可見光通信系統(tǒng)容量分析與星座設計.pdf

1、隨著無線傳輸需求的飛速發(fā)展，無線頻譜資源日益緊張。雖然人們嘗試采用各種先進技術(shù)來提高無線頻譜資源的利用率，但是無線頻譜資源的緊張仍未得到有效緩解。作為傳統(tǒng)射頻通信的有效補充，可見光通信近年來引起了學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，并逐漸成為了當前的研究熱點之一。可見光通信具有不同于傳統(tǒng)無線射頻通信的特點，因此無線射頻通信中的相關(guān)結(jié)果并不能直接應用到可見光通信中。鑒于此，本論文將對可見光通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題進行研究，主要工作包括以下四個部分：

2、r>　　第2章推導了點對點可見光通信系統(tǒng)的信道容量上、下界的理論表達式。本章在獨立于信號的高斯噪聲下，考慮光信號強度為非負、峰值光強有上限以及平均光強為常數(shù)三個約束條件，利用“熵冪不等式”、“變分法”等思想，推導了容量下界的理論表達式;利用“相對熵”等思想，推導了容量上界的理論表達式。此外，還分析了容量上、下界之間的誤差。通過數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)，所得容量上、下界非常緊，驗證了所得理論表達式的準確性。
　　第3章推導了多輸入多輸出可見光通

3、信系統(tǒng)的容量界的理論表達式，并對接收機的位置進行了規(guī)劃。本章假設收發(fā)端均具有完美的信道狀態(tài)信息，通過對信道矩陣進行奇異值分解，將多輸入多輸出信道轉(zhuǎn)換成相互獨立的并行信道。在光強信號為非負、峰值光強有上限以及平均光強為定值的約束條件下，利用“熵冪不等式”和“變分法”等思想，推導了信道容量下界的理論表達式?；谌萘肯陆绫磉_式，給出了關(guān)于接收機位置擺放的最優(yōu)化問題，并通過基于粒子群優(yōu)化的迭代搜索算法對問題進行了求解。數(shù)值結(jié)果對所得容量界表達式

4、和接收機的位置規(guī)劃方案進行了驗證。
　　第4章對室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)的星座進行了設計。本章考慮一個點對點的室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)，噪聲為獨立于信號的高斯白噪聲，調(diào)制方式采用脈沖幅度調(diào)制。在光信號具有非負約束、峰值光強約束和平均光強約束的條件下，基于兩種常見的星座設計策略，提出了一種聯(lián)合星座設計策略。在所提策略中，信號星座由星座點幅度、星座點概率和調(diào)制階數(shù)三個參數(shù)決定。然后，給出了星座設計優(yōu)化問題，并提出了改進的Blahut-Arimot

5、o迭代算法。為了降低計算復雜度，還提出了低復雜度的次最優(yōu)算法。數(shù)值結(jié)果對所提算法的性能進行了驗證。
　　第5章對室外可見光通信系統(tǒng)的星座進行了設計。在本章中，信道增益由大氣衰減、大氣湍流和指向誤差綜合確定，并且在信道相干時間內(nèi)是一個常數(shù)。在信號的非負性、峰值光強和平均光強三個約束條件下，給出了可見光通信系統(tǒng)的信號空間。針對相干和非相干檢測，給出了相應的距離準則?；趦煞N距離準則，給出了星座設計優(yōu)化問題，并提出了一個基于內(nèi)點法的迭代