無(wú)線光通信系統(tǒng)中混合傳輸技術(shù)與性能分析.pdf

1、無(wú)線光通信(Optical Wireless Communication，OWC)技術(shù)因其調(diào)制帶寬大，傳輸速率高，保密性好以及無(wú)需授權(quán)頻譜等優(yōu)勢(shì)得到眾多關(guān)注，可與傳統(tǒng)無(wú)線射頻(Radio Frequency, RF)通信形成互補(bǔ)，并被認(rèn)為是解決未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)中“最后一公里”問(wèn)題的有效的技術(shù)之一。本文針對(duì)無(wú)線光通信系統(tǒng)，著重研究室內(nèi)無(wú)線光通信系統(tǒng)中多色混合傳輸?shù)恼活l分復(fù)用(Orthogonal FrequencyDivision Mu

2、ltiplexing，OFDM)技術(shù)，多用戶傳輸時(shí)的功率分配問(wèn)題以及容量分析，以及室外無(wú)線光通信中RF/FSO(Free Space Optical，F(xiàn)SO)混合中繼傳輸技術(shù)。
　　本文針對(duì)采用RGBA-LED做光源的室內(nèi)無(wú)線光通信系統(tǒng)，提出了一種新的OFDM方案?？紤]到照明和通信的雙重需求，新方案利用信號(hào)分離，削波偏置/放縮削波操作對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，使信號(hào)能夠在RGBA-LED上傳輸。然后，進(jìn)一步優(yōu)化削波偏置的偏置系數(shù)以及放縮削波

3、的放縮系數(shù)。在接收端，提出一種直接檢測(cè)方案以恢復(fù)原始信號(hào)，并推導(dǎo)出正交幅度調(diào)制的誤比特率閉合表達(dá)式。為了提高系統(tǒng)性能，引入線性檢測(cè)算法來(lái)緩解多色間串?dāng)_的影響。此外，設(shè)計(jì)了一種低復(fù)雜度的并行干擾抵消算法以消除多色串?dāng)_。最后，在理想和實(shí)測(cè)光信道下對(duì)方案進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。理論分析和仿真結(jié)果表明，該方案在誤比特率上優(yōu)于傳統(tǒng)的OFDM方案。研究了室內(nèi)無(wú)線光通信系統(tǒng)中多用戶傳輸?shù)墓β史峙鋯?wèn)題。為了同時(shí)兼顧照明和通信的需求，首先對(duì)系統(tǒng)的總功率以及單個(gè)LE

4、D的光功率進(jìn)行約束。在分析系統(tǒng)噪聲模型和接收信噪比的基礎(chǔ)上，得出系統(tǒng)容量的閉合表達(dá)式。然后基于功率約束條件，并以系統(tǒng)容量最大化為目標(biāo)，將多用戶功率分配問(wèn)題建模成優(yōu)化問(wèn)題。對(duì)于同時(shí)傳輸模式，考慮到優(yōu)化問(wèn)題的非凸性，首先采用梯度投影算法得到一個(gè)局部最優(yōu)解，然后利用凸松弛技術(shù)將非凸問(wèn)題轉(zhuǎn)化成凸問(wèn)題，并得到一個(gè)高質(zhì)量次優(yōu)解。對(duì)于輪詢模式，我們采用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)條件，得到一個(gè)類似傳統(tǒng)注水算法的最優(yōu)解，該解具有上下削

5、波的平方根形式。仿真結(jié)果表明，所提出的功率分配算法可提供比傳統(tǒng)平均功率分配算法更佳的性能。研究了室外無(wú)線光通信系統(tǒng)中RF/FSO混合傳輸技術(shù)及其性能。在該系統(tǒng)中，RF鏈路用來(lái)支持移動(dòng)通信，而FSO用來(lái)承載移動(dòng)通信基站間的回程鏈路，兩條鏈路通過(guò)固定增益放大轉(zhuǎn)發(fā)（Amplify-and-Forward，AF）中繼或可變?cè)鲆鍭F中繼技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。對(duì)于兩種中繼方案，考慮到RF鏈路的非直達(dá)徑以及FSO鏈路中通用的大氣湍流模型，首先推導(dǎo)出系統(tǒng)端到

6、端統(tǒng)計(jì)特性，如累積分布函數(shù)和矩生成函數(shù)的閉合表達(dá)式。隨后使用這些統(tǒng)計(jì)特性計(jì)算出多進(jìn)制相移鍵控，差分相移鍵控以及非相干頻移鍵控的閉合或近似平均誤符號(hào)率。其次，推導(dǎo)出高信噪比下不同調(diào)制方案的誤符號(hào)率的漸進(jìn)表達(dá)式，分析其分集度以及不同調(diào)制方案之間的性能差異，并得出一些有意義的結(jié)論。再次，從以上分析結(jié)果中進(jìn)一步推出系統(tǒng)FSO鏈路服從K分布以及Gamma-Gamma分布時(shí)不同調(diào)制方案誤符號(hào)率的閉合或近似表達(dá)式。最后，仿真結(jié)果驗(yàn)證了本章的理論分析結(jié)