New Ofdm-Mimo for Visible Light Communication.pdf

1、個人通信隨著新的服務例如視頻聊天、社交網絡和網絡游戲不斷發(fā)展，通過光纖入戶技術（使用光纖接入網絡）的普及，用戶可以和網絡服務提供商 ISP高速互聯(lián)。但是更多的時候家庭網絡通過使用Wi-Fi接入無線網絡，然而 Wi-Fi存在諸如帶寬和安全性等的限制。燈光廣泛使用，所以可以通過燈光設計實現(xiàn)基于可見光的通信（VLC），它適用于如辦公室、家庭、研究所等很多場合，所以 VLC的研究迅速引起了人們的關注。紛紛提出相關技術，其中領先的技術是基于半導體

2、低功耗的LED燈。LED燈比起一般的燈光要能耗更低，這種技術應用到可見光通信中會產生不同的效果?？梢姽馔ㄐ攀且环N利用可見光的短距離無線傳輸，基于 LED的可見光通信有很多如節(jié)能、安全、高帶寬密度、對人體無害等優(yōu)點，然而 LED的低可調制帶寬是VLC獲得高數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕夹g挑戰(zhàn)。IEEE802.15.7標準定義了一種利用LED在無線個人局域網進行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。但是這種新標準在帶寬調制和傳輸技術上存在一些缺陷。為了通過有限的帶寬達到更

3、高的傳輸速率，OFDM是最為廣泛被應用的技術手段。和無線電系統(tǒng)中類似，本論文中討論了利用OFDM技術實現(xiàn)多用戶數(shù)據(jù)的并行傳送與接收的同時提高數(shù)據(jù)吞吐量。我們提出了新的基于OFDM—MIMO技術設計，對一種四路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）技術獲得比 ACO-OFDM或 DCO-OFDM更好的性能和更低的功耗。通過此設計我們可以傳送輸出OFDM信號的所有實部和虛部。仿真結果表明在

4、BPSK調制技術下，F(xiàn)FT設計比DCT設計會獲得更高的系統(tǒng)性能，當隨著調制技術的字符增加，兩種設計的性能趨于一致。FFT比起 DCT的另一大優(yōu)點是譜效率，傳輸相同質量的數(shù)據(jù)，利用FFT設計所需的帶寬只是DCT設計的一半。在論文的最后我們討論了一種在多用戶下的移動VLC系統(tǒng)中整合這種新設計的可能性。
　　在介紹完本論文的主要內容后，為了使大家更好的理解文章，附上本論文各章節(jié)主要工作內容：
　　第一章：本章對論文進行總體描述以及

5、VLC系統(tǒng)的需求概述；
　　第二章：本章對 VLC系統(tǒng)從源節(jié)點到接收節(jié)點進行論述，描述了系統(tǒng)怎樣工作、怎樣改進，最后指出VLC的局限性；
　　第三章：本章提出一種對傳輸系統(tǒng)的改進方案，之后提出一種結合OFDM和MIMO技術的不同調制方法；
　　第四章：設計過程之后，本章顯示了模擬和分析不同的調制技術
　　第五章：本章對整個論文進行總結，并展望了一種在多用戶下的移動VLC系統(tǒng)中整合這種新設計的可能性。
　　提

6、出設計:
　　在可見光通信系統(tǒng)，一個視距鏈路中兩個收發(fā)器之間應該保持平直度的可見光信號。然而，鏈接失敗造成的暫時阻斷或取向差的發(fā)射機頻繁發(fā)生,導致錯誤幀出現(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（只能達到幾米）而且信道角度是LOS（或通過信號反射解決）.由于PD高速低靈敏度LED燈需要直接照射到PD上, PD通常對背景光和相鄰光源非常敏感,信道帶寬越來越高,增加能耗.實施

7、面臨的主要挑戰(zhàn)之一可見光通信技術要找到一種實現(xiàn)通信而不影響照明的方法。相對較低的調制帶寬的可見光發(fā)光二極管對高數(shù)據(jù)率傳輸提出了一種技術挑戰(zhàn)。已有多種方法被認為可以緩解這個問題：藍光過濾,前后均衡技術,高效的調制技術（正交頻分多路復用）,光學多輸入多輸出(MIMO),波分復用以及可見光技術,多址技術(TDMA)。實際價值基帶OFDM信號用于調節(jié)光載波的瞬時功率導致IM/DD。
　　IM/ DD是常用的光纖和室內光無線通信系統(tǒng)(OWS

8、)傳輸?shù)男盘枦]有極性和相位信息。在 MIMO系統(tǒng)，空間自由度可以用來傳輸?shù)摹罢龢O”使用和“負極”信號。在光學無線通信系統(tǒng)中 OFDM主要缺點是其由于直流分量導致低功率效率，這就需要提供一個一個單極調制信號。當前對改進 VLC性能的研究主要集中在兩個研究方向,發(fā)送端分集多輸入多輸出通信,先進的調制技術:DMT(OFDM)
　　提出的設計步驟如下。在發(fā)送端,調制部分不變,在實部和虛部IFFT或者 IDCT變換結果是單獨的,實部和信號部

9、分分別從并行轉換為串,零剪切應用于將所有負值設置為0,前綴的代碼應用于將信號發(fā)送到 LEDs。在接收端由兩個光敏二極管接收信號,刪除前綴的代碼,串行信號再轉換為并行信號, FFT變換前進行混合器重建復雜信號
　　在發(fā)送端使用四個LEDs設計成一個單輸入多輸出,這是多輸入多輸出(MIMO)調用的一個基礎。
　　在新的設計中,提出了一種基于 OFDM-MIMO技術，相比于 ACO-OFDM或 DCO-OFDM技術，它可以減少功率