本文選題：可見光通信　切入點：多輸入多輸出　出處：《北京交通大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：為了提高系統(tǒng)容量,研究人員在可見光通信(VLC)中引入了多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)。但是,MIMO技術(shù)在提高信道容量的同時,也帶來了信道間干擾,使得MIMOVLC系統(tǒng)的性能嚴(yán)重惡化。信道間干擾易受信道傳輸矩陣的影響,而信道傳輸矩陣又與天線參數(shù)密切相關(guān)。因此,本文通過調(diào)整可見光通信中的天線參數(shù)優(yōu)化了 MIMO VLC系統(tǒng)的性能。在已有的VLC天線布局研究中,僅考慮了接收端天線在室內(nèi)中心處的情況。但在實際應(yīng)用中,接收端天線可能遍布在房間的各個位置。因此,本文將接收端天線由室內(nèi)中心處拓展到了整個室內(nèi)平面,對比分析了幾種圓形布局和格點型布局在整個室內(nèi)平面上的信道容量分布特點。仿真結(jié)果表明,MIMOVLC系統(tǒng)的信道容量不僅與發(fā)光二極管(LED)之間的間距和光電檢測器(PD)之間的間距有關(guān),而且與天線擺放的位置有關(guān)。另外,在格點型布局中,信道容量的分布特性還與天線布局有關(guān),而在圓形布局中與之無關(guān)。同時仿真結(jié)果也表明,室內(nèi)中心處的MIMO信道中存在著較大的信道間干擾。為了減小或消除信道間的串?dāng)_,本文在發(fā)射端引入了兩種功率分配方案。兩種方案均基于保持總發(fā)射功率不變,調(diào)整各個天線之間的功率分配比例的思想。之后將兩種方案分別應(yīng)用于正方形9×9系統(tǒng)和三角形10×10系統(tǒng),分析了功率分配對系統(tǒng)性能的影響。仿真結(jié)果表明,兩種功率分配方案均能不同程度地抑制系統(tǒng)的性能缺陷。第一種方案能夠減小信道容量曲線的波動程度,但是并不能完全抵制系統(tǒng)的惡化。相比之下,第二種方案優(yōu)化之后的系統(tǒng),其信道容量曲線更加平滑且系統(tǒng)容量值更大。Monte Carlo方法是一種計算精度非常高的數(shù)值計算方法,但是需要大量的樣本來估計隨機(jī)變量的期望值,因而計算量巨大。針對計算精度和計算量之間矛盾的問題,本文引入了 "解析法"來計算信道容量。該方法首先推導(dǎo)了互信息的漸近表達(dá)式,進(jìn)而求解出互信息的最大值,即信道容量。然后為了驗證解析法的可行性,本文利用解析法仿真計算了正方形8×8系統(tǒng)和三角形10×10系統(tǒng)的信道容量曲線并與MonteCarlo法加以比較。仿真結(jié)果表明,當(dāng)SNR變化時,解析法能夠計算出信道容量的變化趨勢以及最大值,并且明顯地減小系統(tǒng)的平均運行時間。從而為求解信道容量提供了一種新的并且計算量小的計算方法。
[Abstract]:In order to improve the capacity of the system, researchers have introduced the multi-input and multi-output MIMO-technology into VLC, but the MIMO technology not only improves the channel capacity, but also brings inter-channel interference. The performance of MIMOVLC system is seriously deteriorated. Interchannel interference is vulnerable to the influence of channel transmission matrix, which is closely related to antenna parameters. In this paper, the performance of MIMO VLC system is optimized by adjusting the antenna parameters in visible light communication. In the existing research of VLC antenna layout, only the situation of receiving antenna in the center of the room is considered. The receiver antenna may be located in all parts of the room. Therefore, this paper extends the receiver antenna from the center of the room to the whole indoor plane. The channel capacity distribution characteristics of several circular and lattice configurations on the whole indoor plane are compared and analyzed. The simulation results show that the channel capacity of the MIMOVLC system is not only the distance between the channel capacity and the LED and the PDD). The distance between them is related, In addition, in the lattice layout, the channel capacity distribution is also related to the antenna layout, but not in the circular layout. The simulation results also show that, In order to reduce or eliminate the crosstalk between channels, two power allocation schemes are introduced in this paper. Both schemes are based on keeping the total transmit power unchanged. The idea of adjusting the power distribution ratio between different antennas is presented. Then, two schemes are applied to square 9 脳 9 system and triangular 10 脳 10 system respectively. The influence of power allocation on system performance is analyzed. The simulation results show that, The first scheme can reduce the fluctuation of the channel capacity curve, but it can not resist the deterioration of the system completely. After the second scheme is optimized, the channel capacity curve is smoother and the system capacity is larger. The Monte Carlo method is a very accurate numerical method, but a large number of samples are needed to estimate the expected value of random variables. In this paper, the analytical method is introduced to calculate the channel capacity. In this method, the asymptotic expression of mutual information is derived, and the maximum value of mutual information is obtained. In order to verify the feasibility of the analytical method, the channel capacity curves of the square 8 脳 8 system and the triangular 10 脳 10 system are simulated and compared with the MonteCarlo method. The simulation results show that, when the SNR changes, The analytical method can calculate the variation trend and maximum value of channel capacity, and obviously reduce the average operating time of the system, thus providing a new and less computational method for solving the channel capacity.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.1

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