基于FoV分集和NOMA的可见光通信预编码理论与方法研究

In Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) visible light communication (VLC) system, ill conditioned nature of the channel state gain matrix induces low energy efficiency. Precoding is probably the most effective method to tackle this problem...In this project, we intend to conduct a research on the precoding problem in MIMO VLC multiuser system subject to channel capacity constraints. We will investigate how to use field of view (FoV) diversity and non-orthogonal multiple access (NOMA) technique to improve system performance...For the multiuser MIMO VLC system with FoV diversity, we first formulate the optimization problem of minimizing the transmission power under the capacity constraints and illumination constraints. Afterwards, we simplify the problem at the receiver by using max-ratio combine method. After solving the problem, we discuss the feasibility precheck method in order to guarantee our problem solvable. We also jointly design the transmitter and the receiver, and study the configuration problem of FoV angle at the receiver...For the NOMA MIMO VLC system, in order to minimize the transmission power, we use the iterative method to solve the problem and prove the convergence. Furthermore, a robust optimization design is also considered...To ensure practicality of this project, we intend to build up an object-oriented simulation platform based on Matlab. We also intend to build up a real experimental platform...Our work will lay theoretical and technical foundation for the VLC system. Our optimization strategy can be easily extended to the optimization problem with non-convex real number constraints.

多输入多输出(MIMO)可见光通信(VLC)系统由于其信道增益矩阵的病态特性导致了较低的能量使用效率。预编码方法是解决该问题的最好方法。.本项目拟在信道容量约束的前提下研究MIMO多用户VLC系统的预编码问题。主要考虑视场角(FoV)分集和非正交多接入(NOMA)对于系统性能的提升。.对于存在接收端FoV分集的MIMO多用户VLC系统，首先建立在信道容量和照明约束下最小化传输功率的预编码问题。然后通过假设接收端使用最大比合并简化问题并解决，继而考查约束条件可行性的预判方法以保证优化问题的可行性。同时也考虑接收端和发射端的联合优化以及FoV角度,配置问题。.对于NOMA MIMO VLC系统，为最小化传输功率，用迭代优化的方法解决该问题并证明其收敛性。同时考虑鲁棒性设计。.同时拟建立仿真平台及实验平台,本项目负责人目前2篇JCR 二区SCI发表，该项目前期工作已被JCR 二区期刊录用。

随着通信技术的快速发展，频谱资源短缺已成为限制无线通信发展的关键因素。可见光通信（Visible Light Communications，VLC）凭借高速、安全、无电磁污染和频谱无需授权等优势，成为解决频谱饱和危机的有效技术。近年来关于可见光通信的研究大多集中在可见光信道和光芯片的研究上，未对整体的可见光基站系统进行研究。.本项目的主要目的是通过数字信号处理方法弥补功能器件的不足，争取用较低的成本搭建可靠的网络。基于FoV预编码技术的必要性，设计了一种利用ACO-OFDM调制的可见光通信基站系统。针对室内VLC系统接收平面光功率与光照度分布不均匀的问题，提出一种基于区域划分的新型LED阵列布局方式。针对电网中高压输电线路的巡检问题，本项目通过传统的非成像定位方法，利用点对多点（单光源多接收机）的可见光通信，基于接收功率提出光源定位算法。为提高计算速率实现实时定位，本项目利用泰勒公式和偏微分并引入时间变量，对定位算法线性化并提出线性迭代定位算法。此外，针对信道模型中噪声对定位精度的影响，本项目利用卡尔曼滤波器进行在线去噪和实时定位，实现光源定位算法的优化。.本报告首先对可见光通信技术的现状和未来的发展进行了介绍，并对可见光通信技术的优缺点和适用领域进行了分析。接下来对可见光通信基站系统中关键技术做了介绍，针对ACO-OFDM提出一种改进的时间抽取基2蝶形运算算法，并根据这种算法设计出一款高效的傅里叶变换（FFT）模块。然后对室内可见光通信调制技术与功率分布优化算法进行研究，解决了室内VLC系统接收平面光功率与光照度分布不均匀的问题。接着根据接收功率实现了可见光通信系统的定位研究，并且通过实验仿真获得了不同位置的定位效果，结果表明，本项目提出的算法定位精度高、计算量小且实时性好，测量误差可以控制在6cm范围之内。