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基于非正交多址接入的可见光通信网络中误码传播与功率效率问题研究

李皓月  
【摘要】:近年来,基于白光发光二极管(Light Emitting Diode,LED)的可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术由于具备频谱资源丰富、易于与现有照明系统结合、免电磁干扰等诸多优势受到了学术界和工业界的广泛关注。作为一种无线通信技术,高效的接入方案对VLC非常重要,尤其是目前商用LED的调制带宽普遍较低,加大了大规模高速可见光通信网络的构建难度。另一方面,功率域非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术由于拥有极高频谱效率以及支持海量接入的优势,在射频通信和VLC领域都受到了广泛关注。相较于传统正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)技术,NOMA能够带来30%至40%系统容量增益,并成倍增加接入用户数量。然而,NOMA-VLC网络目前还存在许多问题,其中误码传播和功率效率是制约该网络性能的两大关键问题。本论文针对这两个问题进行了研究,并分别提出了解决方案。●提出了一种对称叠加编码/对称连续干扰消除解码(Symmetric Superposition Coding/Symmetric Successive Interference Cancellation,SSC/SSIC)方案用于解决NOMA-VLC网络中的误码传播问题NOMA网络中的用户在功率域进行资源复用,不同用户被分配不同大小的功率。大功率用户可以将小功率用户信号视为噪声,直接解码。而小功率用户则需要进行SIC解码,即先解调并消除大功率用户信号,然后才能解调自己信号,但是解调大功率用户信号出错时会导致小功率用户也解调出错,这就是误码传播问题。实验发现,大功率用户95%以上的错误都会传播给小功率用户。这一现象与传统的叠加编码生成的用户联合星座图分布有关,因此可以通过改变联合星座图分布来减小误码传播的概率。基于此,本论文提出了SSC/SSIC方案,通过调整用户信号叠加方式使用户联合星座图分布更加合理,使得大功率用户的误码大概率不再传播给小功率用户。实验证明,与传统NOMA-VLC网络相比,基于SSC/S SIC的NOMA-VLC网络的误码传播概率下降了90%以上。●提出了一种基于分层预矫正非对称限幅光正交频分复用(Hierarchical Pre-distorted Layered Asymmetrically Clipped Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,HPD-LACO-OFDM)的NOMA-VLC网络架构以提高传统NOMA-VLC网络的功率效率由于仅靠功率域难以实现所有用户同时接入,因此NOMA一般需要与其他正交接入技术混合使用。正交频分复用接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)由于具有频谱效率高、抗码间干扰、资源分配灵活等优势成为大多数NOMA网络选择。由于VLC不能传输负信号,因此直流偏置光正交频分复用(DC-biased Optical OFDM,DCO-OFDM)成为了替代选择。然而DCO-OFDM功率效率很低,限制了NOMA-VLC网络的信噪比,而NOMA网络性能对信噪比较为敏感。此外,其他光OFDM技术也都存在功率效率低、频谱效率低或者接收端较为复杂等问题。因此本论文首次提出了HPD-LACO-OFDM,通过生成多层的非对称限幅光正交频分复用(Asymmetrically Clipped Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,ACO-OFDM)信号连续填充基数子载波,并通过逐层预矫正机制消除层间干扰,从而实现高频谱效率和高功率效率的无干扰OFDM信号。并且HPD-LACO-OFDM接收端实现简单,不会对NOMA复杂的接收端带来新的负担。实验证明,在相同信号功率条件下,基于HPD-LACO-OFDM的NOMA-VLC系统比基于DCO-OFDM的NOMA-VLC网络有更好的误码率性能,且对直流偏置的需求减少了信号功率的一半。


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