高速可见光通信系统光源调制非线性与信道快速时变性问题研究

Due to the large-scale deployment of white light-emitting-diode (LED) as the next-generation green lighting, the visible light communication (VLC),which utilizes the visible light radiations from LED to transfer information in free space, has been presented as an attractive solution for future wireless broadband communication, since it combines the advantages of both optical access and wireless access. However, the bandwidth of LED itself is actually quite limited, so much attention has been paid on the research of the techniques to increase the VLC system speed and communication capacity. The Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) technique is the typical method to increase the system speed. .In this project, we focus on the research of two basic problems in the OFDM-based VLC system, the LED modulation nonlinearity and channel fast time-varying problems, and try to get original achievements on new compensation and equalization mechanisms to solve these problems. For the LED modulation nonlinearity problem, we will present an self-adaptive frequency-domain pre-compensation mechanism; and for the channel fast time-varying problem, we will present an self-adaptive time-domain evaluation and cooperate equalization mechanism..

可见光通信技术以下一代绿色照明器件白光LED作为光源，以自由空间作为信道，融合了光通信和无线通信二者优点,是一种高速灵活、绿色环保的新型通信技术。然而，LED 器件本身调制带宽有限，因此需要研究各种方法和技术以提高系统速率，其中正交频分复用技术OFDM是最典型的代表。本项目针对基于正交频分复用OFDM的高速可见光通信系统中的光源调制非线性与信道快速时变性两大难点问题展开深入研究。对于LED非线性问题，研究基于OFDM调制信号的峰均比PAPR调控方法，提出自适应的频域预补偿机制；对于链路随机遮挡带来的快速时变性问题，结合信道频域估计和时域估计，研究并提出新的自适应时域估计和联合均衡机制；最后，结合两个方面的解决方案，实现高速鲁棒、低复杂度的可见光通信系统。

本项目针对高速可见光通信系统中的光源调制非线性与信道快速时变性两大难点问题展开深入研究。.解决光源调制非线性问题的相关研究成果主要包括：提出一种混合时-频域自适应非线性均衡技术，线性失真利用频域预均衡来补偿，非线性失真部分由一个高效的自适应非线性时域均衡器来补偿，综合两种均衡方式从而实现高效补偿；提出一种基于分组统计的信道编码方案，通过概率统计来改变数据流中高低电位的比例，实现调光，降低功率峰均比，抑制非线性的影响。.解决信道快速时变性问题的相关研究成果主要包括：提出一种基于混合限长编码和预加重均衡方案，通过结合限长编码和预加重技术，分别从传输码型和时域波形矫正两个方面改善由于信道时变导致的基线漂移和数据相关性抖动对系统高速传输性能的影响；提出一种基于对称叠加编码的消除误码传播方案，解决基于非正交多址接入的可见光通信系统中由于信道快速时变带来的误码传播问题，从而提高传输速率。 .对于信道快速时变性，尤其是信道遮挡问题，在上述系统级研究成果基础上，还进一步研究了如何利用更高层的网络级技术来解决的若干方法，相关研究成果主要包括：提出一种基于空分复用的蜂窝组网方案，当某条用户直射链路出现遮挡时，考虑切换到由多灯覆盖的另一条链路来通信；提出一种基于博弈论的接入模式选择方法，引入终端直连通信模式，在上下行和直连通信两个通道中，当出现一个链路遮挡后，切换到另一个链路中继续通信；提出一种基于物理层编码的中继方案，利用物理层编码技术提高链路资源利用率。此外，对于当前应用广泛的可见光定位，本项目也研究了解决信道时变性的基于运动建模和累积空时编码抗遮挡定位机制。.通过以上两个问题的研究，取得一系列研究成果，很好解决了可见光通信系统中的光源调制非线性与信道快速时变性问题，为可见光通信走向产业化提供了理论支撑。