可見光通信中的空間編碼調(diào)制技術(shù)研究.pdf

1、作為對傳統(tǒng)射頻通信(Ratio Frequency, RF)的重要補充，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。由于照明設備幾乎遍及生活的每個角落，通過照明設備進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、未認證頻譜資源豐富等一系列優(yōu)點。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。由于實際的照明系統(tǒng)通常采用多個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)中存在多個空間上相互隔離的發(fā)射機，但同一時刻系統(tǒng)只允許其中一個發(fā)射機處于工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)通過工作的發(fā)射機序號來傳輸額外的比特信息。這種調(diào)制方案通過使用多個發(fā)射機來提升通信系統(tǒng)的頻譜效率并完全避免了各個發(fā)射機之間的信道間干擾(Inter-Channel Interference，ICI)，能很好地適用于可見光通信系統(tǒng)。本文主要就是對可見光通信中空間調(diào)制技術(shù)進行了研究。
　　本論文首先對可見光通信系統(tǒng)做了總體性

4、的闡述，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、光發(fā)射機和接收機器件、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:重復編碼(Repetition Coding，RC)、空間復用(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，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)勢和缺陷。針對標準光空間調(diào)制的系統(tǒng)性能在強相關(guān)信道條件下會急劇惡化的缺陷，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，并通過性能仿真驗證了廣義光空間調(diào)制在強相關(guān)信道條件下對系統(tǒng)性能的提升。在此基礎上，進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，本論文重點研究了光空間調(diào)制系統(tǒng)中的功率分配(Power Allocation，PA)問題。簡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現(xiàn)方法，并對幾種常用的功率分配算法進行了分析比較。在此基礎上，依據(jù)光空間調(diào)制的系統(tǒng)性能與信號最小歐氏距離之間的關(guān)系，經(jīng)過一定的近似簡化處理，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)果也進一步驗證了這一結(jié)論。
　　最后，本論文對結(jié)合信道編碼的光空間調(diào)制系統(tǒng)進行了討論。對目前空間調(diào)制系統(tǒng)中常用的信道編碼進行了介紹，主要包括卷積碼和LDPC碼。以此為基礎，進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