOK/QPSK调制模式下图片传输特性的对比

针对目前信息爆炸式增长对于通信信道容量的更高需求,以图片传输为例,在MATLAB软件中仿真对比了激光通信中开关键控(On-Off Keying,OOK)调制和正交位移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)调制这两种常见的调制方式下,图片经过加性高斯噪声信道和莱斯信道传输后的传输结果;同时也对比了两种调制方式下的误码率曲线。仿真结果显示,无论是那种调制方式,接收到的图片都会随噪声的增加而出现明显劣化,但是加性高斯信道的劣化速度比莱斯信道更缓慢;在相同信道条件下,图片经过QPSK调制后的劣化程度优于OOK调制;误码率的对比结果显示QPSK调制方式的误码率明显优于OOK调制。通过仿真结果可以得出,QPSK调制在噪声环境下的性能相较OOK调制有其独特的优势,这为激光通信系统中调制方式的选择提供了参考。     

基于白光LED照明光源的室内VLC系统

LED照明与可见光通信技术相结合,构建出基于LED可见光无线通信系统。对室内VLC(Visible Light Communication)系统的白光LED光源特性和系统信道模型分析,提出照明光源布局设计与接收光功率分布的关系;对强度调制直接检测方式的室内VLC系统中信噪比和多径效应引起的码间串扰分析,提出采用光分集接收技术克服码间串扰和提高信噪比,并给出光检测器阵列布局的模型。建立VLC系统仿真模型,给出OOK-NRZ (On-Off Keying & Non-Return Zero)和OOK-RZ(On-Off Keying & Return Zero)调制方式的误码率和均方根时延扩展之间的关系曲线。仿真结果表明,接收光功率相同时,均方根时延扩展时间大于1.0 ns时,OOK-RZ特性优于OOK-NRZ。     

多体制兼容相干探测卫星激光通信技术

卫星相干激光通信系统中,信号调制格式以相移键控(PSK)为主,未兼容开关键控(OOK)的相干接收。针对卫星相干光通信接收机不兼容多种调制格式的问题,实验搭建了兼容OOK以及二进制相移键控(BPSK)的相干通信接收装置。在1 Gbit/s的通信速率下,当调制格式为OOK且信号光功率为-54.6 dBm时,误码率(BER)为10^-3,接收灵敏度距离散粒噪声极限3.3 dB;当调制格式为BPSK且信号光功率为-57.95 dBm时,BER为10^-3,接收灵敏度距离散粒噪声极限4.2 dB。该多体制兼容相干接收机的结构与当前大多数相干接收机的硬件通用,且具有较高的接收灵敏度,证明了卫星相干激光通信多体制兼容技术的可行性,具有重要意义。     

猝发混合扩频水声隐蔽通信技术

针对常规的连续载波调制扩频通信方式容易通过能量检测的方法被截获的问题,提出了一种猝发的混合扩频水声隐蔽通信方式,该方法通过在时间上随机的发送脉冲混合调制扩频信号来降低截获概率,而且可以比较灵活的通过调整平均占空比来满足不同隐蔽性的要求,但是该隐蔽性是以牺牲通信速率为代价的。猝发信号中混合了二进制相位键控(BPSK)、循环移位键控(CSK)和多进制频移键控(MFSK)扩频调制方式,采用自同步和时频二维搜索算法实现码元和载波同步。通过仿真分析了猝发通信系统的隐蔽性能和多途信道下的误码性能,并且通过了南海海试验证了算法的性能,在5 km的通信距离上,4 kHz的带宽内,单个脉冲信号的通信速率可以达到317 bps,误码率达到10-3以下。      

一种用于可见光通信的色移键控与高速可变脉冲混合调制方法

对可见光通信(VLC)中高速可调光调制方法进行了研究。提出了高速可变脉冲调制(HVPM),并与色移键控(CSK)调制混合用于VLC中,以简化CSK调制的严格同步问题,且支持精确调光。对混合调制方法的带宽利用率和误比特率进行了分析与仿真。结果表明:混合调制方法可使通信带宽利用率高于1;相比于可变开关键控(VOOK)、可变脉冲位置调制(VPPM)和多脉冲位置调制(MPPM)等典型可调光调制方式,所提出的混合调制方式具有更优的带宽利用率和高速低误比特率传输性能;在满足可见光通信照明要求时,该混合调制方法更适用于高速数据传输。     

多调制方式下的强度叠加编码多发多收大气光通信系统性能分析

对开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)下强度叠加编码多发多收(MIMO)光通信系统的性能进行了比较分析。研究表明:随着调制阶数的提高,后三种调制在平均发射功率需求方面较OOK调制有很大优势,但是相应的传输容量却有所下降。在差错性能方面,OOK调制在接收功率较低时误包率相对其它三种调制要小,当接收功率提高到一定程度时,PPM,DPPM和DPIM调制相对OOK调制均体现出了3～10dB的误包率优势。     

紫外光通信调制方式的对比研究

分析了启闭键控调制(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)的编码结构,然后从带宽需求、平均发射功率、传输容量和差错性能等方面对各种调制方式进行了仿真对比。结果表明,DPIM调制比PPM具有更高的传输容量和更少的带宽需求,并且解调对同步要求较低,实现更简易,并结合紫外LED阵列将作为今后实用化紫外光源的发展趋势,DPIM调制在未来紫外光通信系统的应用中将具有更大的优势。     

正交多载波M元循环移位键控扩频水声通信

针对水声扩频通信中频带利用率低的问题, 提出了一种M元扩频技术和循环移位键控(CSK)技术相结合的多载波调制方式, 将M元扩频后选择的扩频码同时采用CSK调制, 并调制在多个正交的载波上, 显著提高了频带利用率. 在水声多途信道下, 采用相同的通信速率和带宽, m序列、Kasami小集合序列和Gold序列为扩频码时, 比较了系统的误码性能. 仿真结果和实验结果均表明, m序列为扩频码时性能最优, Gold序列性能最差. 由于m序列数量有限, 为了进一步提高通信速率, 并使其他序列的性能接近m序列性能, 提出了一种复合序列抑制载波间干扰的算法, 该算法能够很好抑制多途干扰, 使复合序列性能接近m序列的性能. 关键词： M元扩频')" href="#">M元扩频 循环移位键控 正交多载波 载波间干扰     

LED作为收发元件的双向可见光通信系统方案及实现

随着可见光通信系统研究的不断发展,解决可见光通信上行通信链路缺失的问题日益引起重视。建立双向可见光通信系统,意味着在系统两端的收发器件上需要同时实现光电转换与电光转换。提出了以发光二极管(LED)同时作为光信号收发元件的实时双向可见光通信系统方案,设计了时分复用方式的LED双向工作控制机制,实现了双向可见光通信。在不同的收发端仰角下进行了实时双向通信系统的实验,实测结果表明本系统方案仅以LED作为光收发元件、不需严格对准和中继放大即可实现2 m以上距离、8 Mb/s速率的实时双向可见光通信。     

基于LWT的可见光DCO-OFDM系统

为了解决传统正交频分复用技术峰均比过高、复值型信号结构无法直接应用于强度调制直接检测系统等问题,将提升小波变换(LWT)应用于正交频分复用(OFDM)中,选择正交小波基作为子载波,通过对信号的预测与更新,将信号的高低频分离,并结合可见光通信(VLC)多次反射信道模型,建立了DCO-LWT-OFDM系统模型,推导了LWT-OFDM信号迭代分解与更新重构公式,对其性能分别进行了仿真分析与实验验证。模拟仿真实验表明,在4 m×4 m×3 m室内空间中,当系统误码率为10~(-4)时,DCO-LWT-OFDM系统较DCO-FFT-OFDM系统的性能大约提高了5 dB,综合效率提高了70%,当系统峰均比为10dB时,DCO-FFT-OFDM系统的互补累积分布函数值接近10~(-1),DCO-LWTOFDM系统的互补累积分布函数值为0。实验验证中,选择1 W LED灯珠在光学导轨上搭建点到点DCO-LWT-OFDM VLC系统,传输距离为20 cm,系统调制误差率为11.4 dB,可靠性可达10~(-4)。本文研究为提高可见光通信的传输速率,降低系统误码率,抑制系统峰均比提供了一种有效途径。     

海豚Whistles为信息载体的正交频分复用循环移位键控扩频伪装水声通信

提出一种伪装水声通信调制方法,将原始海豚whistles信号表示为以自身DFT系数为数据符号的正交频分复用(OFDM)块,采用m序列对OFDM块中的子载波幅度进行指数调制实现正交频分复用循环移位键控(OFDM-CSK)扩频调制,分别采用PEAQ算法与相关系数计算听觉与波形相似度,作为两个客观评价结果约束OFDM子载波幅度的修改程度,保证伪装的效果。提出匹配滤波与正交匹配追踪结合的自同步算法,使伪装通信信号帧结构的设计保持原始whistles叫声的模式,提高了伪装的效果。通过CSK扩频技术很大程度地提高系统的频带利用率且通过垂直阵虚拟时间反转信道均衡技术提高了通信系统的稳健性。海上试验验证了伪装通信方法的可行性。