基于MC-CDMA的室内可见光通信系统设计与性能分析

In the indoor visible light communication system, the time dispersion of the optical wireless channel setup a major throughput limiting factor for tht systems because of the severe inter-symbol interference at high data rates, and the additive background noise degrades the performance of the system. Code division multiple access (CDMA) is a strong candidate to support multi-users service. A well known modulation technique with an inherent robustness to multipath dispersion is the Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) transmission scheme. Therefore this work proposes for indoor visible light communication system combines OFDM signals with CDMA multi-user capabilities. Firstly, because of the diversity of optical OFDM, we will research the performance comparison between different methods. So, we will propose the excellent combines the CDMA with optical OFDM. Secondly, in the optical MC-CDMA system the time domain signal envelop is utilized to modulate the LED. For this purpose, the signal needs to be real and non-negative. Thus clipping the signal at zero induces the non-linear noise, and we will study the statistic characteristics and analyses the influencing factor of the system. Then the PAPR reduction techniques are used to degrade the clipping nonlinear noise in optical MC-CDMA. Then the quasi-orthogonal complementary sequences are designed based on the orthogonal complementary sequences and quasi-orthogonal sequences. Finally, we will conduct theoretical analyses and simulation experiments to further support our points.

在室内可见光通信中，码间干扰和背景噪声极大地限制了系统的传输速率，降低了系统的性能。CDMA多址接入能力强抗干扰性好，OFDM在抗多径效应引起的码间干扰有固有优势。因此，课题拟引入多载波CDMA技术在室内环境下的LED多用户可见光通信中开展研究。首先针对光OFDM调制方法的多样性，对光OFDM调制方法及性能对比研究，结合扩频序列特性，提出一种光O-OFDM-CDMA系统。在此系统下，对因为要得到正实数序列和非理想LED所引起的非线性削波噪声的统计特性和对系统性能影响进行研究；其次，研究降低峰均比来减小削波噪声和LED非线性失真的方法。在此基础上，基于正交互补序列集与准正交序列构造准正交互补序列集，提高系统接入能力和降低多用户干扰。通过理论分析与仿真对提出方案的可行性和优越性进行论证。

对容量的需求和频谱的短缺已经成为传统无线通信面对的最为棘手的问题。可见光通信（VLC）具有巨大的可自由使用的通信带宽，可作为射频通信的互补技术。但是，VLC面临缺少公认的信道模型、符号间干扰、LED较窄的调制带宽和非线性等问题。项目以提高系统的通信容量和频谱效率为目标，主要研究内容和相关成果如下：.首先，用迭代法计算信道冲激响应，采用离散时间近似，提出建立离散多径信道模型。给出了信道建模时间起点确定方法，定义了系统符号间干扰，得到了冲激响应离散化时间间隔，给出了各路径增益的计算方法。.其次，提出将Chow、Hughes-Hartogs、Fischer自适应比特-功率加载算法应用于光OFDM系统。在保证误码率（BER）性能的条件下，自适应算法比等比特加载方法能节约15%的光功率和30%的电功率，其中Fischer算法最节约功率，而Hughes-Hartogs算法需要的功率最多。.再次，提出将CDMA和DCO-OFDM、ACO-OFDM技术结合，设计可见光通信MC-CDMA系统。在视线传播和屋顶反射（Ceiling-Bounce）信道模型下，采用等增益合并、最大比合并和正交恢复合并时，推导了系统的理论信噪比表达式。分析了由于扩频码的非正交而导致的多用户干扰对DCO-MC-CDMA系统的影响。.然后，以DCO-OFDM和ACO-OFDM作为发射信号，建立了空间复用VLC-MIMO系统。为了保证性能分析和比较的公平性，研究BER随着发送端的电能量与系统AWGN功率谱密度之比之间的关系，这样就可以将不同位置信道的差异引入到了性能分析。结果表明，多径效应对系统的误码率性能影响很大，要达到同样的误码率性能，就需要更大的信噪比。.最后，设计了NOMA-DCO-OFDM系统，分析了PD视场角（FOV）、LED半功率角和功率分配衰减系数对系统和速率的影响。结果表明，可以通过优化这些系统参数提高系统容量。