可見光通信中的空間編碼調(diào)制技術(shù)研究.pdf

1、作為對(duì)傳統(tǒng)射頻通信(Ratio Frequency, RF)的重要補(bǔ)充，可見光通信技術(shù)(Visual Light Communications，VLC)近年來已經(jīng)成為無線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。由于照明設(shè)備幾乎遍及生活的每個(gè)角落，通過照明設(shè)備進(jìn)行無線通信是一種有效而可行的無線通信方案。相較于傳統(tǒng)的射頻通信，可見光通信具有節(jié)能環(huán)保、綠色健康、保密性高、未認(rèn)證頻譜資源豐富等一系列優(yōu)點(diǎn)。但是，受照明用LED器件的開關(guān)速度影響，可見光通信系統(tǒng)傳輸帶

2、寬受限，高效利用可見光通信系統(tǒng)的頻譜資源十分重要。由于實(shí)際的照明系統(tǒng)通常采用多個(gè)LED光源組成陣列以提供充足的照明，多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)傳輸方案在可見光通信領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注和研究。
　　空間調(diào)制(Spatial Modulation，SM)技術(shù)正是一種將MIMO傳輸技術(shù)與傳統(tǒng)數(shù)字調(diào)制技術(shù)相結(jié)合的調(diào)制方式，通過將傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制星座擴(kuò)展到空間維度，來提升通信系統(tǒng)的頻

3、譜效率。在空間調(diào)制系統(tǒng)中存在多個(gè)空間上相互隔離的發(fā)射機(jī)，但同一時(shí)刻系統(tǒng)只允許其中一個(gè)發(fā)射機(jī)處于工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)通過工作的發(fā)射機(jī)序號(hào)來傳輸額外的比特信息。這種調(diào)制方案通過使用多個(gè)發(fā)射機(jī)來提升通信系統(tǒng)的頻譜效率并完全避免了各個(gè)發(fā)射機(jī)之間的信道間干擾(Inter-Channel Interference，ICI)，能很好地適用于可見光通信系統(tǒng)。本文主要就是對(duì)可見光通信中空間調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　本論文首先對(duì)可見光通信系統(tǒng)做了總體性

4、的闡述，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)器件、室內(nèi)可見光信道模型以及常用的調(diào)制方式等。在此基礎(chǔ)上介紹了可見光通信系統(tǒng)中常用的三種MIMO傳輸方式:重復(fù)編碼(Repetition Coding，RC)、空間復(fù)用(Spatial Multiplexing，SMP)和空間調(diào)制，并分析比較了這三種MIMO傳輸技術(shù)的基本原理和它們各自的特點(diǎn)，通過仿真比較了這三種方案的誤比特率(Bit Error Rate，BER)性能。
　　其次，本論文接著

5、重點(diǎn)探討了光空間調(diào)制(Optical Spatial Modulation，OSM)方案的系統(tǒng)特性，分析了光空間調(diào)制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和缺陷。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光空間調(diào)制的系統(tǒng)性能在強(qiáng)相關(guān)信道條件下會(huì)急劇惡化的缺陷，本文提出了一種新型的廣義光空間調(diào)制(Generalized Optical Spatial Modulation，GOSM)方案，并通過性能仿真驗(yàn)證了廣義光空間調(diào)制在強(qiáng)相關(guān)信道條件下對(duì)系統(tǒng)性能的提升。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入分析和討論了光空間調(diào)

6、制系統(tǒng)中空間域星座和信號(hào)域星座各自扮演的角色以及它們之間的相互作用。
　　隨后，本論文重點(diǎn)研究了光空間調(diào)制系統(tǒng)中的功率分配(Power Allocation，PA)問題。簡(jiǎn)要介紹了在光空間調(diào)制中引入功率分配的基本原理和具體實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)幾種常用的功率分配算法進(jìn)行了分析比較。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)光空間調(diào)制的系統(tǒng)性能與信號(hào)最小歐氏距離之間的關(guān)系，經(jīng)過一定的近似簡(jiǎn)化處理，提出一種基于凸優(yōu)化的功率分配方案。相較于常用的光空間調(diào)制功率分配方案，

7、基于凸優(yōu)化的功率分配方案優(yōu)化目標(biāo)更加明確，經(jīng)功率分配后的光空間調(diào)制的系統(tǒng)性能更好，仿真結(jié)果也進(jìn)一步驗(yàn)證了這一結(jié)論。
　　最后，本論文對(duì)結(jié)合信道編碼的光空間調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行了討論。對(duì)目前空間調(diào)制系統(tǒng)中常用的信道編碼進(jìn)行了介紹，主要包括卷積碼和LDPC碼。以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步分析討論了光空間調(diào)制中的比特交織編碼調(diào)制(Bit-Interleaved Coded Modulation，BICM)方案，并給出了基于LDPC碼編碼空間調(diào)制系統(tǒng)的EX