可见光通信系统上行多用户传输技术研究

摘要

在无线通信技术高速发展的今天，人们越来越关注通信速率以及通信安全。然而，被大规模使用的射频无线通信的频谱资源愈发紧张，同时由于其电磁辐射较高，通信不够绿色安全的缺点，使得能够有效的弥补这两大缺点的无线光通信技术在近年来愈发受到人们的青睐。同时，由于光通信能有效防止窃听，并且在禁止射频的场合保障人们正常的通信需求使得光通信成为研究热点。本论文主要就无线光通信上行链路的多用户传输技术进行研究。
　　首先，论文对室内无线红外光通信系统进行概述并介绍用于上行链路的多址方案SC-FDMA。论文中对无线光通信和射频通信的各自特性进行分析比较，并且根据无线光通信系统模型分析信号的传输变化，简述了信道模型的基本特征。之后，论文对系统中的光电器件进行研究对比，分析了各类器件的优势和劣势。然后对系统中的噪声来源进行研究，将其建模为与信号无关的白高斯噪声。最后，介绍LTE中的上行多址技术SC-FDMA，阐述其与传统的OFDMA的区别以及诸多优点。
　　然后，论文仔细研究了包含无遮挡和有遮挡两种场景下的无线光信道建模方法。论文中研究的是光通信系统中的光域信道建模部分，分析对比了递归法，统计模型，DUSTIN算法，蒙特卡罗法，迭代法五种光域信道建模方法，并对各种方法的计算复杂度、仿真时间、精确度以及模型对于新环境的适应性等进行研究，最终选择仿真速度快，可适应新环境并且模型准确度较高的迭代法作为光域信道的建模方法。除此之外，论文还研究了光电检测器固定的情况下，不同距离、不同角度的便携式设备之间信道响应的区别。最后，将迭代法建立的光域信道模型和测量得到的光电器件信道响应级联，得到系统总信道响应。
　　其次，论文采用上述信道仿真中得到的系统总信道响应，研究了在采用SC-FDMA时包含多用户delay QoS要求的不同功率控制策略。首先，论文对具有delay QoS要求的有效容量的原理进行阐述和分析，之后仿真研究在无线红外光离散信道下具有不同delay QoS要求的单用户多信道的有效容量，在此仿真中采用四种功率控制策略:注水算法、等功率分配算法、子信道独立优化和子信道联合优化算法。仿真结果表明，考虑基于系统容量的性能指标时，子信道独立优化算法和子信道联合优化算法优于注水算法和等功率分配算法。但子信道独立优化算法在delay QoS要求从10-4增加到101时，归一化有效容量下降了48.08％，表明子信道独立优化算法需要在delay QoS要求和有效容量之间进行折中考虑。而子信道联合优化为最优算法，在delay QoS要求从10-4增加到101时，归一化有效容量仅下降0.69％，能够在有效保障严格的delay QoS的同时实现高的系统容量。
　　最后，论文研究了多用户的子信道分配方法。采用最大速率分配，包含公平性的最大速率分配以及均匀分配三种方式对多用户的集中式子信道分配方式和分布式子信道分配方式进行仿真研究，得到不同分配目标下的不同经验分配规律。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

§1．1 论文研究背景及意义

§1．2 红外光通信的发展历程

§1．3 上行链路多址方案的选择

§1．4 无线资源管理算法的研究背景及意义

§1．5 论文主要内容安排

第二章 室内无线红外光通信系统

§2．1 引言

§2．2 无线红外光通信系统简介

§2．3 光电器件

§2．3．1 电光转换

§2．3．2 光电转换

§2．4 系统噪声

§2．5 无线红外光通信中的SC-FDMA概述

第三章 室内无线红外光通信信道建模

§3．1 引言

§3．2 信道建模方法比较

§3．2．1 递归法

§3．2．2 统计模型

§3．2．3 DUSTIN算法

§3．2．4 蒙特卡罗法

§3．2．5 迭代法

§3．3 信道建模

第四章 delay Qos下的功率控制策略

§4．1 引言

§4．2 有效容量

§4．3 不同功率控制策略比较

§4．3．1 子信道联合优化

§4．3．2 子信道独立优化

§4．3．3 注水算法

§4．4 集中式多用户子信道分配方法

§4．4．1 最大速率分配

§4．4．2 包含公平性的最大速率分配

§4．4．3 均匀分配

§4．5 分布式多用户子信道分配方法

§4．5．1 最大速率分配

§4．5．2 包含公平性的最大速率分配

§4．5．3 均匀分配

第五章 全文总结与展望

§5．1 论文工作总结

§5．2 进一步的研究方向

参考文献

致谢