可见光通信系统中光源优化方案的研究

本文提出了一种基于可见光通信(VLC)系统的发射光源优化控制方案,将用户需求、网络性能指标与系统模型相结合,能够实现单(多)用户及不同应用场景条件下最优的发射光源方案。该方案系统除了包含发射光源、探测器阵列和光电转换装置等传统VLC系统组件外,还增加了发射光源控制模块、运算处理模块和数据存储模块,最终实现对光源发射参数的优化控制。     

特种车内可见光通信系统光源布局优化

针对特种车内空间狭小、光源布局受限这一问题,对光照度及接收光功率进行了理论分析,对光源阵列位置下光照度及光功率的直射和一次反射的分布模型进行了分析与仿真。在光照度需求的约束条件下,根据光功率分布均匀原则提出了特种车辆内部由5个阵列光源形成中心补偿形布局的优化方案。仿真结果表明,在2 m2 m1.5 m的狭小空间内,运用该光源布局方案可得到平均接收光功率值为-0.5 dBm时的光照度范围为333.74~466.44 lx,均匀光照率为79.5%,可同时满足车内照度与数据通信需求。     

点对点可见光通信系统的光源优化布局研究

点对点可见光通信系统能够支持低能耗、高速率、大容量的数据交互业务。实际应用过程中,光源的选择与布局是关键研究技术之一。为进一步提高系统的通信性能,研究LED构成不同排列方式的阵列光源布局,提出了一种环形-角补偿的阵列光源布局。结果表明,这种光源布局方式能够有效增强接收端的光照度、接收功率及信噪比,并且提升接收端的信号质量,从而有益于点对点高速可见光通信系统的实现与推广。     

基于MIMO的可见光通信系统研究

可见光通信是利用LED发出的可见光传输信息的,可见光通信兼顾照明和通信,同时LED具备发光强度高、耗能低、无电磁干扰,有着巨大的发展潜力。文章指出,将MIMO技术应用于可见光通信系统,合理地对LED进行布局,可提升系统的可靠性。同时文章研究了可见光通信系统中的调制技术,比较了几种常见的调制技术,分析了各自的优缺点。     

可见光通信OFDM系统抗多径干扰性能研究

研究可见光通信OFDM系统在多径衰落信道中的传输性能.分别使用16-QAM和OFDM调制对声音和文本信源在多径衰落信道中进行传输,比较不同调制方式的传输效果.传输文本文件时,分析了误码率随衰落系数以及路径时延变化的关系.结果表明:可见光通信OFDM系统在多径衰落信道中传输,能克服多径效应,降低误码率,获得较为满意的通信质量.     

基于白光LED的可见光通信系统研究

针对白光LED可见光语音通信问题,设计了9W白光LED通信系统,实现了300～ 8000Hz语音信号的传输.首先给出了基于UART的通信系统设计方案,然后制作了白光LED的可见光通信系统硬件装置,最后以该硬件装置为基础进行了单片机程序设计.经过测试,该系统通信距离为36cm,串口波特率为227kb/s,输出语音功率为0.7W,达到了设计要求.     

下行多业务OFDMA系统中基于有效容量的资源分配算法研究

该文对多业务OFDMA系统的下行链路资源分配进行了研究,侧重考虑了实时业务用户的QoS要求,建立2维马尔可夫无线信道模型,采用自适应调制技术、有效容量理论以及有效带宽理论,为实时用户分配资源;并实现了非实时业务用户、尽力而为业务用户的资源分配。仿真结果表明,所提算法保证了下行OFDMA系统吞吐量的同时,在实时业务的延时和丢包率等方面都有一定的优越性。     

可见光与射频聚合系统稳健波束成形设计

该文首次研究了可见光通信(VLC)与射频(RF) 聚合系统稳健波束成形设计。具体来说,在VLC和RF信道状态信息(CSIs)都不完美的情况下,该文提出了稳健波束成形设计方案,研究了同时满足最小速率要求和调光控制约束的总传输功率最小化问题。然而,稳健波束成形设计问题存在无限多的约束,这是难以处理的。通过半正定松弛(SDR),首先对非凸原问题进行松弛,然后利用$\mathcal{S}$引理将其重新表述为凸半正定规划(SDP),用内点方法可以有效地求解。最后,数值仿真结果验证了所提稳健VLC-RF聚合系统的鲁棒性和有效性。     

隐蔽可见光通信的基本性能限研究

面向第6代移动通信的发展需求,可见光通信(VLC)是一种极具发展潜力的室内覆盖方案。由于开放性和广播性,VLC的信息安全问题不容忽视。作为一种新型的信息安全技术,隐蔽无线通信近年来得到了广泛研究。然而VLC和无线射频通信存在显著差异,隐蔽无线通信的研究成果并不能直接运用在隐蔽VLC中。鉴于此,该文对隐蔽VLC的基础理论进行了研究。首先,在隐蔽性约束、信号非负性和平均光功率约束下,建立了泛函优化问题,得到了输入信号的最优分布为指数分布,为隐蔽VLC的信号设计提供了参考。接着,利用隐蔽性约束条件,得到了发射机的平均光功率需满足的条件,为发射机设定发送光功率提供了依据。然后,在发射机已知或未知监视者信息情况下,分别推导了隐蔽VLC可以隐蔽传输的最大信息量,揭示了隐蔽VLC的基本性能限。最后,数值结果对理论分析进行了验证。     

基于改进免疫粒子群优化算法的室内可见光通信三维定位方法

针对室内可见光通信中3维定位精度不高和定位时间较长的问题,该文提出基于改进免疫粒子群(IIMPSO)算法的室内可见光通信(VLC) 3维定位方法。通过分析室内多径效应,选取合适的视场角(FOV)以减少反射影响,同时完善了倾斜状态下的定位模型,并采用卡尔曼滤波算法以降低环境干扰对接收功率的影响,在此基础上与改进的免疫粒子群算法相融合。仿真结果表明,在5 m×5 m×3 m的室内环境中,该文所提出的3维定位系统平均定位误差为0.031 m,定位时长为2.3 s。与现有的3维定位系统进行比较,其定位精度与收敛速度均得到明显改善。

     

基于组合索引与欧氏距离相结合的OFDM-IM可见光通信系统研究

直流偏置光正交频分复用系统(DCO-OFDM)存在较高的峰均比(PAPR)、易受多径干扰和噪声频偏等影响。因此该文将载波索引调制(IM)引入DCO-OFDM中,提出适合可见光通信(VLC)的DCO-OFDM-IM调制方案。该方案采用基于组合索引与欧氏距离相结合的信号映射约束模型对子载波进行分块组合索引,不仅可在信号域使用传统星座调制传递信息,还可通过频率域利用载波索引额外携带信息,有效改善了系统峰均比及误码率性能。推导了DCO-OFDM-IM系统的理论误码率(BER),利用蒙特卡罗方法对其进行仿真验证。结果表明：相对传统DCO-OFDM系统,当子载波数为256,调制阶数为4,系统误码率为10^–3时,DCO-OFDM-IM系统所需信噪比平均改善了约2 dB;当误码率为10^–3时,采用组合索引与欧氏距离相结合的算法较随机选取载波组合系统所需信噪比平均改善约2 dB;当系统互补累计分布函数(CCDF)为10^–1时,DCO-OFDM-IM原始信号峰均比比DCO-OFDM下降了约2.4 dB。     

基于多LED的高精度室内可见光定位方法

针对可见光室内定位问题,该文基于接收信号强度(RSS)定位技术,提出一种利用多个LED发射端实现室内定位的方法,即MLED-RSS定位算法。该方法在充分考虑LED拓扑结构对定位性能影响的基础上,利用部署在室内的多个LED,合理选择其中3个LED作为发射节点,采用改进的三边定位法获得定位目标位置信息。定位算法可以有效地解决可见光定位存在的遮挡效应。仿真实验表明,MLED-RSS算法可以实现高定位精度。     

基于SVM的广义空移键控可见光通信系统信号检测算法

针对室内广义空移键控(GSSK)调制的可见光通信(VLC)系统,该文提出一种基于支持向量机(SVM)的机器学习信号检测算法。在一般的VLC系统中,极大似然(ML)检测是最优检测算法,但是ML检测算法具有很高的计算复杂度。为了解决此问题,该文利用机器学习中的SVM分类思想实现对系统接收端的信号检测,以在保证信号检测正确率的情况下,降低计算复杂度,提高GSSK-VLC系统的信号检测效率。仿真结果表明,该文提出的针对室内GSSK-VLC系统的SVM信号检测算法与ML检测算法相比,在具有接近ML的误比特率(BER)性能的同时,计算复杂度明显降低,有效提升了系统的检测性能。     

可见光通信自适应直流偏置光正交频分复用系统设计与性能研究

传统的直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统通过添加直流偏置(DC)和限幅获得单极性信号,由于傅里叶逆变换(IDFT)输出时域信号的随机性,固定的直流偏置会产生较大的非线性限幅失真。该文提出设计自适应直流偏置光正交频分复用(ADCO-OFDM)系统,以双边限幅前、后符号之间的均方误差(MSE) 最小化为优化目标,求解使非线性限幅失真最小的DC。介绍了ADCO-OFDM系统原理、推导了子载波比特信噪比(SNR),建立了均方误差最小化优化模型,并给出了最优直流偏置的求解过程。采用蒙特卡罗(Monte Carlo)仿真方法分析了误码率(BER)和光功率消耗,验证了系统设计和性能分析的正确性。     

可见光多维无载波幅度相位调制系统

针对室内可见光通信调制技术和多用户接入问题,该文基于直流偏置和极性编码信号单极化思想提出两种系统复杂度低、频带利用率高的可见光多维无载波幅度相位(DCO-MCAP, U-MCAP)调制方案。首先利用最大最小优化算法构建无频谱泄漏的频域目标方程,采用完全重建(PR)条件作为非线性约束方程,求取时域正交的多维CAP滤波器组,然后分别采用添加直流偏置和零值位置极性编码实现信号单极性,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,可见光背景噪声建模为加性高斯白噪声(AWGN),推导了DCO- CAP/MCAP, U-CAP/MCAP 4种调制方案的误符号率理论解,仿真验证了其准确性。在5 m5 m3 m的室内场景下,仿真对比分析了2维、3维、4维可见光CAP调制系统的频带利用率、误码率等性能。结果表明,相同星座尺寸时,多维CAP调制的误码性能明显优于传统2维;相同频带利用率时,3种维度系统误码性能相近,可见光多维CAP调制为多用户接入提供可能性。此外,讨论了信道参数对可见光CAP系统的影响,发射机辐射角与收发信机之间距离都与信噪比损失呈现出正相关性。     

可见光通信中融合VOOK和分层OFDM的高效频谱混合调制方法

为了满足可见光通信(VLC)的照明和高速率数据传输的双重需求,该文提出一种融合可变开关键控(VOOK)和分层正交频分复用(OFDM)的高效频谱混合调制。首先针对分层OFDM调制方法设计了相应的VOOK信号,避免了VOOK对分层OFDM信息传输的干扰。然后,为了保证混合调制信号工作在发光二极管(LED)的线性区间,提出一种全新的重构分层光OFDM(RLO-OFDM),并构建VOOK-RLO-OFDM混合调制方法,实现了调光控制和高效频谱数据传输的双重功能。混合调制能够并行地进行VOOK和RLO-OFDM的信号检测,同时,RLO-OFDM的信号检测可以采用标准的OFDM接收机,无须依赖串行干扰消除方式,显著地降低了接收复杂度和处理时延。仿真结果表明,所提方法能够实现线性调光控制,且具有高效的频谱效率。     

时变信道下基于有效容量的OFDMA系统资源分配方案

该文给出时变信道下多用户正交频分多址接入(OFDMA)系统的有效容量表达式。为了最大化系统平均有效容量,该文利用泰勒近似得到了渐近可达的多用户调度准则,根据用户移动速度、业务时延敏感特性和有效容量的关系调度用户。仿真结果表明,该方案能够更好地提高移动用户有效容量。