可見光通信中的天線布局研究.pdf

1、為了提高系統(tǒng)容量，研究人員在可見光通信(VLC)中引入了多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)。但是，MIMO技術(shù)在提高信道容量的同時，也帶來了信道間干擾，使得MIMO VLC系統(tǒng)的性能嚴(yán)重惡化。信道間干擾易受信道傳輸矩陣的影響，而信道傳輸矩陣又與天線參數(shù)密切相關(guān)。因此，本文通過調(diào)整可見光通信中的天線參數(shù)優(yōu)化了MIMO VLC系統(tǒng)的性能。
　　在已有的VLC天線布局研究中，僅考慮了接收端天線在室內(nèi)中心處的情況。但在實際應(yīng)用中，接收端天線可能

2、遍布在房間的各個位置。因此，本文將接收端天線由室內(nèi)中心處拓展到了整個室內(nèi)平面，對比分析了幾種圓形布局和格點(diǎn)型布局在整個室內(nèi)平面上的信道容量分布特點(diǎn)。仿真結(jié)果表明，MIMO VLC系統(tǒng)的信道容量不僅與發(fā)光二極管(LED)之間的間距和光電檢測器(PD)之間的間距有關(guān)，而且與天線擺放的位置有關(guān)。另外，在格點(diǎn)型布局中，信道容量的分布特性還與天線布局有關(guān)，而在圓形布局中與之無關(guān)。
　　同時仿真結(jié)果也表明，室內(nèi)中心處的MIMO信道中存在著較大

3、的信道間干擾。為了減小或消除信道間的串?dāng)_，本文在發(fā)射端引入了兩種功率分配方案。兩種方案均基于保持總發(fā)射功率不變，調(diào)整各個天線之間的功率分配比例的思想。之后將兩種方案分別應(yīng)用于正方形9×9系統(tǒng)和三角形10×10系統(tǒng)，分析了功率分配對系統(tǒng)性能的影響。仿真結(jié)果表明，兩種功率分配方案均能不同程度地抑制系統(tǒng)的性能缺陷。第一種方案能夠減小信道容量曲線的波動程度，但是并不能完全抵制系統(tǒng)的惡化。相比之下，第二種方案優(yōu)化之后的系統(tǒng)，其信道容量曲線更加平滑

4、且系統(tǒng)容量值更大。
　　Monte Carlo方法是一種計算精度非常高的數(shù)值計算方法，但是需要大量的樣本來估計隨機(jī)變量的期望值，因而計算量巨大。針對計算精度和計算量之間矛盾的問題，本文引入了“解析法”來計算信道容量。該方法首先推導(dǎo)了互信息的漸近表達(dá)式，進(jìn)而求解出互信息的最大值，即信道容量。然后為了驗證解析法的可行性，本文利用解析法仿真計算了正方形8×8系統(tǒng)和三角形10×10系統(tǒng)的信道容量曲線并與Monte Carlo法加以比較。仿