MIMO室内可见光通信传输理论的研究

Visible light communication (VLC) is considered as one of the key technologies of future mobile communications and has its own properties including green, safety, large unregulated bandwidth, etc. VLC is a critical supplementary to frequency spectrum lacked radio frequency (RF) wireless communications. However, the modulation bandwidth of light source (Light emitting diode, LED) is limited. Multiple-input and multiple-output (MIMO) technology can improve spectrum efficiency significantly. This project will do research on the transmission theory of MIMO indoor VLCs. Based on information theory, we will first analyze the channel capacity of MIMO indoor VLC systems, and derive the analytical expression or compact bounds of channel capacity, which will be a basis to evaluate following research contents. Based on MIMO architecture, we will design high efficient transmission algorithms. Furthermore, we will study adaptive modulation algorithms in MIMO indoor VLCs with perfect channel state information at both transmitter and receiver, and improve system performance under corresponding constraints. The results of this project will provide fundamental transmission theory to MIMO indoor VLC systems.

作为未来移动通信关键技术之一的可见光通信具有绿色、安全、宽可用频段等特点，对于频谱资源紧缺的射频无线通信来说是一个很好的补充。但是作为光源的发光二极管的调制带宽受限，而多输入多输出技术可以有效提高频谱利用率。本课题将对多输入多输出室内可见光通信传输理论进行研究。首先运用信息论，对多输入多输出室内可见光通信的信道容量进行分析，得到多输入多输出室内可见光通信的信道容量的解析表达式或者紧致的界，并作为评价后续研究内容的依据；其次研究基于系数分离结构的多输入多输出室内可见光通信传输理论方法，提出高效的发射和接收算法；在此基础上研究在理想信道状态信息条件下多输入多输出室内可见光通信自适应调制理论方法，在目标函数和约束条件下进一步提高系统的性能。本课题的成果对多输入多输出室内可见光通信的研究具有重要的应用价值和科学意义。

可见光通信具有宽的可用带宽、绿色节能、安全性高等优点，是未来无线通信的一种重要手段，将成为家庭蜂窝网、机载无线通信、军事电磁对抗以及其他电磁波传播受限环境中的关键性技术之一。本项目重点对多输入多输出室内可见光通信的传输理论和关键技术进行了深入的研究。主要的研究内容包括：可见光通信信道容量的研究；高效多输入多输出可见光通信传输理论的研究；自适应调制传输理论的研究；在项目研究计划之外，本项目还对多用户可见光通信进行了一定的研究。在信道容量的研究上，基于Fano不等式和球形体积填充方法，分析得到了可见光通信信道容量紧致的上下界。在传输理论的研究上，本项目提出了一种基于滤波器对的增强多输入多输出可见光通信传输系统，以解决现有多输入多输出可见光通信系统空间子信道相关性强的问题；提出的系数分离多输入多输出可见光通信系统可以有效提高系统的频谱利用率，解决发光二极管调制带宽受限的问题。另外，结合通用滤波多载波新波形，本项目提出了自适应调制和滤波器参数设计调制方式，进一步提高了系统的频谱利用率。在研究计划之外，项目提出了适用于强度调制、直接检测多用户可见光通信系统的非正交多址传输技术，有效提高了系统的传输速率。 可见光通信在未来移动通信中将发挥越来越重要的作用，本项目的研究成果将为可见光通信真正走向商用提供有效的理论支撑。