基于MIMO-OFDM技术的室内可见光无线通信系统的研究

摘要

可见光通信（VLC）是一种基于白光LED的新型无线光通信技术，具有成本低、频谱资源丰富、无电磁干扰、安全性高和节约能源等优点，可以实现在照明的同时进行数据通信，在未来通信领域中占据重要的地位和价值。室内可见光无线通信是可见光通信应用的一个重要的方面，具有巨大的市场潜力，引起了国内外学者的广泛关注和研究。
　　本文首先建立了室内可见光通信MIMO系统模型并进行了仿真。可见光通信系统的其中一个主要的挑战是带宽受限，只有数MHz，但是，当用LED灯阵列去照亮一个房间或者覆盖空间时，并行数据传输成为一种潜在的可能。通过合理地安排LED灯阵列的布局，利用可见光MIMO技术，不仅可以满足室内照明所要求的光照度，避免盲区和阴影的出现，而且还可以获得更高的传输速率和传输容量。
　　接着，在仿真的基础上，本文设计了一个4×4的室内可见光非成像MIMO系统实验。其中，发射端是一个2×2的LED灯正方形阵列，边长是15cm，接收端是一个2×2的光电探测器（PD）正方形形阵列，边长是10cm。为了检测出发射的信息，本文介绍了两种线性MIMO检测算法：迫零（ZF）检测算法和最小均方误差（MMSE）检测算法，并对它们进行了对比分析。发射平面和接收平面之间有一定的垂直高度，本文研究了不同垂直高度处，系统的误码率（BER）情况。
　　OFDM技术是多载波调制的一种，利用子载波之间的正交性实现频分复用，能够在提高传输速率的同时，减少信道之间的相互干扰（ISI），另外，OFDM技术由于码率低和加入了保护间隔、循环前缀（CP）而具有极强的抗多径干扰能力。最后，本文提出将OFDM技术和MIMO技术结合起来应用到可见光通信系统中，对室内可见光MIMO-OFDM系统进行了仿真分析，突出了MIMO-OFDM通信系统在提高数据速率和抗干扰能力上的优越性。

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1可见光通信的研究背景

1.2室内可见光通信系统

1.3国内外室内可见光通信研究现状

1.4本文的研究意义

1.5本文的结构

第二章 室内可见光MIMO系统理论分析

2.1可见光通信MIMO技术

2.2可见光MIMO仿真模型的建立

2.3通信链路特征分析（接收光功率）

2.4信道特性分析

2.5 MIMO检测算法理论分析

2.6本章小结

第三章 室内可见光MIMO系统的搭建

3.1 MIMO系统设计

3.2硬件电路设计

3.3 MIMO系统展示

3.4实验过程安排

3.5实验结果与分析

3.6本章小结

第四章 基于MIMO-OFDM技术的室内可见光通信系统

4.1可见光通信调制技术

4.2 MIMO-OFDM系统仿真设计

4.3 MIMO-OFDM系统性能分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

致谢