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光学学报 2017年第5期37卷 50-57页

作者：张海勇朱义君张艳语中国人民解放军信息工程大学信息系统工程学院河南郑州450002

随着可见光通信多输入多输出(VLC-MIMO)系统收发端阵元数目增多、阵元间距减小以及传输距离增大,系统接收端信号间严重干扰、信道矩阵缺秩等问题逐渐凸显,导致系统的复用率降低、信道相关性增大。针对这些问题,提出以最小化最大干信比... 详细信息

随着可见光通信多输入多输出(VLC-MIMO)系统收发端阵元数目增多、阵元间距减小以及传输距离增大,系统接收端信号间严重干扰、信道矩阵缺秩等问题逐渐凸显,导致系统的复用率降低、信道相关性增大。针对这些问题,提出以最小化最大干信比为优化目标;通过建立VLC-MIMO信道模型,分析收发端阵元法向量倾斜角度对信道相关性的影响;通过优化发光二极管(LED)法向量倾斜角度来减小信道相关性,并得到各个LED法向量的最佳倾斜角度。通过比较系统接收平面的光照度分布,发现所提出的优化方案能有效减小信号间干扰,与链路阻塞方式相比,该方案的误码率降低了42dB。

关键词：光通信信道解相关法向量倾斜迫零检测

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非视距可见光信道的法向量倾斜技术研究

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光通信技术 2017年第7期41卷 44-47页

作者：张海勇朱义君国家数字交换系统工程技术研究中心郑州450002

根据墙面的光学反射情况,介绍了两种非视距链路信道,分别为镜面反射信道和漫反射信道,并将两种非视距链路信道和视距链路信道相结合,构造两种不同的组合信道。在此基础上,做了不同组合信道中法向量倾斜技术信道解相关性能的仿真对比实验... 详细信息

根据墙面的光学反射情况,介绍了两种非视距链路信道,分别为镜面反射信道和漫反射信道,并将两种非视距链路信道和视距链路信道相结合,构造两种不同的组合信道。在此基础上,做了不同组合信道中法向量倾斜技术信道解相关性能的仿真对比实验,并对仿真结果进行分析。

关键词：可见光通信非视距链路镜面反射信道漫反射信道法向量倾斜

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阵列可见光通信信道解相关关键技术研究

阵列可见光通信信道解相关关键技术研究

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作者：张海勇解放军信息工程大学

学位级别：硕士

可见光通信(Visible Light Communication,VLC)是一种天然的阵列传输系统,因此利用多灯并行工作实现高速无线接入是可见光通信得天独厚的优势。然而,VLC技术采用强度调制/直接检测的调制解调方式,忽略光波的相位和频率信息,随着阵元数... 详细信息

可见光通信(Visible Light Communication,VLC)是一种天然的阵列传输系统,因此利用多灯并行工作实现高速无线接入是可见光通信得天独厚的优势。然而,VLC技术采用强度调制/直接检测的调制解调方式,忽略光波的相位和频率信息,随着阵元数的增多,VLC系统将具有很强的信道相关性,这成为可见光通信实现超高速的技术瓶颈。本文在分析阵列可见光通信信道相关性影响因素的基础上,从光学域和信号域两个方面研究信道的解相关技术,以降低可见光信道的相关性,提高阵列复用增益。本文主要工作为如下五个方面:1、综合考虑阵列可见光通信电-光-电信道响应特性和等效信道模型,分析了可见光信道相关性的影响因素,建立了刻画信道相关性的性能准则。根据可见光通信的典型应用场景,建立了阵列可见光通信的视距(Line of Sight,LOS)链路信道模型。在此基础上,提出基于信道矩阵的秩、矩阵条件数、信道容量以及最大干信比的解相关性能准则。仿真结果表明,通过调整收发阵元的间距以及阵元法向量方向,可以有效降低信道相关性,提高传输性能。2、针对阵列可见光通信信道相关性较大的问题,提出了一种基于收发阵列空间结构布局的信道矩阵秩的优化方法,有效提升了阵列通信的复用增益。为了充分利用阵列可见光通信天然的空间资源,弥补信道矩阵严重缺秩的问题,基于阵列结构优化布局,提出一种阵列的球面分布方式,优化空间等效信道矩阵的秩,构造满秩矩阵。仿真表明,阵列结构布局可以有效改善信道矩阵的秩,且阵列球面分布的解相关性能优于法向量垂直于接收面的平面分布方式。3、针对接收信号干信比较大的问题,提出了一种通过倾斜收发阵元法向量方向以实现最大干信比最小化的阵列复用方法。建立阵列可见光通信阵元法向量倾斜的信道模型,在分析信道相关性与阵元法向量方向约束关系的基础上,提出了阵元法向量倾斜的信道解相关方法,以最大干信比最小化为优化目标,优化法向量的倾斜角度,构造具有稀疏对称结构的等效信道矩阵。针对2×2的可见光多输入多输出(Multiple-input Multiple-output,MIMO)系统理论推导阵元法向量最佳倾斜角度;针对9×9和16×16的可见光MIMO系统优化仿真阵元法向量最佳倾斜角度。仿真表明,无论小阵列的理论推导和大阵列的优化仿真,所得到的最佳倾斜角度值均可有效改善角度复用增益,提高通信性能。4、面向相关信道下的阵列通信高效传输,提出了基于发射端与接收端联合设计的功率分配方法。通过阵元法向量倾斜使阵列可见光通信系统的干信比等于0,实现比较困难。为此,基于光电协同,本文给出了基于功率分配和法向量倾斜的联合处理方法,进一步提高通信性能。在阵元法向量倾斜的基础上,根据光电二极管(Photo Diode,PD)接收信号干信比的大小,提出两种功率分配方法,具体分别是:针对系统的发送端,对LED光源的发送功率进行分配;针对系统的接收端,借助PD对光波的单色灵敏度不同,对LED光源的发光颜色进行分配。仿真结果表明,通过发射端功率分配方法,获得性能增益约91dB;通过等效接收端功率分配方法,获得性能增益约3dB。5、建立室内阵列可见光通信非视距链路信道模型,分析了非视距链路条件下阵元法向量倾斜技术及相应的信道解相关性能。根据室内可见光通信的典型应用场景,建立了可见光通信的非视距(Non Line of Sight,NLOS)链路信道模型。在此基础上,研究了阵元法向量倾斜技术在综合考虑LOS链路和NLOS链路信道时的解相关性能。仿真结果表明,整体考虑LOS链路和NLOS链路的通信系统具有更优的通信性能,并且阵元法向量倾斜技术同样可以有效的改善信道相关性。

关键词：可见光通信信道相关性阵元分布法向量倾斜功率分配非视距链路

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