本文關(guān)鍵詞：可見光通信系統(tǒng)容量分析與星座設(shè)計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著無線傳輸需求的飛速發(fā)展,無線頻譜資源日益緊張。雖然人們嘗試采用各種先進技術(shù)來提高無線頻譜資源的利用率,但是無線頻譜資源的緊張仍未得到有效緩解。作為傳統(tǒng)射頻通信的有效補充,可見光通信近年來引起了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注,并逐漸成為了當(dāng)前的研究熱點之一�？梢姽馔ㄐ啪哂胁煌趥鹘y(tǒng)無線射頻通信的特點,因此無線射頻通信中的相關(guān)結(jié)果并不能直接應(yīng)用到可見光通信中。鑒于此,本論文將對可見光通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題進行研究,主要工作包括以下四個部分：第2章推導(dǎo)了點對點可見光通信系統(tǒng)的信道容量上、下界的理論表達式。本章在獨立于信號的高斯噪聲下,考慮光信號強度為非負、峰值光強有上限以及平均光強為常數(shù)三個約束條件,利用“熵冪不等式”、“變分法”等思想,推導(dǎo)了容量下界的理論表達式；利用“相對熵”等思想,推導(dǎo)了容量上界的理論表達式。此外,還分析了容量上、下界之間的誤差。通過數(shù)值分析發(fā)現(xiàn),所得容量上、下界非常緊,驗證了所得理論表達式的準(zhǔn)確性。第3章推導(dǎo)了多輸入多輸出可見光通信系統(tǒng)的容量界的理論表達式,并對接收機的位置進行了規(guī)劃。本章假設(shè)收發(fā)端均具有完美的信道狀態(tài)信息,通過對信道矩陣進行奇異值分解,將多輸入多輸出信道轉(zhuǎn)換成相互獨立的并行信道。在光強信號為非負、峰值光強有上限以及平均光強為定值的約束條件下,利用“熵冪不等式”和“變分法”等思想,推導(dǎo)了信道容量下界的理論表達式。基于容量下界表達式,給出了關(guān)于接收機位置擺放的最優(yōu)化問題,并通過基于粒子群優(yōu)化的迭代搜索算法對問題進行了求解。數(shù)值結(jié)果對所得容量界表達式和接收機的位置規(guī)劃方案進行了驗證。第4章對室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)的星座進行了設(shè)計。本章考慮一個點對點的室內(nèi)可見光通信系統(tǒng),噪聲為獨立于信號的高斯白噪聲,調(diào)制方式采用脈沖幅度調(diào)制。在光信號具有非負約束、峰值光強約束和平均光強約束的條件下,基于兩種常見的星座設(shè)計策略,提出了一種聯(lián)合星座設(shè)計策略。在所提策略中,信號星座由星座點幅度、星座點概率和調(diào)制階數(shù)三個參數(shù)決定。然后,給出了星座設(shè)計優(yōu)化問題,并提出了改進的Blahut-Arimoto迭代算法。為了降低計算復(fù)雜度,還提出了低復(fù)雜度的次最優(yōu)算法。數(shù)值結(jié)果對所提算法的性能進行了驗證。第5章對室外可見光通信系統(tǒng)的星座進行了設(shè)計。在本章中,信道增益由大氣衰減、大氣湍流和指向誤差綜合確定,并且在信道相干時間內(nèi)是一個常數(shù)。在信號的非負性、峰值光強和平均光強三個約束條件下,給出了可見光通信系統(tǒng)的信號空間。針對相干和非相干檢測,給出了相應(yīng)的距離準(zhǔn)則。基于兩種距離準(zhǔn)則,給出了星座設(shè)計優(yōu)化問題,并提出了一個基于內(nèi)點法的迭代算法。為了評估系統(tǒng)性能,還推導(dǎo)了平均星座錯誤概率。數(shù)值結(jié)果對所提算法的性能進行了驗證。
【關(guān)鍵詞】：可見光通信 信道容量 星座設(shè)計 高斯噪聲
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 縮略詞15-16
• 符號說明16-18
• 第1章 緒論18-30
• 1.1 研究背景18-23
• 1.1.1 可見光通信的概念及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)18-19
• 1.1.2 可見光通信的優(yōu)缺點19-21
• 1.1.3 可見光通信的研究現(xiàn)狀21-23
• 1.2 前人工作綜述23-26
• 1.2.1 關(guān)于容量分析相關(guān)工作的綜述24-25
• 1.2.2 關(guān)于星座設(shè)計相關(guān)工作的綜述25-26
• 1.3 論文工作對前人工作的改進點26-27
• 1.3.1 針對容量分析的改進點26
• 1.3.2 針對星座設(shè)計的改進點26-27
• 1.4 論文的結(jié)構(gòu)安排和研究內(nèi)容27-30
• 第2章 點對點可見光通信系統(tǒng)的容量分析30-48
• 2.1 引言30-31
• 2.2 系統(tǒng)模型31
• 2.3 信道容量分析31-43
• 2.3.1 容量下界分析32-34
• 2.3.2 容量上界分析34-40
• 2.3.3 參數(shù)δ的選取及誤差分析40-43
• 2.4 數(shù)值結(jié)果43-47
• 2.5 結(jié)論47-48
• 第3章 MIMO可見光通信系統(tǒng)的容量分析及接收機位置規(guī)劃48-68
• 3.1 引言48-49
• 3.2 系統(tǒng)模型49-51
• 3.2.1 接收信號模型49-50
• 3.2.2 信道增益50-51
• 3.2.3 信號約束51
• 3.3 MIMO VLC的容量下界分析51-57
• 3.3.1 MIMO系統(tǒng)的容量51-53
• 3.3.2 子信道的容量下界53-56
• 3.3.3 MIMO VLC的容量下界56-57
• 3.4 優(yōu)化問題的提出與求解57-62
• 3.4.1 問題的提出57
• 3.4.2 問題的分析與轉(zhuǎn)化57-60
• 3.4.3 問題的求解60-62
• 3.5 數(shù)值結(jié)果62-66
• 3.5.1 信道容量的相關(guān)結(jié)果62-64
• 3.5.2 接收機位置的相關(guān)結(jié)果64-66
• 3.6 結(jié)論66-68
• 第4章 室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)的星座設(shè)計68-86
• 4.1 引言68-69
• 4.2 系統(tǒng)模型69
• 4.3 優(yōu)化問題的提出69-71
• 4.4 優(yōu)化問題的求解71-82
• 4.4.1 兩種常見的星座設(shè)計71-72
• 4.4.2 提出的聯(lián)合星座設(shè)計72-78
• 4.4.3 優(yōu)化算法的提出78-80
• 4.4.4 高信噪比下的低復(fù)雜度算法80-82
• 4.5 數(shù)值結(jié)果82-84
• 4.6 結(jié)論84-86
• 第5章 室外可見光通信系統(tǒng)的星座設(shè)計86-102
• 5.1 引言86-87
• 5.2 問題表述87-91
• 5.2.1 系統(tǒng)模型87
• 5.2.2 信道模型87-88
• 5.2.3 信號空間88-89
• 5.2.4 離準(zhǔn)則89-91
• 5.2.5 問題描述91
• 5.3 問題求解91-93
• 5.4 平均星座錯誤概率分析93-96
• 5.4.1 相干檢測時的ACEP分析93-94
• 5.4.2 非相干檢測時的ACEP分析94-96
• 5.5 數(shù)值結(jié)果96-100
• 5.6 結(jié)論100-102
• 第6章 結(jié)論與展望102-104
• 6.1 全文總結(jié)102-103
• 6.2 后續(xù)工作展望103-104
• 參考文獻104-112
• 博士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文112-114
• 博士期間參與的項目及獲得的科研獎勵114-116
• 致謝116

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8 杜杉杉;像素調(diào)制可見光通信關(guān)鍵技術(shù)研究和實現(xiàn)[D];東南大學(xué);2016年

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本文編號：472107