室内VLC系统中信道均衡及调制解调技术研究

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可见光通信(Visible Light Communication,VLC)是通过可见光进行信号传输的,在无需其他硬件设备的情况下,同时实现照明和通信两大功能。由于无电磁辐射、超宽的使用频带以及LED照明设备普及等优势,室内VLC技术为无线通信提供一个新的解决方案。因此,对其研究具有重要的实用价值。目前,室内可见光通信系统仍存在一些不足。例如,室内传播的光信号在接收端存在码间干扰(ISI)及外界光噪声等的影响,这些因素均会显著降低接收信号的判决准确度,进而严重影响可见光通信系统的性能。针对室内可见光系统中码间干扰及光噪声问题,本文对适合可见光通信系统的自适应均衡技术和调制解调技术展开研究。主要研究内容包括:1.建立室内可见光通信系统模型,着重对通信链路和通信信道进行分析,从理论上分析通信中存在的码间干扰和光噪声影响,为研究自适应均衡技术和调制解调技术提供理论依据。2.通过对固定步长LMS算法及其多种变步长LMS算法的研究,分析出其存在的不足,根据变步长原则提出了一种基于正弦函数的变步长LMS算法,仿真结果表明,该算法既能加快收敛速度也能获得较小的稳态误差,且收敛阶段的稳态误差在较小范围内变化。根据室内VLC信道分布规律,提出了一种基于接收信号差值比的初始化方法,仿真结果表明,该方法可更大程度地加快算法收敛速度,收敛速度提升了2.5倍。3.在脉冲位置调制(PPM)的基础上,提出一种双间隔脉冲位置调制(DIPPM)方式,将其与PPM调制和MPPM调制进行了理论分析和性能仿真。仿真结果表明,DIPPM调制的带宽利用率比PPM调制更高,而抗干扰性优于MPPM调制。4.在上述研究结果的基础上,搭建了室内可见光通信系统。首先,在FPGA上实现调制解调方案,然后利用误码仪和MATLAB建立的信道模型一起搭建了室内可见光通信系统。其中,信道均衡采用基于正弦函数的变步长LMS算法和基于接收信号差值比的初始化方法。实验结果表明,DIPPM调制的主要性能提升与理论分析基本一致,且随着原始数据比特数m值增大,DIPPM调制的抗干扰性越强。本文提出的调制解调方案和信道均衡技术可有效降低光噪声和码间干扰的影响,有望改善可见光通信系统的整体性能。
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