New Ofdm-Mimo for Visible Light Communication.pdf

1、個(gè)人通信隨著新的服務(wù)例如視頻聊天、社交網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)游戲不斷發(fā)展，通過(guò)光纖入戶技術(shù)（使用光纖接入網(wǎng)絡(luò)）的普及，用戶可以和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商 ISP高速互聯(lián)。但是更多的時(shí)候家庭網(wǎng)絡(luò)通過(guò)使用Wi-Fi接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，然而 Wi-Fi存在諸如帶寬和安全性等的限制。燈光廣泛使用，所以可以通過(guò)燈光設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于可見光的通信（VLC），它適用于如辦公室、家庭、研究所等很多場(chǎng)合，所以 VLC的研究迅速引起了人們的關(guān)注。紛紛提出相關(guān)技術(shù)，其中領(lǐng)先的技術(shù)是基于半導(dǎo)體

2、低功耗的LED燈。LED燈比起一般的燈光要能耗更低，這種技術(shù)應(yīng)用到可見光通信中會(huì)產(chǎn)生不同的效果?？梢姽馔ㄐ攀且环N利用可見光的短距離無(wú)線傳輸，基于 LED的可見光通信有很多如節(jié)能、安全、高帶寬密度、對(duì)人體無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，然而 LED的低可調(diào)制帶寬是VLC獲得高數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕夹g(shù)挑戰(zhàn)。IEEE802.15.7標(biāo)準(zhǔn)定義了一種利用LED在無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。但是這種新標(biāo)準(zhǔn)在帶寬調(diào)制和傳輸技術(shù)上存在一些缺陷。為了通過(guò)有限的帶寬達(dá)到更

3、高的傳輸速率，OFDM是最為廣泛被應(yīng)用的技術(shù)手段。和無(wú)線電系統(tǒng)中類似，本論文中討論了利用OFDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)多用戶數(shù)據(jù)的并行傳送與接收的同時(shí)提高數(shù)據(jù)吞吐量。我們提出了新的基于OFDM—MIMO技術(shù)設(shè)計(jì)，對(duì)一種四路LED發(fā)送和四路PD接收的VLC系統(tǒng)，利用快速傅里葉變換（FFT）和離散余弦變換（DCT）技術(shù)獲得比 ACO-OFDM或 DCO-OFDM更好的性能和更低的功耗。通過(guò)此設(shè)計(jì)我們可以傳送輸出OFDM信號(hào)的所有實(shí)部和虛部。仿真結(jié)果表明在

4、BPSK調(diào)制技術(shù)下，F(xiàn)FT設(shè)計(jì)比DCT設(shè)計(jì)會(huì)獲得更高的系統(tǒng)性能，當(dāng)隨著調(diào)制技術(shù)的字符增加，兩種設(shè)計(jì)的性能趨于一致。FFT比起 DCT的另一大優(yōu)點(diǎn)是譜效率，傳輸相同質(zhì)量的數(shù)據(jù)，利用FFT設(shè)計(jì)所需的帶寬只是DCT設(shè)計(jì)的一半。在論文的最后我們討論了一種在多用戶下的移動(dòng)VLC系統(tǒng)中整合這種新設(shè)計(jì)的可能性。
　　在介紹完本論文的主要內(nèi)容后，為了使大家更好的理解文章，附上本論文各章節(jié)主要工作內(nèi)容：
　　第一章：本章對(duì)論文進(jìn)行總體描述以及

5、VLC系統(tǒng)的需求概述；
　　第二章：本章對(duì) VLC系統(tǒng)從源節(jié)點(diǎn)到接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行論述，描述了系統(tǒng)怎樣工作、怎樣改進(jìn)，最后指出VLC的局限性；
　　第三章：本章提出一種對(duì)傳輸系統(tǒng)的改進(jìn)方案，之后提出一種結(jié)合OFDM和MIMO技術(shù)的不同調(diào)制方法；
　　第四章：設(shè)計(jì)過(guò)程之后，本章顯示了模擬和分析不同的調(diào)制技術(shù)
　　第五章：本章對(duì)整個(gè)論文進(jìn)行總結(jié)，并展望了一種在多用戶下的移動(dòng)VLC系統(tǒng)中整合這種新設(shè)計(jì)的可能性。
　　提

6、出設(shè)計(jì):
　　在可見光通信系統(tǒng)，一個(gè)視距鏈路中兩個(gè)收發(fā)器之間應(yīng)該保持平直度的可見光信號(hào)。然而，鏈接失敗造成的暫時(shí)阻斷或取向差的發(fā)射機(jī)頻繁發(fā)生,導(dǎo)致錯(cuò)誤幀出現(xiàn)。由于以下原因使光在自由空間傳輸高速數(shù)據(jù)非常具有挑戰(zhàn)性:
　　LED和 PD之間的信道非常短（只能達(dá)到幾米）而且信道角度是LOS（或通過(guò)信號(hào)反射解決）.由于PD高速低靈敏度LED燈需要直接照射到PD上, PD通常對(duì)背景光和相鄰光源非常敏感,信道帶寬越來(lái)越高,增加能耗.實(shí)施

7、面臨的主要挑戰(zhàn)之一可見光通信技術(shù)要找到一種實(shí)現(xiàn)通信而不影響照明的方法。相對(duì)較低的調(diào)制帶寬的可見光發(fā)光二極管對(duì)高數(shù)據(jù)率傳輸提出了一種技術(shù)挑戰(zhàn)。已有多種方法被認(rèn)為可以緩解這個(gè)問(wèn)題：藍(lán)光過(guò)濾,前后均衡技術(shù),高效的調(diào)制技術(shù)（正交頻分多路復(fù)用）,光學(xué)多輸入多輸出(MIMO),波分復(fù)用以及可見光技術(shù),多址技術(shù)(TDMA)。實(shí)際價(jià)值基帶OFDM信號(hào)用于調(diào)節(jié)光載波的瞬時(shí)功率導(dǎo)致IM/DD。
　　IM/ DD是常用的光纖和室內(nèi)光無(wú)線通信系統(tǒng)(OWS

8、)傳輸?shù)男盘?hào)沒(méi)有極性和相位信息。在 MIMO系統(tǒng)，空間自由度可以用來(lái)傳輸?shù)摹罢龢O”使用和“負(fù)極”信號(hào)。在光學(xué)無(wú)線通信系統(tǒng)中 OFDM主要缺點(diǎn)是其由于直流分量導(dǎo)致低功率效率，這就需要提供一個(gè)一個(gè)單極調(diào)制信號(hào)。當(dāng)前對(duì)改進(jìn) VLC性能的研究主要集中在兩個(gè)研究方向,發(fā)送端分集多輸入多輸出通信,先進(jìn)的調(diào)制技術(shù):DMT(OFDM)
　　提出的設(shè)計(jì)步驟如下。在發(fā)送端,調(diào)制部分不變,在實(shí)部和虛部IFFT或者 IDCT變換結(jié)果是單獨(dú)的,實(shí)部和信號(hào)部

9、分分別從并行轉(zhuǎn)換為串,零剪切應(yīng)用于將所有負(fù)值設(shè)置為0,前綴的代碼應(yīng)用于將信號(hào)發(fā)送到 LEDs。在接收端由兩個(gè)光敏二極管接收信號(hào),刪除前綴的代碼,串行信號(hào)再轉(zhuǎn)換為并行信號(hào), FFT變換前進(jìn)行混合器重建復(fù)雜信號(hào)
　　在發(fā)送端使用四個(gè)LEDs設(shè)計(jì)成一個(gè)單輸入多輸出,這是多輸入多輸出(MIMO)調(diào)用的一個(gè)基礎(chǔ)。
　　在新的設(shè)計(jì)中,提出了一種基于 OFDM-MIMO技術(shù)，相比于 ACO-OFDM或 DCO-OFDM技術(shù)，它可以減少功率