【摘 要】
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当前,工业物联网伴随着全球新一轮科技革命和产业变革应运而生,涉及工业与互联网等信息通信技术的各个环节和主体。为了满足工业物联网对高速率、高密度、低延时通信的需求,可见光通信提供了一种新型的解决方案。然而,工业物联网场景中设备的移动以及高密度小区产生的小区间干扰,对可见光通信的高速鲁棒传输提出巨大挑战。为此,本文面向可见光移动通信对鲁棒接收的需求,研究阵列可见光通信移动接收的几个关键技术,主要的研究
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“室内高速可见光通信自适应空间关联传输技术研究”;国家重点研发计划“高速可见光通信模块及集成技术”;
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当前,工业物联网伴随着全球新一轮科技革命和产业变革应运而生,涉及工业与互联网等信息通信技术的各个环节和主体。为了满足工业物联网对高速率、高密度、低延时通信的需求,可见光通信提供了一种新型的解决方案。然而,工业物联网场景中设备的移动以及高密度小区产生的小区间干扰,对可见光通信的高速鲁棒传输提出巨大挑战。为此,本文面向可见光移动通信对鲁棒接收的需求,研究阵列可见光通信移动接收的几个关键技术,主要的研究工作具体介绍如下:针对接收机的视场角约束和移动严重影响可见光通信系统鲁棒性的问题,优化获得接收机的最佳旋转角,推导了信道容量差的随机分布函数。首先以最大化信道容量为优化目标,构建单个LED场景中接收机最佳旋转角的最优设计准则。该优化准则以旋转角不超出接收机视场角边界为约束条件,以库恩-塔克条件和二阶充分条件为优化方法,得到最优解。优化结果阐述了最佳旋转角接收机克服视场角约束的机理。构建最佳旋转角接收机和垂直向上接收机之间的信道容量差模型,推导当接收机移动遵循随机分布时信道容量差的累积分布函数和概率密度函数。该研究成果对分析接收机在移动场景的最佳接收模型具有指导意义。针对一维走廊VLC系统中相邻LED存在的小区间干扰,优化旋转接收机抑制小区间干扰,推导了信干噪比的随机分布函数和平均误码率。当接收机移动到相邻小区的重叠区域,小区间干扰成为制约系统性能的主要因素,因此采用最佳旋转角接收机抑制小区间干扰。以最大化信干噪比为优化目标,构建一维走廊双小区场景下最佳旋转角的最优设计准则。该优化准则以旋转角不超出接收机视场角为约束条件,以库恩-塔克条件和二阶充分条件为优化方法,得到最佳旋转角。最佳旋转角接收机有效抑制小区间干扰,使得热噪声成为影响接收机信干噪比的主要因素。并依据接收机移动的随机分布,推导信干噪比的概率密度函数和累积分布函数,获得最佳旋转角接收机的平均误码率。结果表明,在一维走廊的可见光通信系统中,最佳旋转角接收机的性能受到接收机移动的随机分布类型和小区间距的影响。针对室内可见光通信系统存在的小区间干扰,以信干噪比为优化目标,在定向接收和遍历接收两种模式下,设计优化孔径阵列接收机的结构参数。孔径阵列接收机由裸露的中心探测器和多个接收单元组成,采用雪崩光电二极管作为探测器。由于雪崩光电二极管的放大增益使得小区间干扰成为影响系统的主要因素,因此以最大信干噪比为优化目标,构建孔径阵列接收机参数优化准则。针对接收机在室内中心位置和遍历室内位置两种接收模式,优化孔径阵列接收机的最佳结构参数。其中,接收机在室内中心位置接收的参数优化获得解析解,接收机遍历室内位置的参数优化获得仿真解。结果表明,优化的孔径阵列接收机优于单个雪崩光电二极管和通用的角分集接收机。
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