基于空间调制的可见光通信理论与技术研究

摘要

可见光通信结合了照明和通信两大功能，并且具有频谱资源丰富、保密性好、无电磁辐射、节能环保等优点。光空间调制将空间调制和可见光通信相结合，构建出的光空间调制通信系统引起了学术界和产业界的广泛关注。在光空间调制通信系统中，发射机为发光二极管(LED)，接收端为光电二极管(PD)。每个时刻只有一个LED处于激活状态并用来发送信息，其他LED处于熄灭状态。因此避免了多输入多输出(MIMO)技术中信道间干扰(ICI)和同步问题。本文以理论研究和分析为主，针对基于空间调制(SM)技术的可见光通信(VLC)系统展开了深入研究，主要研究内容如下:
　　1.分析了可见光通信中的多种空间调制技术:空间位移键控调制(SSK)，广义空间位移键控调制(GSSK)，空间调制(SM)。对这三种调制方案的基本原理、系统模型以及检测算法做了详细介绍和对比研究。
　　2.研究了基于空间调制的可见光通信系统的平均误符号率。根据光空间调制的基本原理，将系统的平均误符号率分为两种情况，分别是空间域LED索引检错的情况和空间域LED索引检测正确的情况下信号域星座点检测错误的情况，从而推导出了系统的平均误符号率的理论值。通过仿真分析，在高信噪比情况下，系统仿真值和理论值非常吻合，验证了所推导的误符号率表达式的准确性。
　　3.研究了星座优化在VLC中的应用。星座优化利用系统反馈的信道状态信息对每个LED灯分配合适的调制阶数。本章研究了两种星座优化的方式，第一种是利用推导出的系统平均误符号率理论值，通过最小化该值得到最优的调制组合方式;第二种是通过最大化最小欧几里得距离进行星座优化。通过系统仿真结果发现，系统进行星座优化之后的系统性能更好。
　　4.研究了光空间调制通信系统中LED个数任意时的比特映射方法。提出了一种自适应比特映射方法。该比特映射方法分三步，分别是空间域的比特映射、信号域的比特映射以及将信道状态信息考虑进来进行自适应比特映射。通过大量仿真结果对比发现，本章提出的自适应映射方法能够使系统获取较好的性能。

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摘要

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表格目录

缩略语

第1章 结论

1．1 论文研究背景

1．1．1 可见光通信概述

1．1．2 可见光应用场景

1．1．3 光通信中SM技术

1．1．4 光通信中自适应调制技术

1．2 本文研究内容及结构安排

1．2．1 本文研究内容

1．2．2 结构安排

第2章 可见光通信中空间调制技术的理论介绍与仿真

2．1 空间位移键控调制

2．1．1 SSK调制的传输

2．1．2 SSK调制的检测方案

2．2 广义空间位移键控调制

2．2．1 GSSK调制的传输

2．2．2 GSSK调制的检测方案

2．3 空间调制

2．3．1 SM调制的传输

2．3．2 SM调制的检测方案

2．4 性能仿真

2．5 本章小结

第3章 基于SM技术的VLC系统平均误符号率分析

3．1 系统模型

3．2 平均误符号率分析

3．2．1 信号星座检测的错误概率弓

3．2．2 空问LED索引判错的概率弓

3．2．3 平均误符号率的理论值

3．3 仿真分析

3．4 结论

第4章 可见光通信中的星座优化

4．1 系统模型

4．2 星座优化

4．2．1 最小化系统平均误符号率SER

4．2．2 最大化最小欧几里得距离

4．3 仿真分析

4．4 结论

第5章 光空间调制通信系统中LED个数任意时的比特映射方法研究

5．1 系统模型

5．2 自适应比特映射方法

5．2．1 空间域的比特映射

5．2．2 信号域的比特映射

5．2．3 自适应比特映射

5．3 仿真分析

5．4 结论

第6章 总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 未来研究展望

参考文献

硕士期间发表的学术论文及参与的科研项目

致谢