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可见光通信(Visible Light Communications,VLC)技术作为一种新兴无线传输技术,因其广阔的频谱资源、无电磁干扰、安全且可兼顾照明与通信等优点广受关注并迅速发展。VLC利用380 nm-760 nm波长的可见光进行通信,通信时会引起晃眼、闪烁等令人不适的感觉,导致VLC在照明受限的场景(如昏暗的卧室、影院)中不能应用。因此,与基于RF的通信技术(如Wi Fi)相比,目前VLC不是一个“永远在线”(“Always-on”)的通信技术。通信光导致人眼不适的问题是VLC发展的阻碍之一。本文提出人眼不可感知的可见光通信(Imperceptible VLC,iVLC)的概念,研究iVLC系统关键技术,致力于实现“Always-on”VLC系统。在一般照明通信场景下,通过兼顾照明和通信的多种技术,下行VLC可以做到对人眼无闪烁影响。但是对于照明受限场景,VLC通信会引起晃眼问题。因此,通俗地描述目前状况,即为:灯灭了,VLC通信就断了。上行VLC也会引起晃眼问题,目前一般的解决方案是采用RF、红外作为上行通信链路。2016年美国达特茅斯学院研究团队的实验证明,可以在看似无光的黑暗环境中实现VLC,他们称之为“Dark VLC”。受他们的工作启发,本文探索解决VLC“晃眼”问题的理论和技术,致力于实现iVLC。与闪烁感觉不同,晃眼感觉源于发光体亮度与环境亮度的差高于人眼可感知的心理阈值。为满足人眼无法感知可见光波段光的通信要求,本文引入心理物理学理论,提出可度量人眼不可感知性的最大不可觉差(Just Imperceptible Difference,JID),从而解决了晃眼感觉的度量问题。利用JID,本文推导出iVLC平均发射功率上界,此上界为实现iVLC的必要条件。针对iVLC系统因平均通信功率较低导致的同步和检测难度较高的问题,本文研究适用于iVLC系统的同步及检测技术。为进一步增强iVLC系统的同步、检测能力,同时使iVLC系统具备信道均衡能力,本文引入深度神经网络(Deep Neural Network,DNN),为iVLC系统提出一种基于多二次核深度神经网络的硬脉冲位置分类器(Multi-Quadric Kernel and DNN based Hard-max Pulse Position Classifier,MQK-DNN-HPPC)。本文主要研究内容和创新工作如下:(1)针对VLC系统的晃眼问题,本文将心理物理学理论引入iVLC系统设计中,以实现人眼不可感知的VLC,使VLC具备“Always-on”的特性。基于心理物理学理论,提出了可度量人眼不可感知性的JID。JID是人不可区分的两个同类刺激的最大刺激强度差。本文用通信信道和感知信道,表征iVLC二维信道特征。基于JID,本文推导了受限于人眼不可感知性要求的iVLC系统平均发射功率上界。在任意光照度的环境中,VLC满足此要求即可在通信时实现人眼不可感知。利用iVLC系统通信信道模型,推导了受限于通信可靠性要求的iVLC系统平均发射功率下界。利用脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM)的占空比可调特性,在保持接收器可测的光脉冲瞬时功率的同时,降低发射信号的平均功率,以保证iVLC系统平均发射功率上下界间存在可行域。利用传统VLC接收器噪声参数,仿真验证了实现iVLC的理论可行性,研究了影响iVLC系统性能的关键因素,为iVLC系统和组件的设计提供了指导。(2)在照明受限场景中,iVLC系统需保持其平均发射功率在较低水平,导致同步和信号检测的难度增大。本文为基于PPM调制的iVLC系统设计了适合的帧同步、符号同步和时隙同步方法。包括利用自相关性较强的巴克码,为不同PPM阶数下的数据帧设计了帧同步序列;利用PPM符号和时隙特性,分别设计了符号同步方法和时隙同步方法。仿真实验表明,本文的同步方法,可增强iVLC系统对于定时偏差的鲁棒性。针对iVLC低平均功率信号的检测难度较大问题,本文对三种可用于iVLC系统的检测方法进行了仿真分析。(3)为进一步提高iVLC系统的同步和检测能力,同时使iVLC具备信道均衡能力,本文引入DNN并提出适用于PPM调制iVLC系统的MQK-DNN-HPPC。MQK-DNN-HPPC是一种被构造成重叠分层结构的机器学习联合同步、检测、均衡方法。此重叠分层结构,可增加训练数据的使用率,加快训练速度。为凸显训练数据的特性,提高神经网络性能,本文在MQK-DNN-HPPC中引入了MQK层。仿真实验表明MQK-DNN-HPPC可扩大iVLC系统的发射功率可行域范围,提高通信可靠性、同步性能、通信速率等系统性能。本文提出了解决VLC晃眼问题的新理论,研究了实现iVLC的关键因素(如平均发射功率、检测方法、信号的占空比、环境光照度等),为iVLC设计了适合的同步、检测及信道均衡方法。本文的研究成果可为iVLC系统设计和光电器件的设计提供指导。