基于非正交多址接入的室内可见光通信系统EI北大核心CSCD

白光发光二极管(LED)的窄调制带宽限制了可见光通信(VLC)的系统容量。非正交多址接入(NOMA)技术通过功率复用可提高系统通信容量。结合直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)和NOMA技术,设计了NOMA-DCO-OFDM系统。基于递归法给出了单个LED时VLC多径信道建模方法。在考虑限幅噪声影响时,推导了用户的信干噪比。采用分数阶功率分配、增益比功率分配和静态功率分配方法,研究系统平均和速率随LED半功率角、光电检测器的视场角(FOV)和功率分配因子的变化规律。仿真结果表明,系统平均和速率随着半功率角、FOV和功率分配因子的变化而变化,可以通过优化半功率角、FOV和功率分配因子达到系统平均和速率最大化。     

可见光通信多维复用技术研究

LED替代白炽灯和日光灯用于照明已经成为明显的趋势。LED可以同时用于照明与通信的特点,使得可见光通信(VLC)成为了近年来国内外研究的热点。由于其具有无辐射、抗电磁干扰、频谱使用无需授权等优势,VLC已成为下一代高速无线接入的新兴技术。目前VLC发展的主要挑战在于LED有限的调制带宽限制了VLC系统的传输速率。针对这一瓶颈,从VLC系统多维复用方式出发,详细介绍了波分复用、频分复用、偏振复用和空分复用四种复用技术,实现多路复用信号并行传输,从而有效提升系统的传输容量。通过对这四种技术原理和性能的分析与讨论,验证了多维复用技术在提升VLC系统传输容量上的可行性,表明了其在VLC系统中广泛的应用前景。     

基于能量最优的室内可见光通信LED布局

LED兼具照明和数据通信功能,在室内可见光通信(VLC)中,LED的布局对维持接收面上接收功率的稳定分布有重要作用。室内LED矩形布局下的接收功率分布并不能覆盖整个接收面,存在接收功率中断区,无法实现最优的VLC系统性能。考虑室内墙面及地板的一次反射,研究LED在不同位置的布局方案,采用粒子群优化(PSO)算法分析LED布局方案,设计了能耗最小的LED圆形布局方案。仿真分析了LED矩形布局和圆形布局下的接收功率分布、信号中断率、能量损耗以及信噪比分布,仿真结果表明LED圆形布局的VLC系统性能优于矩形布局,需要的LED数量几乎为矩形布局的一半,减小了VLC系统的码间干扰。     

基于能量最优的室内可见光通信LED布局EI北大核心CSCD

LED兼具照明和数据通信功能,在室内可见光通信(VLC)中,LED的布局对维持接收面上接收功率的稳定分布有重要作用。室内LED矩形布局下的接收功率分布并不能覆盖整个接收面,存在接收功率中断区,无法实现最优的VLC系统性能。考虑室内墙面及地板的一次反射,研究LED在不同位置的布局方案,采用粒子群优化(PSO)算法分析LED布局方案,设计了能耗最小的LED圆形布局方案。仿真分析了LED矩形布局和圆形布局下的接收功率分布、信号中断率、能量损耗以及信噪比分布,仿真结果表明LED圆形布局的VLC系统性能优于矩形布局,需要的LED数量几乎为矩形布局的一半,减小了VLC系统的码间干扰。     

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.     

降低可见光通信不均匀限幅正交频分复用系统非线性限幅失真的功率分配方法

针对可见光通信中不均匀限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)系统发光二极管(LED)非线性限幅失真严重的问题,提出了一种降低LED非线性限幅失真的最优功率分配方法。基于原信号直接叠加非线性限幅失真成分的限幅处理模型,分析了ACO-OFDM系统中的LED非线性限幅失真;利用有效信噪比来衡量限幅失真,将限幅失真转化为有效信噪比分析;基于有效信噪比最优的原则给出了光功率约束下降低限幅失真的最优偏置信号和ACO-OFDM信号功率分配。仿真结果表明,当信道的信噪比较低时,信道噪声起主导作用;当信道的信噪比较高时,限幅失真起主导作用。在光功率约束下若不考虑偏置信号的影响而直接取其值为LED最小输出功率限制,则系统误码率(BER)在信道信噪比大于40dB的情况下也始终大于10-2,而采用最优功率分配时可以保证系统具有较好的误码率性能,当光功率约束为200mW和250mW时,分别需要24dB和27dB的信道信噪比即可使得系统的误码率低于10-3。     

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。     

基于可见光通信的LED布局与功率分配的同步优化

本文提出了一种基于融合改进策略的快速鲸鱼优化算法（FWOA），用于解决室内可见光通信（VLC）系统中光信号分布不均匀的问题。该算法通过反向学习和非线性收敛因子提升了收敛速度，采取扰动搜索机制实现全局寻优。在考虑发光二极管（LED）部署高度的光源布局和功率分配方面，采取了同步优化方案。实验结果表明，在优化16个LED布局模型后，系统照度均匀度提升了7.39%～109.03%，接收功率的品质因子由5.25提高到12.23，同步优化后进一步提高至15.12。此外，实验发现，当LED数量存在限制时，通过选择合适的LED数量，可以在系统能量和性能之间达到较好的平衡。     

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...     

室内可见光通信系统的光源布局优化及性能分析

在基于白光发光二极管(LED)的室内可见光通信系统中,考虑墙面的一次反射,研究了不同LED拓扑方式下的布局方案。通过调整拓扑分布提出了方阵+圆环布局模型,该模型可以降低系统的功耗,在满足室内照明的要求下,通过功率分配实现了照度和接收面信噪比的动态范围压缩。仿真分析了基于功率分配的方阵+圆环布局模型的照度分布、接收功率分布、信噪比分布及误码率性能,仿真结果表明:方阵+圆环布局所用光源数虽然比传统方阵布局减少了48个,但性能仍得到了改善。给出了室内可见光通信链路系统带宽、误码率、距离与信噪比的关系,可为用户搭建VLC链路提供参考。     

基于副载波外差检测的副载波-正交频分复用系统误码性能研究

基于相干检测的正交频分复用技术是未来高速光通信技术的重要解决方案之一,由于相干光检测系统结构复杂不易实现,因此采用副载波外差检测技术检测副载波正交频分复用光信号。建立了大气湍流信道系统传输模型,推导了子载波平均载噪比(CNR)和平均误比特率(BER)的闭合表达式,数值分析了本振光功率和调制系数对系统平均误比特率的影响,并通过仿真实验进行验证。实验结果表明,与直接检测相比,副载波外差可以进一步提高平均载噪比,提升系统误码性能。当接收光功率为微瓦量级时,本振光功率约为-11 d Bm,此时可获得最佳平均载噪比,当本振光功率大于-11 d Bm时,随本振光功率增加平均载噪比逐渐降低,平均误比特率升高。弱湍流条件下,当接收光功率大于-17 d Bm时,平均误比特率为10-5以上,此时可以保证无线光通信系统的可靠性。     

基于频率调制恒定包络的ACO-OFDM系统PAPR抑制方法

为了抑制因LED的非线性特性所导致的可见光通信系统中正交频分复用信号(OFDM)的峰均功率比出现上升的问题,提出了一个频率调制恒定包络的OFDM技术。对来自源的串行输入比特序列进行并行转换,将其映射到正交调幅星座点;为了在电-光转换之前对OFDM信号进行频率调制,将OFDM信号中的突变幅度应用到LED以产生恒定包络信号;为保持LED处于其线性工作区域中,通过逐步增加功率回退的方式选择最佳偏置点,使LED进入非饱和状态。仿真结果表明,方法的系统总衰减明显降低,与其他类似方法相比,其功率回退系统的误差向量幅度和比特误码率表现更佳,系统整体性能改善明显。     

室内多输入多输出可见光通信系统接入点与功率分配优化

针对室内用户在非均匀分布时选择最高信号强度接入点（AP）导致系统总速率和用户服务质量较低的问题,提出联合AP和功率分配的方法。考虑多个LED作为AP的可见光通信（VLC）网络,根据用户分布设计了一个基于用户信道增益权重回溯（BM）的AP分配算法,使权重较低的用户接入到其他AP,降低资源竞争严重的LED上的用户负载;为了使所有用户均能满足通信需求,提出改进逐维动态正余弦算法（IDDSCA）的转换参数,并引入基于最优解方向的自适应搜索策略。利用IDDSCA动态调整每个AP下行链路的功率分配,同步优化系统总速率和用户服务质量。仿真结果表明,所提BM-IDDSCA方案相较于BM-DDSCA、SLCG-IDDSCA、BM-αPA、MT-PA与SLCG-QTPA方案在总速率方面分别提升2.94%、4.20%、2.03%、62.90%、4.89%。     

自适应功率分配可见光MIMO信道容量研究

可见光通信（VLC）系统通常采用多阵列光源布局方式来兼顾照明与通信双重功能,因此需要使用多输入多输出（MIMO）技术进行多天线协同传输来实现高速率通信。然而传统MIMO系统中采用平均功率分配来实现空间复用,无法充分体现MIMO多天线协调传输的优势。根据每组收发天线信道状态的差异,设计了一种低计算复杂度的快速迭代注水算法,可实现依据信道特征自适应的分配信息,从而提高系统的信道容量。仿真结果表明:在相同信噪比情况下注水算法自适应功率分配系统比等功率分配系统的信道容量提高了1.25 bit/Hz左右。     

利用非线性光纤环镜160Gb/s到10Gb/s解时分复用

研究了160 Gb/s光时分复用(OTDM)系统的解复用技术.针对160 Gb/s速率的特点,对高非线性光纤(HNLF)的光纤环镜(NOLM)特性及解复用进行了数值仿真.计算了低信号光时间抖动下解复用误码特性对时钟与信号的走离及时钟功率的依赖关系.计算了三种走离值消光比随时钟功率增加的变化趋势并给出:存在一个能获得最大的解复用窗口消光比、并能降低相邻信道串扰的合适的时钟功率范围.利用自制的基于电吸收调制器和压缩技术的超短光脉冲源建立了160 Gb/s OTDM实验系统,测量了不同信号光功率下NOLM的消光比,它基本不随信号增大而变化,在信号功率为7.3 dBm时仍大于23 dB.利用上述装置实现了无误码的160 Gb/s到10 Gb/s全光解复用.     

基于鱼群算法的OFDMA自适应资源分配

针对多用户正交频分多址系统自适应资源分配问题, 提出了一种新的子载波和基于鱼群算法的功率自适应分配算法. 该算法首先对总功率在子载波间均等分布的条件下进行子载波分配,然后引入鱼群算法并根据给出的兼顾用户公平性与系统容量的适应度函数,通过全局搜索实现用户间的功率分配. 仿真结果表明,新算法在保证用户公平性的同时, 还实现了系统总的传输速率最大化. 关键词： 多用户正交频分多址 资源分配 鱼群算法 速率最大化     

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...     

基于SIPM-SPM调制的ACO-OFDM系统性能分析

针对DCO-OFDM系统功率效率低以及高阶信号调制复杂度高的问题,提出一种联合子载波索引和功率叠加复用(Subcarrier Index-Power Modulated With Superposition Multiplexing,SIPM-SPM)的新型信息承载维度,将其应用于非对称限幅光正交频分复用(Asymmetrically Clipped Optical OFDM,ACO-OFDM)系统。该调制技术对高功率子载波采用SPM,添加两个8PSK和QPSK编码的复值数据,进一步增加了信号的传输容量,同时ACO-OFDM系统避免了直流偏置带来的功率损耗。仿真结果显示:在ACO-OFDM系统中,SIPM-SPM相较于SIPM(8-PSK/QPSK),信号传输容量提高了28.6%;相较于相同信号传输容量的SIPM(32-PSK/QPSK),在误码率为1.0×10^(-3)时,信噪比增益>2.8 dB,色散容忍度提高了>560 ps/nm,光发射功率动态范围提高了>6.7 dB。这表明将SIPM-SPM调制应用于ACO-OFDM系统,具有较好的抗噪声性能和较高色散容忍度,也降低了对发射光功率的需求。     

光子数分束攻击对星地量子密钥分配系统安全的影响

由于仪器设备性能的不完美和信道传输损耗的存在,光子数分束(PNS)攻击对采用弱相干脉冲(WCP)光源的量子密钥分配(QKD)系统的安全性构成重大威胁.以基于WCP光源的星地QKD系统为研究对象,推导了在PNS攻击者采用最佳窃听策略进行窃听时,保证密钥绝对安全的最大天顶角和可采用的平均光子数之间的关系.理论分析和计算结果表明,星地QKD系统的最大安全传输天顶角和可使用的平均光子数等重要系统参数的取值上限均受PNS攻击的限制,最终系统的密钥交换速率和系统容量受到限制.对星地QKD系统的传输容量来说,天顶角和平均光子数是一对矛盾的影响因素.提供了一种对实际星地QKD系统的天顶角和平均光子数参数进行估算的方法.     

采用mQAM和孔径平均的水下弱湍流MIMO系统性能分析

采用Log-normal分布模拟海洋弱湍流信道,接收机采用等增益合并方式,在考虑雪崩光电二极管(APD)散粒噪声、信道衰减、几何损耗、Log-normal湍流和孔径平均因子等链路条件下,从理论上推导了水下无线光通信多输入多输出系统平均误码率和信道平均容量的上界表达式,并定量分析讨论了不同链路参数对系统平均误码率和信道平均容量的影响.数值结果表明,采用调制指数合适的正交幅度调制方式以及较大的天线数、接收孔径、发射光功率,均有助于提升系统性能.