光无线室内数字通信的研究

论文摘要

光无线室内数字通信系统的设计取决于许多因素,信道特征的研究与利用是非常重要的方面。本文围绕室内光无线通信信道的有关问题与家庭网络应用开展了初步研究,在信道特性的细化分析、信道均衡方式、信道估计等问题的研究中做了深入细致的工作。提出了一种新的WOC信道瞬态特性分析模型,该模型基于改进的Lambertian定律,对各级次的漫射效应进行归类,可以很直观的对冲激响应进行分析;发现了室内光无线通信移动情况下的时延扩散存在一个最大值的规律。对成像与非成像LOS、DIFF信道的特性进行分析研究;分析了移动情况下的信道瞬态特性变化规律。基于WOC通信中断概率的概念,由稳态分析的角度对WOC信道的旋转、阴影效应进行了分析。利用建立的旋转,阴影效应等分析模型,对不同中断概率下的系统功率储备进行比较,获得抗功率衰减的发射功率预算设定范围是15~37dB。计算表明,设定30dB的发射功率预算的通信中断率小于0.01。研究了自适应WOC信道均衡方法,把Viterbi算法应用于均衡判决,可以提高系统的均衡能力;针对WOC室内通信线性均衡的步进系数应小于0.06,才能保证均衡收敛。通过通信系统一般特性的研究,获得了带限信道的频率特性的改善方法;并进行了针对室内WOC信道的均衡参数的比较研究。首次研究了WOC信道估计,利用二阶统计量进行了WOC信道估计模拟研究,并对估计结果进行了合理的理论分析。计算机模拟实验证明提出的WOC信道估计模型,可以很好的完成对WOC信道的估计。讨论了室内光无线通信的接收方案,分析WOC的的非相干与相干接收性能。建立了光无线通信接收电路噪声模型,详细研究了WOC大探测器面积引起的大探测器电容对高速光无线接入系统性能的影响;研究表明当配以电容值小的高速光探测器将可以获得噪声性能好、带宽为GHz级的WOC高速接收系统。通过对家庭网络数据总线与网关的讨论,给出了一种家庭网络构型,其中包括基于无线接入控制的实现部分。为获得可适应性调节的家庭网络协议模型与结构,我们先阐述了对传感节点数据处理的要求与面向对象的设计;然后给出了家庭网关RGW结构与带标志位帧结构、节点与网关关联的适应性调节的实现原理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 光无线通信的关键技术
• 1.2 光无线通信的研究现状
• 1.3 家庭网络与研究简述
• 1.4 本论文研究内容及创新之处
• 2 光无线通信信道稳态特征研究
• 2.1 WOC 信道构型
• 2.2 LOS 信道稳态特性分析
• 2.3 DIFF 信道稳态特性分析
• 2.4 WOC 移动、阴影、旋转效应的影响分析
• 2.5 小结
• 3 光无线通信信道的瞬态特性分析
• 3.1 WOC 的光线跟踪模型
• 3.2 WOC 漫射辐射计算模型
• 3.3 室内光无线多径信道瞬态特性仿真
• 3.4 小结
• 4 WOC 信道的自适应均衡
• 4.1 WOC 信道的带限特性
• 4.2 离散化的WOC 信道模型
• 4.3 WOC 信道自适应均衡
• 4.4 软判决自适应均衡器
• 4.5 WOC 信道均衡的结果分析
• 4.6 小结
• 5 WOC 信道的盲辨识与估计
• 5.1 信道响应的最佳估计
• 5.2 预测误差方法（PEM）
• 5.3 基于SOS 方法的信道定征
• 5.4 WOC 信道辨识数值仿真
• 5.5 小结
• 6 WOC 系统的接收及放大电路分析
• 6.1 IM／DD 强度调制直接检测
• 6.2 WOC 的非相干与相干接收
• 6.3 WOC 接收电路系统性能分析
• 6.4 小结
• 7 基于WOC 的数字家庭网络的设计与试验研究
• 7.1 数字家庭及其业务分析
• 7.2 数字家庭传感元素与对象建模
• 7.3 数字家庭通信元素
• 7.4 数字家庭数据元素
• 7.5 家庭网络实验系统的构建
• 7.6 小结
• 8 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录