基于高维调制的模分复用系统性能研究

为了提高系统的传输容量和传输性能,提出了基于高维调制的模分复用通信技术.通过搭建的基于高维调制的模分复用系统,仿真分析了4b-4D和8b-8D高维信号在不同光信噪比、传输距离和模式耦合系数条件下的传输性能,并与传统的谱效率相同的二维调制信号QPSK进行了对比.实验结果表明,在目标误码率下,4b-4D信号和8b-8D信号所需信噪比分别比QPSK信号降低了2和4 dB,传输距离分别比QPSK信号增加了20和40km.可见,随着信号维度的增大,信号的抗噪声性能及抗色散性能越好.此外,实验结果表明模式耦合对误码率的影响也随着信号维度的增加而减小.     

光载无线电中新型光信息编码调制组合技术研究

提出一种新型光信息编码调制组合方案,该方案采用双重光学双臂外部调制和新型光信息编码实现超远距离高速光载无线电(Ro F)传输通信。通过第一次光学双臂外部调制产生新型光学信号,其信号码型有效带宽比普通光学非归零码少了一半。通过第二次光学双臂外部调制把超高频毫米波信号调制到光波上,实现光载无线电传输。通过高级光学系统专用开发套件(Opti System)模拟仿真得出:在眼图显示正常、传输系统误码率可控范围内,该光纤无线电传输系统的码元传输距离为1.6×106m,速度高达40 Gb/s。     

大气湍流对激光信号影响的数值模拟

为了分析大气湍流对传输在其中的激光信号的影响,依据随机信号与随机过程的相关理论,推导出无线激光通信系统的信噪比（SNR）、误码率（BER）的计算公式,探讨闪烁指数、大气结构常数以及激光波长对信噪比、误码率的影响,并且对信噪比和误码率在不同大气结构常数、不同激光波长下随传输距离的变化进行了数值模拟。结果表明：弱起伏条件下,闪烁指数的增大会导致通信质量的降低;大气湍流对激光通信系统的信噪比和误码率都有显著影响,对比不同激光波长对系统的影响发现,选用长波长激光信号可以增加信号传输的有效距离,抑制系统误码率的增长,改善无线激光通信系统的通信质量。     

可见光通信的自动导航系统设计

设计了一套利用可见光通信的自动导航系统。通过分析室内可见光信道模型,设计了可见光定位导航系统的发射模块和接收模块。系统在获取了停车位置信息后,通过光电二极管驱动电路将信息发出,光信号传感器模块接收可见光信号;信号经过解调、滤波后由显示屏显示,同时语音系统播报位置信息,利用贝叶斯相位中心偏置天线（Bayesian Information Criterions Displaced Phase Center Antenna,BDPCA）聚类算法计算出最佳导航路径,从而实现自动导航的目的。测试结果表明,该系统可满足目标的精准定位功能,在搭建的1m×1m×1m 验证实验中,系统的最大定位误差为 7.90 cm ,平均定位误差为 4.85 cm ,降低了26%,最佳导航路径距离更短,所需时间降低了20%,系统有较高的工作效率。     

一种抗可见光蜂窝网小区间干扰的光学发射天线设计

本文提出了一种应用于可见光蜂窝网的自由曲面光学发射天线,用于改善整个网络范围内的信号质量以提高系统的通信性能.首先基于能量映射关系和斯涅尔定律,设计了目标光分布区域为矩形的基于自由曲面透镜的光学发射天线,应用该天线能使半导体发光二极管(LED)光源发出的光信号均匀分布在0.8 m×0.8 m的正方形范围内.而后将设计的光学发射天线应用于可见光蜂窝网,并进一步对网络接收区域的光信号质量和系统性能做了分析.结果表明,在一个3m×3m×3m房间中安装有16个LED光源作为接入点,采用所设计的自由曲面光学发射天线,网络覆盖区域的光信号分布均匀度达到了0.8以上,同信道干扰基本消除,平均信干噪比为12.6 dB,系统具有较好的误码率性能,能够有效地保证可见光蜂窝网的通信质量.     

基于白光LED的无线通信实验研究

对可见光通信系统收发端进行了研究,采用分压限流式调制电路驱动LED,以NJM4556AD运算放大器为核心器件作为接收端,搭建了短距离可见光通信测试系统,实验完成了50Hz~50kHz频率信号的有效传输,通过优化接收端成功实现了语音信号的实时传输。实验表明,随着频率的增加信号质量逐渐变差,随着接收端偏离光源准直程度的增加,接收功率逐渐变小,甚至信号无法恢复,并分析了影响信号恢复的主要因素,优化电路后所传输的语音信号能够比较清晰地还原。实验结果对可见光通信的室内应用具有一定的参考价值。     

基于可见光通信的停车场泊车自动导航系统

为满足车辆定位需求并实现高效率停车场泊车导航,设计基于可见光通信的停车场泊车自动导航系统,系统的车位信息监测模块通过结合泊车位上方LED照明装置和车位地面的光敏电阻形成光电检测装置,获取停车场车位状态信息后,经STM32单片机产生频率差异显著方波信号;可见光信号调制模块依据可见光通信原理,将方波信号经信号调制电路转换成电信号,驱动停车位的LED灯光源,传输光信号至定位导航模块;定位导航模块利用内置摄像头接收可见光定位信号,经信号解析、定位等步骤获取可见光信号来源位置信息,实现停车场泊车自动导航。实验结果表明,该系统可有效满足车辆定位需求,车辆定位误差控制在0.20 m范围内,且泊车导航所需时间较短,具备较高泊车导航效率。     

融合PLC的LED可见光通信音频传输系统的研究

针对音频信号的可见光通信传输,给出一种简单可行、性能稳定的LED可见光通信音频传输实验系统.该系统利用生活中常用的电脑(或手机等)、有源音箱和简单的电路,在3W大功率LED光源直射下,实现了50cm传输距离内良好的音频信号传输.在该系统基础上,尝试性地组建了融合PLC的LED可见光音频传输实验系统,初步实现了音频信号在融合PLC的系统中的短距离传输,对于输出音频信号的音质存在进一步研究改善的空间.     

基于白光LED的室内高精度定位算法的实现

搭建了室内可见光定位系统,实验上探索了接收信号强度比定位算法的可行性.通过控制多个LED光源在不同时隙的亮暗,分别传输直流与正弦信号,使用照度计及光电探测器测试接收信号强度,对接收机位置进行了估计.其中使用直流信号时,在与光源所在平面相距59 cm的接收平面内,得到最大误差为2.05 cm、平均误差为8.64 mm的定位精度;使用正弦信号时,在与光源平面相距30 cm的接收平面内,得到最大误差为1.09 cm、平均误差为5.6mm的定位精度,并且使用交流信号时实验结果不受环境杂散光的干扰.     

激光水下通讯误码率的影响

蓝绿激光水下通信技术是水下激光引信探测技术的研究基础。对蓝绿激光加载数字脉冲信号后在水下的通讯效果进行了研究,分析了引起蓝绿激光水下传输衰减的因素,设计了蓝绿激光水下信号传输实验系统,测试了光发射接收组件在不同水质和不同距离下的通信误码率。实验结果显示信号传输误码率在纯水和空气中的变化并不明显,但水中杂质浓度的增加使得信号传输误码率发生急剧变化。实验证明:悬浮粒子散射是引起激光水下通讯误码的主要原因;通过使用连续型蓝绿激光通信,可以提高通信速率和灵敏度,降低误码率。     

基于粒子群优化压缩感知的可见光定位算法

目前,基于压缩感知的可见光定位采用线性最小二乘法重构信号,容易陷入局部最优解,且需要高密度的发光二极管布局。针对这些问题,提出了一种基于粒子群优化压缩感知的可见光定位算法。首先,建立一种基于重构接收信号强度残差的适应度函数;其次,将指纹定位的权重求解问题转换为稀疏矩阵的重构问题;最后,采用粒子群优化重构信号。仿真结果表明,所提算法的时间复杂度较低、鲁棒性好,即使在低密度的发光二极管布局下,定位误差依然很小。当信噪比为10 dB、网格间距为50 cm时,所提算法定位误差的平均值为3.67 cm,显著低于现有的10种同类算法。还详细分析了不同参数对所提算法定位误差的影响,所得结果可为实际可见光定位系统的设计提供有益的参考。     

基于相位调制技术的可见光通信系统码间干扰识别研究

室内可见光通信系统的传输信道易受到多径效应产生严重码间干扰,降低通信质量,为此提出了相位调制技术的可见光通信系统码间干扰识别方法。通过构建可见光通信系统信道模型,针对信道光源之间在时域和频域上形成的重叠光信号在多径效应作用下,产生的码间干扰,利用位调制技术对系统信道展开均衡设计,并依照多径扩展统计限定码元速率均值,实现码间干扰抑制。结果表明:本文方法有效调制室内可见光通信系统传递出的信号码元,消除码间干扰对传输信号产生畸变失真,降低系统误码率、误比特率、均方误差以及功率峰均比,大幅度提升了数据传输质量和通信可靠性。     

基于稀疏训练点和指纹重构的室内可见光三维定位算法

目前构建基于机器学习的室内可见光定位模型主要依赖于光电二极管和指纹数量,为了降低指纹采集的复杂度,提高定位精度,提出一种基于指纹矩阵稀疏重构的室内三维可见光定位算法。该算法利用极限学习机训练稀疏采样点,采用奇异值分解和交替方向乘子法求解稀疏指纹矩阵的重构问题。该算法可以有效降低指纹的采样率,同时可以基于极限学习机算法较强的泛化能力提高定位速度和定位精度。在此基础上,由于可见光的多径反射等因素的影响,定位区域的边界定位误差大于内部定位误差,通过引入一种边界修正定位算法,可以有效降低边界定位误差。仿真和实验结果表明,与传统的机器学习算法相比,该算法在减少其所需指纹数量的同时,具有更高的定位速度和精度。     

Numerical analysis on an OOK-NRZ visible light communication system based on a single white LED

An OOK-NRZ visible light communication (VLC) system is designed by using a single white LED and a 550 nm visible photodetector. The emitting model of the single LED is established, and the general expression of the detector’s output signals under OOK modulation is deduced. With the selected LED, detector and other related parameters, the designed communication system is optimized and its performance is analyzed. The optimized communication distance between the LED and the detector is 0.54 m at the communication bit rate of 1 Mbit/s. With the best communication distance, when the signal-to-noise ratio (SNR) is larger than 6.5 dB, the bit error rate (BER) can drop to 10-4. The analytical model and theory presented in this paper can be of certain practical meanings in the design of similar communication systems.     

基于MIMO技术的LED可见光通信系统

为了改善室外发光二极管(LED)可见光通信系统的性能, 解决湍流效应引起的光束相位变化、光束漂移、光束扩展等干扰问题, 提出了一种基于多输入多输出(MIMO)技术的LED可见光通信系统。首先构建了大气湍流信道模型, 然后利用MIMO技术相关原理搭建了LED可见光通信系统模型, 最后采用最大比合并的方法恢复出原始的信号, 并计算误比特率。结果表明, 在相同的湍流强度下, 随着系统分集程度越大, 误比特率越低; 在强湍流信道环境下, M=3, N=4的通信系统实现了10-7的误比特率, 与M=1, N=1的通信系统相比, 误比特率降低了5个数量级。该研究验证了MIMO技术抑制湍流效应的可行性与有效性。     

PMT阵列在水下MIMO无线光通信中的应用

水下无线光通信具有的高带宽、低时延等特点,已成为水下通信的可行选择。系统发送端光源由6只绿光发光二极管(LED)构成阵列,接收端由3只光电倍增管(PMT)构成阵列,形成了6×3的多输入多输出(MIMO)传输方式。在室内10 m水槽水下信道下,实现了1 Mbps的信息传输速率。通过MATLAB软件对接收平面光功率分布仿真,最大值为?35.8 dBm。此外,测试了PMT阳极输出电压波形,并推导出阴极电流波形。理论计算得出信噪比为19.4 dB,理论误码率约为1.1×10?5。所选PMT模块理论上最小接收功率可低至1.5×10?9 W,体现出极高的探测灵敏度。最后,通过蒙特卡洛(Monte Carlo)数字仿真说明,在信噪比25 dB可达到约35 bit·s-1·Hz-1的信道容量。     

基于小波变换的可见光OFDM通信系统性能优化

在可见光通信中, 由于信道的多径效应和信道衰减在传统正交频分复用(OFDM)系统会产生符号间干扰, 从而降低系统的可靠性。为了保障通信质量, 采用带有循环前缀的OFDM系统来抵抗多径效应引起的符号干扰; 为了降低系统的误比特率和峰均比, 采用Haar小波来实现系统有效性、可靠性、峰均比等参量的性能优化, 并采用蒙特卡洛法进行了仿真验证。结果表明, 当系统的误比特率为10-4时, 离散小波变换OFDM系统较快速傅里叶变换OFDM(FFT-OFDM)系统的误码性能大约提高了5dB, 通信效率提高了大约11%;当系统的峰均比为5dB时, FFT-OFDM系统的互补累计分布函数(CCDF)值接近10-2, DWT-OFDM系统的CCDF值为0。该研究为可见光小波变换OFDM通信提供了参考。     

可见光通信中自适应空间调制研究

针对可见光通信中MIMO系统的信道干扰问题,采用自适应空间调制技术,即发送端任一时刻只有一个发光LED处于工作状态来传输数据,接收端采用最大似然算法恢复原始信号,同时为优化误码率性能,加入自适应Fischer算法,发送端能够根据信道状态信息对各个子载波分配不同的比特,降低误码率.实验结果表明:在传输速率和发送功率一定的情况下,结合Fischer算法的空间调制技术能有效降低系统误码率,改善可见光通信系统的通信性能.     

Energy Efficient Lighting System for Indoor Parking with Ubiquitous Communication

This paper presents visible light communication (VLC) based energy efficient lighting system in indoor parking area for illumination and at the same time would offer ubiquitous data communication. Light emitting diodes (LEDs) based VLC is used for communication and illumination at the same time. We have optimized the position of LED emitters on the ceiling in the parking area to obtain the desired signal-to-noise ratio (SNR) and bit error rate (BER). Two lighting configurations in the parking area are discussed. We compared the power transmission from LED emitters, number of emitters, SNR distribution, BER and cost for both the configurations. Multi-level pulse modulations are used in this work along with simple on off keying (OOK) for modulation. We compared OOK with M-PAM, multi-level pulse position modulation and invert multi-level pulse position modulation to obtain the required SNR and power to achieve the same BER. Simulation results are presented and discussed. It is observed that the system allows uniform illumination in the parking area and at the same time high data rate communication.