多用户干扰对可见光通信直流偏置光正交频分复用码分多址系统性能的影响

结合直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)和码分多址(CDMA),建立了DCO-MC-CDMA系统。受系统结构限制,选用Gold码和m序列作为扩频地址码时,互相关性比正交码差,进而导致更大的多用户间干扰(MUI)。采用最大比合并、等增益合并和正交恢复合并(ORC),推导了受加性高斯白噪声、MUI和限幅噪声影响时信噪比的表达式,并基于Matlab建立了蒙特卡罗误码率(BER)仿真模型。研究结果表明:随着用户数的增大,MUI会使系统BER性能变差;ORC消除了子信道增益不同导致的MUI,因而BER性能最好;Gold码的互相关性比m序列好,采用Gold码的DCO-MC-CDMA系统BER性能更好。

基于压缩感知的MIMO-DCO-OFDM VLC信道估计研究

为了改善可见光通信(VLC)带宽受限的问题,利用多输入多输出直流偏置光正交频分复用技术(MIMO-DCO-OFDM)优化VLC系统以提高传输速率,构建了一个室内4×4 MIMO-DCO-OFDM VLC系统。同时提出了一种改进的分段弱正交匹配追踪(ISWOMP)算法用于VLC系统的信道估计以降低导频开销。仿真结果表明,在4×4 MIMO-DCO-OFDM VLC系统中,与传统最小二乘法相比,该算法具有较低的导频开销和更好的估计精度。在不同信噪比的情况下,ISWOMP算法均比传统CS正交匹配追踪算法(OMP)具有更高的估计精度,同时该方法无需提前获取信号稀疏度,比OMP更具有现实应用的可能性。

基于非正交多址接入的室内可见光通信系统

白光发光二极管(LED)的窄调制带宽限制了可见光通信(VLC)的系统容量。非正交多址接入(NOMA)技术通过功率复用可提高系统通信容量。结合直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)和NOMA技术,设计了NOMA-DCO-OFDM系统。基于递归法给出了单个LED时VLC多径信道建模方法。在考虑限幅噪声影响时,推导了用户的信干噪比。采用分数阶功率分配、增益比功率分配和静态功率分配方法,研究系统平均和速率随LED半功率角、光电检测器的视场角(FOV)和功率分配因子的变化规律。仿真结果表明,系统平均和速率随着半功率角、FOV和功率分配因子的变化而变化,可以通过优化半功率角、FOV和功率分配因子达到系统平均和速率最大化。

降低可见光DCO-OFDM系统峰均比的DCT-GCS方法

为了克服现有降低OFDM峰值平均功率比的方法在可见光通信中效果不好的问题,通过分析发现DCOOFDM系统输入序列的共轭对称形式增强了序列的相关性,使传统方法的PAPR抑制性能有明显下降,所以提出了离散余弦变换(DCT)与分组循环移位(GCS)结合的降低系统PAPR的方法。该方法中的分组循环移位能够在DCT的基础上降低输入序列的相关性,使系统输出信号具有更低的PAPR。仿真结果表明:提出的方法比仅采用DCT或者GCS能够更好地抑制系统的PAPR。在CCDF=10-4时,DCT-GCS方法使系统的PAPR下降了5.4d B。DCT-GCS具有较低的PAPR,且计算复杂度要远远低于PTS和SLM方法。

有限字符输入DCO-OFDMA系统的资源分配算法研究

至今,有限字符输入可见光通信(Visible Light Communication,VLC)直流偏置光正交频分多址接入(Direct Current Biased Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access,DCO-OFDMA)系统的用户信息传输速率极限仍然未知.本文推导了有限字符输入DCO-OFDMA系统的用户准确可达速率及其下界,并研究了满足用户速率门限要求的总传输电功率最小化问题.由于原始优化问题为优化变量为子载波分配、功率分配及直流偏置的最小化总传输电功率的联合优化问题,复杂度高,难以求解,本文通过推导最优直流偏置及固定子载波分配方式将原始问题简化为优化变量为功率分配的最小化总信息传输功率的单变量优化问题,并利用拉格朗日函数、Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件,提出了满足用户速率门限要求的最小化总信息传输功率的功率分配方案.仿真结果表明,本文提出的功率分配方案依赖于子载波之间的信道增益差异和用户速率门限,且在低速率门限与高速率门限时效果均明显优于等功率分配方案,并且在高速率门限时效果明显优于传统注水功率分配方案.

可见光通信定位集成系统仿真研究

为了提升可见光通信(VLC)定位系统的频谱和功率利用率,文章提出了一种基于非对称限幅和直流偏置的光正交频分复用(ADO-OFDM)的VLC定位集成系统。该通信定位集成系统具有比基于非对称限幅的光正交频分复用(ACO-OFDM)的VLC定位集成系统更高的频谱利用率和比基于加直流偏置的光正交频分复用(DCO-OFDM)的VLC定位集成系统更高的功率利用率。同时,文章还提出了一种差分修正定位算法,所提算法较于传统的三边定位算法其具有更高的定位精度。

DCO-OFDM系统峰均比抑制算法实验设计

针对可见光通信直流偏置光正交频分复用(direct current-biased optical-OFDM,DCO-OFDM)系统中峰均功率比(peak-to-average power ratio,PAPR)大的缺点,采用限幅与滤波(clipping and filtering,CAF)、部分传输序列(partial transmit sequence,PTS)、矩阵变换技术(matrix transformation method,MTM)对DCO-OFDM系统进行PAPR抑制。首先建立DCO-OFDM系统模型,然后对3种抑制技术进行原理分析,最后进行实验仿真,从互补累积分布函数(complementary cumulative distribution function,CCDF)和计算复杂度两方面比较了3种算法的PAPR抑制性能,并总结实验存在的不足以及提出展望。

TB-SC PLDPC编码的DCO-OFDM系统中新型比特交织方案设计

基于TB-SC PLDPC编码的DCO-OFDM系统,首先根据子载波的不等保护特性,提出了一种新型的载波匹配映射方案,以改善系统的性能;其次,基于改进的PEXIT算法,分析了TB-SC PLDPC码在3种不同交织方案下的译码门限值;通过理论分析可知,在16-QAM和64-QAM调制下,提出的新型载波匹配映射方案能使TB-SC PLDPC码分别在15.52 dB和19.24 dB处收敛;而采用变量点匹配映射和连续映射方案则需要更大的信噪比.仿真结果表明,提出的新型载波匹配映射方案的性能更优于变量点匹配映射和连续映射方案.

可见光通信DCO-OFDM系统资源分配算法研究

针对室内可见光通信(VLC)直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统存在的低信道利用率问题,文章对该系统的信道资源和比特资源进行了优化分配研究。首先介绍了DCO-OFDM系统的信号发射端模型和系统的信道利用率计算,并按照两步算法的思路依次分析了信道资源分配和比特资源分配问题,进而提出了自适应动态资源分配算法,该算法能够根据信道幅度频率响应来灵活分配子信道,并为各信道自适应选择满足服务质量要求的最高阶正交振幅调制(QAM)调制方式。仿真结果表明,相比于传统固定分配算法,该自适应资源分配算法可显著提升室内VLC DCO-OFDM系统的信道利用率。

DCO-OFDM系统中BPNN信道估计方法

直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统中的削波操作、LED的非线性特性以及光信号受水下阻挡物引起的多径效应,都会造成系统性能的下降。将后向传播神经网络(BPNN)应用于水下可见光通信系统以补偿由上述三方面因素引起的非线性失真,即先用最小二乘算法进行初步估计,再将估计值输入神经网络训练进一步提高估计精度,待训练完成后将所得模型运用于在线估计。通过仿真以及水下可见光通信系统测试平台分别测试不同路径数以及传输距离对算法性能的影响。实验结果表明,BPNN算法可取得比LS算法更好的估计精度。

DCO-OFDM系统DCT-S峰均比抑制算法

针对直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统中的非线性失真问题,提出一种基于离散余弦变换(discrete cosine transform,DCT)和缩放(scaling)的DCT-S峰均比(PAPR)抑制算法。该算法通过DCT改变功率分布概率,减小信号包络范围,再对时域信号进行自适应缩放,使其更好地适应LED的动态范围,降低系统峰均比,进而抑制了非线性失真。仿真结果表明,与传统算法相比,该算法在LED发射功率不变的前提下,大幅降低了DCO-OFDM系统的峰均比,同时降低了误码率。

DCO-OFDM系统压缩感知水下光通信信道估计方法

针对传统信道估计算法导频开销大而直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统频带利用率低的问题,提出了基于压缩感知深度优先多路径匹配追踪(MMP-DF)的水下光信道估计方法。该方法利用DCO-OFDM系统的导频处频域响应构建压缩感知模型,将MMP-DF算法用于水下光信道估计中,进而估计出信道时域脉冲响应。仿真结果表明:在DCO-OFDM系统中,与传统信道估计算法相比,该方法所需导频开销小但估计精度高;导频数量较少时,估计精度优于正交匹配追踪(OMP)算法。

DCO-OFDM水下可见光通信系统的峰均比抑制算法

为了解决直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)水下可见光通信系统中存在的高峰均功率比(PAPR)问题,采用了一种基于范德蒙类矩阵(VLM)预编码与改进的自适应缩放联合PAPR抑制的算法。首先,该算法利用VLM对频域信号进行预编码处理,以此降低其自相关性,再通过比值计算方式改进的自适应缩放因子对时域信号进行缩放,使其更好地减小发光二极管带来的非线性失真,最后实现了抑制系统PAPR的效果。结果表明,在互补累计分布函数为10^(-3)时,相比于原始系统,此联合算法的PAPR下降了3.2dB。由此可知,该研究对抑制DCO-OFDM水下可见光通信系统的PAPR是有帮助的。

基于DCO-OFDM与PAM-DMT的混合传输系统性能研究

针对可见光通信(Visible Light Communication,VLC)系统中传统非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)及直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统存在的不足,提出了一种基于DCO-OFDM与脉冲幅度调制-离散多音频调制(PAM-DMT)混合技术传输方案,并给出了一种接收端低复杂度信号检测算法。该混合传输系统不仅可以通过改变调制方式以得到更为灵活的数据传输速率,还可以在相同数据速率下叠加较小的直流信号。最后通过蒙特卡洛仿真验证了所提设计的有效性。

一种适用于DCO-OFDM系统的DFT信道估计算法

针对直流偏置光正交频分复用系统中传统离散傅里叶变换(DFT)信道估计算法运算复杂度高和循环前缀(CP)内存在非有效信道系数的问题,提出厄米特对称的DFT(H-DFT)阈值改进信道估计算法。首先,根据信道时域响应变换到频域满足厄米特对称的性质,只需对有效子载波的信道频域响应做厄米特对称即可获得全部子载波的信道频域响应;其次,根据CP外噪声的平均功率对CP内的信道抽头数据设置阈值来滤除CP内的噪声。仿真结果表明:与传统DFT信道估计算法相比,H-DFT阈值改进信道估计算法有效降低了运算复杂度,在误比特率和均方误差方面也得到了明显的改善。

一种多目标的可见光DCO-OFDM系统优化方案

提出了一种兼顾能效和谱效的直流偏置光正交频分复用(Direct Current-biased Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,DCO-OFDM)通信系统优化方案。采用比特功率加载技术推导DCO-OFDM系统谱效与能效的闭合表达式,根据谱效与能效的闭合表达式建立关于Pareto最优解的谱效-能效多目标优化模型,利用加权乘积标量方法引入效用函数将多目标优化问题降维至单目标场景。仿真结果表明,通过改变权重因子可以灵活地调整谱效或能效在单目标函数中所占的比重,从而实现谱效和能效的综合优化。

可见光辅助中继通信系统与功率分配方案

当室内可见光通信链路因遮挡产生阻塞引起通信中断时,需要通过辅助中继对信号进行转发,因此建立了室内可见光通信辅助中继系统模型。首先分析了室内可见光通信系统中存在链路阻塞时室内光源在屋顶的位置约束关系,通过利用办公室顶灯作为信号光源和中继,采用非对称削波直流偏置光正交频分复用实现辅助中继的信号复用,保证了遮挡信号中继传输的同时,保持与其目的终端之间的通信;随后利用遗传算法对光源端和中继端的功率进行优化分配以优化系统性能,并在遮挡情况下与等功率分配方案的系统误码率性能进行了比较。结果表明,当直接通信链路阻塞时,最优功率分配方案的辅助中继系统比采用等功率分配的系统损耗小3dB。

一种水下光通信中基于先验模型的预均衡方法

由于海水的散射特性,光在水下传输时会产生码间串扰(ISI)问题,传输环境较差时尤为严重。为解决该问题,文章将预均衡技术应用于基于直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)调制的水下光通信系统中,并针对水下光的传输特性提出了一种基于先验信息的预均衡方法。在浑浊海港海水环境下与传统均衡算法进行了性能对比。仿真结果表明,在信噪比(SNR)较差的情况下,采用所提方法能够有效降低水下光通信系统的ISI,降低了误码可能性,提高了信道估计的可靠性。相比于最小二乘(LS)后均衡算法,误码率能下降约3.56 dB,相比于LS预均衡算法,误码率能下降约3.00 dB,相较于最小均方误差(MMSE)和最小均方(LMS)后均衡算法,误码率下降约1.85 dB。

可见光通信光OFDM技术的性能评估

首先分析了3种典型的用于可见光通信(visible light communication,VLC)的光正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术——基于直流偏置的光正交频分复用(DC-biased optical OFDM,DCO-OFDM)、非对称裁剪的光正交频分复用(asymmetrically clipped optical OFDM,ACO-OFDM)以及分层非对称裁剪的光正交频分复用(layered asymmetrically clipped optical OFDM,LACO-OFDM)的原理、系统模型以及各自的优势和劣势,然后将它们与物理下行共享信道(physical downlink shared channel,PDSCH)的完整流程结合进行链路级仿真,客观评估其性能并进行横向对比。通过仿真验证,在码率和发射信号的平均功率相同时,ACO-OFDM的信噪比(signal-to-noiseratio,SNR)-误块率(blockerrorrate,BLER)性能与DCO-OFDM基本接近,但DCO-OFDM需要额外消耗功率保证信号为正数,ACO-OFDM的频谱利用率较低。相比ACO-OFDM,LACO-OFDM通过分层提高了频谱利用率,但由于各层之间的干扰,层数越多,系统的BLER性能越差。因此,需要综合考虑在具体的应用场景下VLC系统对频谱利用率、功率利用率以及BLER性能的要求,选择合适的光OFDM调制方案。

水下DCO-OFDM系统峰均比抑制算法

针对直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)水下光无线通信(UOWC)系统存在高峰均功率比(PAPR)问题,文中采用自适应迭代限幅滤波(AICF)法降低信号PAPR,并根据均方误差最小准则(MMSE)对限幅后的失真信号进行补偿,使失真信号与原始信号间的误差达到最小。仿真结果表明:与传统方法相比,该方案在相同的迭代次数条件下,能进一步降低PAPR,并且保证误码率(BER)性能不受影响。