【摘要】：多輸入多輸出-正交頻分復(fù)用(multiple-input multiple-output orthogonal frequency division multiplexing,MIMO-OFDM)技術(shù)是當(dāng)今無線通信的主流技術(shù),也是無線可見光通信研究的一個熱點,該技術(shù)能夠提高可靠性和提高頻帶利用率。本文探索基于MIMO-OFDM技術(shù)的水下可見光通信技術(shù),一方面緩解海水對光的吸收散射造成的信道衰落等影響,另一方面降低光鏈路準(zhǔn)直性要求,增加系統(tǒng)有效通信的區(qū)域面積。為了深入透徹的理解與使用OFDM技術(shù),作者先使用技術(shù)成熟的紅光激光研究單發(fā)單收的水下無線高速OFDM光通信。紅光雖然在水中衰減較大,但現(xiàn)在紅光激光(LaserDiode,LD)的發(fā)射功率比一般的藍(lán)綠光LD大很多,而且波長較長,多徑效應(yīng)小。通過實驗驗證了紅光LD良好的調(diào)制特性,并采用OFDM的功率分配技術(shù)實現(xiàn)了接近5 Gb/s的速率和6-m的傳輸距離。有文獻表明紅光在高濁度水中的消光系數(shù)和信道帶寬方面優(yōu)于藍(lán)綠光,由于水下無線光通信(Underwater Wireless Optical Communication,UWOC)在高濁度水中的可靠性是一個研究難題,我們設(shè)想直接調(diào)制紅光LD通信方案是提高未來寬帶UWOC系統(tǒng)對于不同水體類型的魯棒性的強有力候選。同時我們知道MIMO技術(shù)可以通過多個發(fā)送天線之間聯(lián)合編碼實現(xiàn)空間分集增益提高傳輸速率,也可以實現(xiàn)空間復(fù)用增益,有效的提高系統(tǒng)可靠性。根據(jù)這樣的設(shè)想本文采用藍(lán)光發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)建立了水下無線MIMO-OFDM可見光通信系統(tǒng),從MIMO-OFDM信號模型出發(fā),探討實現(xiàn)該系統(tǒng)的各個關(guān)鍵技術(shù),如同步技術(shù)、信道估計技術(shù)、空時頻編譯碼技術(shù)等。系統(tǒng)在穩(wěn)定清水中實現(xiàn)了最高27.082 Mb/s的凈傳輸速率和2-m通信距離。最后模擬在不同濁度水體下進行兩發(fā)兩收的MIMO-OFDM實驗,并對采用重復(fù)編碼(Repetition Code,RC)、采用正交空時分組編碼(Orthogonal Space-time Block Code,STBC)、采用正交空頻分組編碼(Orthogonal Frequency-time Block Code,STBC)的三種 MIMO-OFDM系統(tǒng)進行了比較分析。同時多發(fā)單收(Multiple-InputSingle-Output,MISO)系統(tǒng)作為基準(zhǔn)也進行了相應(yīng)的實驗。MIMO系統(tǒng)相對于MISO系統(tǒng)因為接收分集增益,性能獲得了一定的提高;空間分集產(chǎn)生的接收信號時延對采用重復(fù)編碼的系統(tǒng)影響較大,而采用正交空時/空頻分組碼的系統(tǒng),由于編碼的正交性,在接收端多路信號的譯碼是獨立的,接收信號的時延對系統(tǒng)是沒有影響的。所以采用正交空時/空頻分組碼的MIMO-OFDM系統(tǒng)比采用重復(fù)編碼的系統(tǒng)會有較穩(wěn)定的性能。
【圖文】：

ｎｔ個發(fā)射天線邐ｎｒ個接收天線逡逑圖１－１．ＭＩＭ０系統(tǒng)示意圖．逡逑ＭＩＭＯ的核心內(nèi)容是空時信號處理，通過空時聯(lián)合編碼來實現(xiàn)有效的分集或復(fù)用增逡逑益。由貝爾實驗室提出的分層空時編碼（ＬａｙｅｒＳｐａｃｅＴｉｍｅＣｏｄｅ，邋ＬＳＴ）把高速的數(shù)據(jù)傳逡逑輸分解為若干低速的數(shù)據(jù)傳輸，基于空分復(fù)用的思想來提高系統(tǒng)頻譜效率，能夠在不增逡逑加信道帶寬的前提下成倍的提高信道容量（８１。正交空時分組編碼（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＳｐａｃｅＴｉｍｅ逡逑ＢｌｏｃｋＣｏｄｅ，ＯＳＴＢＣ）就是通過增加信息冗余來提高系統(tǒng)性能，其最早由Ａｌａｍｏｕｔｉ提出，逡逑利用碼字的正交性來獲得滿分集增益且譯碼簡單１９］�？諘r格碼（Ｓｐａｃｅ邋Ｔｉｍｅ邋Ｔｒｅｌｌｉｓ邋Ｃｏｄｅ，，逡逑ＳＴＴＣ）將編碼、調(diào)制和空間發(fā)射分集結(jié)合在一起，利用網(wǎng)格圖將同一信號通過多個天線逡逑發(fā)送，而且接收端只需要相對簡單的線性處理，就能夠獲得最大的分集增益［１（）］。逡逑１．２．２邋ＯＦＤＭ邋概述逡逑ＯＦＤＭ是一種頻分復(fù)用技術(shù)

第２章水下可見光通信傳輸特性逡逑海水的水質(zhì)因地而異，一般將海水根據(jù)衰減因子如表２－１分為純凈海水、清澈海水、逡逑沿海海水、港口渾油海水。文獻［３６］給出２０－ｍ傳輸距離下的海水信道沖擊響應(yīng)如圖２－２。逡逑表２－１．各類海水與仿真的相關(guān)參數(shù)．逡逑吸收系數(shù)ａｆｎｒ１］散射系數(shù)ｌ＾ｎｒ１］反向散射系數(shù)Ｍｍ－１］衰減系數(shù)ｃ［ｍ１逡逑純凈海水邐０．０５３邐０．００３邐０．０００６邐０．０５６逡逑清澈海水邐０．０６９邐０．０８邐０．００１邐０．１５逡逑沿海海水邐０．０８８邐０．２１６邐０．００１４邐０．３０５逡逑港邋口海水邐０．２９５邐１．８７５邐０．００７６邐２．１７逡逑—２０邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ逡逑］；：：；：：�。�！逡逑－３０邋—？邋？邋？邋？：邐＊．邐：邐邐邐：邐：邐：邐：邐：邐－逡逑－４０邋－？邋？邋？邋ｆ邋Ｉ？邋？邋：邐：邐邐？：邐：？？？邐ｃ＝０．０５ｍ＇邋，邋ｃＺ＝１．０邐…；邐－逡逑＿５0邋－……＼邋１．：邐：？邐邋邐：邐：…一■—ｃ＝０．１５ｍ＊１
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.1

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 呂邦國;楊健;于濤;;5G標(biāo)準(zhǔn)進展及關(guān)鍵技術(shù)[J];電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化;2016年08期

2 李風(fēng)華;郭永剛;吳立新;李整林;;海底觀測網(wǎng)技術(shù)進展與發(fā)展趨勢[J];海洋技術(shù)學(xué)報;2015年03期

3 肖清華;;蓄勢待發(fā)、萬物互連的5G技術(shù)[J];移動通信;2015年01期

4 林宏宇;;中國海洋戰(zhàn)略困境:歷史、現(xiàn)實與未來[J];人民論壇·學(xué)術(shù)前沿;2012年06期

5 許肖梅;;水聲通信與水聲網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用[J];聲學(xué)技術(shù);2009年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 李麗;基于藍(lán)光LED的便攜式水下視頻通信系統(tǒng)[D];南京郵電大學(xué);2014年

2 王明潔;藍(lán)綠激光水下傳輸?shù)臅r域特性研究[D];南京理工大學(xué);2006年

本文編號：2541172