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。     

基于非正交多址接入的室内可见光通信系统

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。     

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。     

多光谱可见光通信信道串扰分析

在可见光通信领域, 通过波分复用技术可以增加信道个数, 从而提高系统通信容量. 然而发光二极管(LED)的辐射光谱具有一定线宽, 当信道个数增加, 信道间隔将变小, 尽管有滤光片的通道选择, 但LED的辐射光谱会出现重叠从而产生信道串扰. 本文基于LED光谱重叠现象分析了多光谱波分复用可见光通信系统的信道串扰问题. 首先结合LED的物理机制和实际LED的光谱形状对其光谱进行建模; 然后根据光谱重叠现象和可见光通信信道推导出信道串扰公式; 最后利用不同中心波长的LED在两通道可见光通信系统中验证了信道串扰公式的正确性. 仿真和实验结果表明, 当两信道的信道间隔大于28 nm时, 两信道之间的信道串扰不超过-13.6 dB. 对多光谱波分复用可见光通信系统的信道串扰分析对未来可见光通信增加信道数量有一定指导作用.     

基于DCO-OFDM的帧内信号时域调整技术研究(英文)

在传统OFDM系统中,OFDM码元在信道特性不佳时可能会超出保护间隔并严重影响相邻码元,从而造成码间干扰和载波间干扰.针对此类干扰,在高速非相干光OFDM通信系统中,提出了一种基于直流偏置光OFDM的帧内信号时域调整方案.该方案运用傅里叶变换的基本性质,通过简单的频域子信道预处理,便可以将直流偏置光OFDM时域信号进行帧内交叉性时序搬移,使信号能量从码元边缘部分集中到中间部分.数值模拟表明,该方案能显著降低因码元超出保护间隔而引起的码间干扰和载波间干扰,从而有效改善系统的误码率性能.对于某些通过减小保护间隔来提高信息传输有效性的光OFDM系统,该方案也具有很大意义.     

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.     

正交频分复用无源时间反转信道均衡方法研究

针对水声信道多途信号引起的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)水声通信系统符号间干扰的问题,提出了无源时间反转均衡的方法,将发送的探测信号时间反转与OFDM信号做卷积,利用无源时间反转镜的时间聚焦原理减小信道多途带来的符号间干扰,在OFDM符号中不使用导频的情况下实现信道均衡,简化了均衡步骤并提高了OFDM符号频带利用率。分析比较了无源时反均衡方法与最小平方信道均衡在水声多途信道下的误码性能。仿真研究和湖上实验表明,无源时反信道均衡算法可以有效的减小多途信道对OFDM水声通信系统带来的影响。      

正交频分复用无源时间反转信道均衡方法研究

针对水声信道多途信号引起的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)水声通信系统符号间干扰的问题,提出了无源时间反转均衡的方法,将发送的探测信号时间反转与OFDM信号做卷积,利用无源时间反转镜的时间聚焦原理减小信道多途带来的符号间干扰,在OFDM符号中不使用导频的情况下实现信道均衡,简化了均衡步骤并提高了OFDM符号频带利用率。分析比较了无源时反均衡方法与最小平方信道均衡在水声多途信道下的误码性能。仿真研究和湖上实验表明,无源时反信道均衡算法可以有效的减小多途信道对OFDM水声通信系统带来的影响。     

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。     

可见光并行高速通信交织分多址技术研究

商用发光二极管(LED)调制带宽受限制约着可见光通信的传输速率,而灯具内通常有多个LED灯芯,为此提出了通过多个灯芯同时作为通信信源,利用交织分多址技术并行叠加,单一光电检测器(PD)接收的高速传输方案。由于LED驱动电压非负、PD只检测光强信息,为此提出了基于单载波开关键控(OOK)调制的发送传输结构、接收端多LED检测和重复码译码算法;研究了可见光OOK调制的信噪比(SNR)性能估计算法;仿真中,与等条件的多载波直流(DC)偏置光正交频分复用相比较,该方案在误码率(BER)、抗非线性等性能上更优。     

光相位调制器和光强度调制器产生40GHz光载OFDM毫米波信号的传输性能比较

实验研究了分别采用光相位调制器和光强度调制器产生40GHz光载正交频分复用(OFDM)信号的毫米波光纤无线通信(ROF)系统,并比较了二者的传输性能。在中心站,将20GHz的射频(RF)正弦波信号与2.5Gb/s的OFDM信号混频后驱动相位调制器或强度调制器进行双边带(DSB)调制,产生的光载OFDM信号的毫米波经标准单模光纤(SSMF)传输到基站。在基站,经光纤布拉格光栅(FBG)滤除中心载波后的光调制信号经光电检测器转换成电调制信号,再与射频信号混频,恢复出基带OFDM信号,而分离出来的中心载波信号可以用于实现波长重用。实验验证了OFDM信号峰值-平均(峰均)功率比大小对系统误码率的影响。实验结果显示,在大入纤功率情况下,相位调制和强度调制产生的毫米波光信号经过50kmSSMF传输后,其功率代价分别为小于0.5dB和大于1dB。说明光相位调制器产生光载毫米波加载OFDM信号在光纤中的传输性能优于光强度调制器。     

大气闪烁对无线光CDMA通信系统性能的影响

将光CDMA技术应用到无线光通信中。提出了基于脉冲位置调制的二维大气无线光CDMA通信系统，并分析了该通信系统的性能。考虑多用户干扰、APD噪声以及热噪声等干扰因素的影响，采用数值分析的方法，详细分析了大气湍流引起的大气闪烁对二维无线光CDMA通信系统误码率的影响。结果表明，大气闪烁是影响二维无线光CDMA系统误码率性能的一个重要因素；当大气闪烁的对数方差较小(如σ2s=0.1)时，该系统可以实现高速率通信；当大气闪烁的对数方差较大(σ2s≥0.2)时，在有限的光功率条件下，该系统难以实现通信，需要采用信道编码技术来提高系统的误码率性能。     

紫外光散射通信系统的数据传输速率影响因素的研究

无线紫外光局域通信是在短距离内实现全方位信息安全传输的有效途径之一,其中数据传输速率是该类通信系统的重要技术指标。从常用的紫外收发通信系统结构出发,研究无线紫外光局域通信数据传输速率的影响因素。研究结果表明：大气信道和紫外光源的选择对系统数据传输速率影响较大;由于大气散射信道的多径时延,系统的最大调制速率受到限制,当通信距离较短或天气环境较好时,系统的最大调制速率较高;紫外光源中,低压汞灯最大调制速率20kHz,紫外LED最大调制速率为几兆赫兹左右。相关研究成果为高速紫外光局域网络的设计与应用提供了参考。     

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。     

基于正交频分复用的水声自适应通信系统性能仿真研究

本文从平均谱效率的角度分析并讨论了基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex,OFDM)技术的水声自适应通信系统的通信性能。在两种典型的水声统计信道假设下,根据信道状态信息的不同精确程度,针对不同的调制方式,对水声自适应通信系统的平均谱效率进行了理论推导,并给出了部分性能函数的解析形式,而后从多个角度给出了较为全面的数值仿真分析结果。仿真结果显示:当目标误码率为10-3时,水声自适应通信系统可以在相同发射功率下,显著地改善通信性能(约3 bit/s/Hz);在同样的目标误码率下,如果维持传输性能不变,自适应通信系统可以显著节省发射功率(约10 dB)。在信道状态信息不确知的情况下,当信道估计误差大于-15 dB,或多普勒补偿后信道的扩展因子大于0.03时,自适应系统的性能才会显著劣化。此外,在统计意义上,自适应通信方法对于系统性能的改善程度随通信距离的增加而增大。     

采用时反和时频差分OFDM的水声语音通信方法

针对水声信道多径、时变、多普勒等恶劣传输特点对水声语音通信的严重影响,本文采用多通道时间反转和时频差分OFDM进行水声语音通信技术方案设计,该方法首先通过多通道时间反转进行时间域和空间域多径聚焦,进而结合时频差分OFDM调制解调抑制残留多径的影响。由于无需采用信道估计和均衡算法,系统实现方便、复杂度低,同时对信道具有一定程度的稳健性。该方法语音压缩编码采用混合激励线性预测编码。仿真实验和海试实验表明了本文方案的有效性。     

基于光子灯笼的正交频分/模分复用IM-DD多模光纤传输系统

提出一个基于光子灯笼的正交频分复用(OFDM)/模分复用多模光纤传输系统,利用2个模式选择性光子灯笼分别作为模式复用与解复用器,选取LP_(01)模与LP_(11b)模式作为发送信道,利用自适应比特加载OFDM调制方式在50m长的OM4多模光纤上实现了7.2Gb/s的传输。实验结果表明,调整2路信号的偏振态,当LP01端的入射光功率比LP11b端的入射光功率低4dB左右时,可以保证2路信号在接收端的光功率一致。当2路信号的接收光功率均低至-13dBm时,2路信号的误码率分别为1.3×10~(-3)与3.2×10~(-3),均低于硬判决前向纠错(HD-FEC)门限。该系统为低成本、短距离以及大容量的数据传输场景提供了解决方案。     

非正交多址光通信系统信道均衡的虚拟时反方法

室内非正交多址(non-orthogonal multiple access, NOMA)可见光通信系统(visible light communications, VLC)可实现高速率多用户通信,但多径效应会造成通信可靠性及用户公平性明显下降,为此,提出一种虚拟时间反转技术(virtual time reversal mirror, VTRM)对NOMA-VLC进行信道均衡,消除多径效应对通信过程的影响。分析了多用户场景下室内NOMA-VLC系统模型及其通信光链路的特性,依据光链路增益的稀疏特性采用稀疏度自适应匹配追踪(sparsity adaptive matching pursuit,SAMP)算法,估计NOMA-VLC系统的信道冲激响应(channel impulse response, CIR)。在此基础上,采用VTRM方法对NOMA-VLC进行信道均衡,通过VTRM的时空聚焦特性减少信道衰落影响,并重构接收信号,抑制多径效应。理论分析和实验结果表明：经论文算法均衡后的NOMAVLC系统,在满足前向纠错(forward error correction,FEC)误码率阈值的同...     

平板型聚光器作为可见光通信中光学天线的设计与性能分析

针对室内可见光通信中光学天线存在的视场小、接收面光能分布不均匀,以及低功率光源条件下接收功率低的问题,设计了作为可见光通信系统光学天线的平板型聚光器,推导出适用于平板型聚光系统的光学增益理论公式。在一个(5×5×3)m房间中对平板型聚光器作为光学天线的接收功率分布进行仿真,得到直射和非直射链路信道下视场角为50°的平板型聚光器接收房间内各位置的光功率比直接探测时分别提升了16.2411dBm和16.4956dBm。