照明約束下的直流攜信可見光通信系統設計與性能研究

《照明約束下的直流攜信可見光通信系統設計與性能研究》是依託中國科學技術大學，由高謙擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：照明約束下的直流攜信可見光通信系統設計與性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：高謙
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

近年來，可見光通信正逐步成為傳統射頻通信重要的補充方案，其中基於高階正交頻分復用的傳輸系統在高速、高頻譜利用率傳輸方面獲得了長足進展。然而，基於傳統調製方案的系統能量利用率較低，主要原因是直流能耗比例大，但其不攜帶信息造成浪費。另外，子載波在低維歐式空間獨立調製也導致能效瓶頸。除了提高能效的迫切需求，如何在高效通信的同時滿足照明的要求，即實現通信照明一體化也面臨諸多挑戰。針對這些挑戰，本項目運用最佳化理論、矩陣分析理論和隨機過程理論，設計並深入研究符合照明約束的高能效調製解調方案、星座圖映射方案、預編碼方案等，在時頻色聯合域分別設計基於直流攜帶信息的多載波高維聯合調製系統，大幅度提高可見光通信能量效率。同時構建系統實驗驗證平台，研究照明性能與通信性能的相互制約關係。本研究有助於取得理論和關鍵技術的自主創新。

結題摘要

照明約束同時對可見光通信系統設計帶來了難度，由於信號非負約束的存在，使用傳統的物理層信號處理及最佳化方法往往離最優解甚遠，色彩約束進一步限制了最佳化空間，另外，部分系統的信號與噪聲具有相關性，給系統設計又帶來了額外困難。本項目針對以上設計難點，在相應可見光系統調製、預編碼、功率分配、干擾管理等方面進行了理論研究，並搭建了一套實驗系統。在系統調製方面，給出了照明約束下直流攜帶信息的方案，大幅提高能效，此方案可以適用於多色多載波及信號相關噪聲場景，另外，項目首次提出旋轉歐式距離已經距離域/距離譜的概念，在信號與噪聲相關的情況下最佳化了星座圖，在傳統基於最小歐式距離的方案上獲得的顯著增益；在系統預編碼方面，研究了照明約束下信號噪聲不相關時的預編碼器最優結構，同時研究了信號噪聲相關時的預編碼器設計，並證明了此時上下行系統不存在最小均方誤差對偶的性質；在功率分配方面，項目研究了並設計了非正交調製技術在可見光通信中的套用方案，取得了比正交調製技術明顯的增益。綜合上述結果，本研究為探討照明約束下的可見光系統設計奠定了堅實的理論基礎。硬體系統方面，搭建了一套基於有機LED的可見光通信系統，採用光OFDM調製和非線性抑制技術，實現了3米以上的高速可靠傳輸。在適合可見光通信的多路透鏡設計及信道建模方法方面取得了一定研究進展，為進一步提高實驗系統通信性能打下基礎。