本文關(guān)鍵詞：可見光通信系統(tǒng)燈組協(xié)同技術(shù)研究和實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：近年來,隨著移動(dòng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展,人們對通信的質(zhì)量和效率有了越來越高的要求。除了對其傳輸速度的期待,人們更加希望其在成本和綠色環(huán)保領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢。而射頻通信中的頻譜資源短缺和電磁輻射問題使得人們嘗試著尋求新的更加綠色的通信方式。因此,可見光通信應(yīng)運(yùn)而生。可見光通信技術(shù)憑借其頻段不受限、節(jié)能環(huán)保、輻射干擾小等優(yōu)點(diǎn),成為了近年來的研究熱點(diǎn)。本論文針對室內(nèi)光通信的協(xié)作相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究,著眼于解決多燈多用戶協(xié)作問題,從協(xié)作調(diào)度算法、MAC層協(xié)議層面的協(xié)作相關(guān)設(shè)計(jì)等多方面研究。首先,本文介紹了室內(nèi)光通信系統(tǒng)基本原理。論文概述了室內(nèi)光通信系統(tǒng)的基本系統(tǒng)模型,包括系統(tǒng)組成、信道和噪聲模型。接著針對性探討了室內(nèi)光通信協(xié)作技術(shù)中的多個(gè)研究角度,指明了后續(xù)的研究思路。然后對可見光通信MAC層協(xié)議做了概述性介紹,對比了多種已有協(xié)議方案以便于后續(xù)對協(xié)議的改進(jìn)優(yōu)化。其次,本文對遮擋場景下的室內(nèi)燈組布局優(yōu)化問題進(jìn)行了研究。論文針對幾個(gè)代表性場景構(gòu)建了室內(nèi)遮擋的模型,同時(shí)綜合各模型的出現(xiàn)概率和引入碼間干擾因素下的信噪比分布情況,構(gòu)建出了評估遮擋環(huán)境下通信質(zhì)量的指標(biāo)。除了考慮遮擋因素外,論文還以室內(nèi)光強(qiáng)的均衡度作為另一個(gè)優(yōu)化目標(biāo),再加入多個(gè)約束條件,得到一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化的模型,并通過線性加權(quán)因子的方式將其轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題進(jìn)行求解。通過控制加權(quán)因子的變化,仿真搜索得出了滿足功能需求下的最優(yōu)化燈組布局方案,同時(shí)給出了對應(yīng)的光照強(qiáng)度分布和遮擋模型下的系統(tǒng)信噪比分布情況。接著,本文還研究了多用戶干擾下光通信系統(tǒng)的燈組調(diào)度優(yōu)化方案。論文采用了博弈論上經(jīng)典的穩(wěn)定婚姻匹配方案,給出了靜態(tài)場景下兼顧系統(tǒng)容量和公平性的調(diào)度方案,針對公平性效果構(gòu)建了新的評價(jià)模型。通過仿真驗(yàn)證了其相比于對比算法在系統(tǒng)容量保持較高水平的情況下又擁有出色的公平性優(yōu)勢。接著為了應(yīng)對用戶移動(dòng)的場景,提出了局部性能優(yōu)化的方案——"簇級調(diào)度"。同時(shí)探討了在運(yùn)動(dòng)場景下調(diào)度的多用戶復(fù)用方式,設(shè)計(jì)了在超幀內(nèi)的時(shí)隙調(diào)度方式,并進(jìn)一步研究了簇級調(diào)度中的多種激活模式。論文結(jié)合"簇級調(diào)度"與全局調(diào)度的各自優(yōu)勢提出了動(dòng)態(tài)場景下的"混合式"調(diào)度方案。仿真結(jié)果驗(yàn)證了"混合式"調(diào)度對系統(tǒng)容量性能和算法調(diào)度時(shí)間的兼顧,并在不同的運(yùn)動(dòng)場景下表現(xiàn)結(jié)果類似,具有一定普適性。最后,本文介紹了可見光通信MAC層協(xié)議設(shè)計(jì)的協(xié)作部分內(nèi)容。論文概述了已有的改進(jìn)型可見光MAC層協(xié)議的整體框架和基礎(chǔ)模塊。然后針對協(xié)作部分功能提出了多設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的時(shí)隙調(diào)度協(xié)作方案,闡述了其在三類可能的燈組關(guān)系場景中的可行性。另一方面論文完成了 MAC層協(xié)議設(shè)計(jì)中的切換模塊設(shè)計(jì),詳細(xì)描述了設(shè)計(jì)流程。仿真模擬時(shí),在Linux平臺(tái)上,通過在主機(jī)運(yùn)行燈組協(xié)調(diào)器程序、在多個(gè)樹莓派運(yùn)行設(shè)備程序,驗(yàn)證了各功能模塊的有效性。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(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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本文編號：1265398