【摘 要】
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基于发光二极管(LED)的可见光通信(VLC)技术作为一种新兴的高速无线通信技术,频谱资源丰富且无需申请即可开通使用,适用于多种接入场景,无电磁干扰,绿色环保,高安全性,低成本,可同时实现照明和通信,受到广泛的关注。由于VLC系统使用的白光LED模拟带宽典型值仅有几兆赫兹,极大限制了VLC系统的可达信息速率(AIR)。虽然可以通过均衡技术和蓝光滤光片来提高LED调制带宽,或者使用高阶调制格式,例如
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基于发光二极管(LED)的可见光通信(VLC)技术作为一种新兴的高速无线通信技术,频谱资源丰富且无需申请即可开通使用,适用于多种接入场景,无电磁干扰,绿色环保,高安全性,低成本,可同时实现照明和通信,受到广泛的关注。由于VLC系统使用的白光LED模拟带宽典型值仅有几兆赫兹,极大限制了VLC系统的可达信息速率(AIR)。虽然可以通过均衡技术和蓝光滤光片来提高LED调制带宽,或者使用高阶调制格式,例如高阶脉冲幅度调制(PAM)和正交频分复用(OFDM)技术可以部分提高AIR,但仍与VLC系统的香农容量有较大的差距。论文的主要研究内容包括:(1)建立VLC系统模型,采用基于确定性与修正蒙特卡洛联合的方法仿真分析了大小为5m×5m×3m的空间内,单发射机单接收机条件下的信道响应,验证VLC系统是一个带宽受限系统,采用多载波调制尤其是直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)能够充分利用有限带宽以提高系统AIR。(2)通过广义互信息(GMI)及估计前向纠错码(FEC)开销的指标——归一化广义互信息(NGMI),理论分析了星座图概率整形(PS)技术原理,利用蒙特卡洛模拟方法仿真计算了在最优概率分布下,概率整形正交幅度调制(PS-M-QAM)的GMI相比于均匀分布的M-QAM可以有效地逼近香农容量。(3)提出多载波调制和PS技术相结合的熵加载方案,各子载波根据信噪比确定最佳的PS-M-QAM,提升VLC系统的AIR,以逼近系统香农容量。数值分析比较了熵加载方案与传统比特加载方案在不同应用场景下的性能提升,并予以实验验证。在验证实验中,VLC系统中使用的荧光LED所调数据信号的带宽约45-MHz,自由空间中传输距离为1-m,本文所提出的熵加载方案实现了AIR为204.1-Mb/s的传输,相比于传统比特加载方案提升了26.8%。
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