室内可见光通信O-OFDM符号分解MIMO系统研究

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作为射频通信互补技术和绿色通信方式的可见光通信(VLC),选用频段范围较高的可见光光谱作为传输介质。VLC技术解决了射频领域中频谱资源紧缺和“最后一公里”等问题。VLC自身的优势和现阶段通信领域的发展需求使其成为研究热点。然而,光正交频分复用(O-OFDM)系统的高峰值平均功率比(PAPR)使得VLC系统面临着非线性失真的挑战,严重恶化系统性能。另一方面,由于发光二极管(LED)调制带宽相对较窄,限制了VLC系统的频带利用率和系统容量。因此,实现更高的数据传输速率、更大的系统容量,以及有效抑制LED的非线性失真,已成为无线通信领域必须解决的重要问题。基于此,本文在可见光通信O-OFDM系统抑制LED非线性失真问题的基础上,将符号分解串行传输(SDST)和多输入多输出(MIMO)技术相结合,研究LED调制带宽限制室内VLC的频带利用率和通信速率等问题,以及理论推导和简要分析系统的信道容量界。同时,引入自适应符号分解(ASDST)技术,提出建立自适应符号分解MIMO系统。并进行误码率(BER)和平均光功率等性能指标对比分析。具体研究内容如下:1.针对SDST系统中串行传输方式导致的通信速率大幅降低,以及单个LED灯的实用性差等问题。提出了室内可见光通信O-OFDM符号分解MIMO系统(SDO-OFDM-MIMO),并对该系统进行信道容量分析。将具有较大PAPR的OOFDM符号进行符号分解后驱动多个LED灯实现VLC-MIMO通信。结果表明,SDO-OFDM-MIMO系统在抑制LED非线性失真的基础上实现了系统信息速率的提升,且系统的BER性能有所优化。改善了原始VLC-MIMO系统发端LED非线性失真引起的系统性能变差问题。此外,对本系统的信道容量进行理论推导和分析,采用了“熵幂不等式”、“变分法”等理论基础,推导了信道容量上界。2.针对SDO-OFDM-MIMO中限幅次数固定而产生全零符号的问题。提出了室内可见光通信自适应O-OFDM符号分解MIMO系统(ASDO-OFDM-MIMO)。依据自适应技术消除了系统中的全零符号,接收端采用迫零(ZF)和最小均方误差(MMSE)的线性检测算法进行检测恢复信息序列。结果表明,ASDO-OFDMMIMO系统改善了传统迭代信号限幅(ISC)和自适应迭代信号限幅(AISC)在接收端简单的多路信号进行合并处理时,忽略了多路光信号存在的信道增益差异问题。并且与SDO-OFDM-MIMO相比,节约了光功率,进一步提高了系统性能。
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