室内无线光通信中波束选择方案的研究

论文摘要

20 世纪 90 年代,由于办公室自动化、家庭电器化和宽频带通信的迫切需要,室内无线光通信开始得到了极大的关注。室内光传输的链路结构主要分为漫射型和点对点型两类,漫射方式使用方便但是功率利用率低,而点对点方式多路失真小但要对方向性要求高。因此,链路改进技术的研究对改善红外通信系统性能具有十分重要的意义。2002 年 A. H. Khanshan提出了路径选择方案,进一步提高了室内红外通信系统的传输性能。本文在前人工作基础之上,针对最优路径选择的实现方法进行了研究。 本文提出了一种最优路径选择的实现方案。该方案应用了码分多址的思想,采用光正交码(OOC)作为发射器的标识码,根据接收器相关值选择最佳发射器波束。给出了系统的链路结构和传输模型,以及波束选择方案的具体工作过程。分析研究了在理想信道和考虑背景光噪声的多径信道两种情况下,采用波束选择后整个系统性能的改善,与准漫射系统性能做了比较,并用 MATLAB 进行了数值仿真。 用角度分集接收机代替广角接收机可以有效提高室内漫射红外系统的性能,因此本文又进一步对发射波束选择方案进行了改进,在发射端和接收端同时采用多个元件,收发双方共同实现波束选择。在考虑了荧光灯产生的散粒噪声情况下,与单纯发端波束选择系统性能以及采用角度分集接收的准漫射系统性能进行了比较,结果表明改进后的波束选择系统具有更好的抗噪声性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 综述
• 1.1 引言
• 1.1.1 红外光通信技术发展史
• 1.1.2 无线电和红外线介质的比较
• 1.2 红外无线通信技术简介
• 1.2.1 通信特点
• 1.2.2 通信协议
• 1.2.3 红外链路的设计
• 1.3 红外无线通信的研究现状及关键问题
• 1.3.1 红外无线通信的研究工作与进展
• 1.3.2 影响红外无线通信系统性能的主要因素
• 1.4 论文的主要工作及结构安排
• 第2章 红外无线数字通信
• 2.1 红外无线通信的 IM/DD 信道模型
• 2.2 红外编码技术
• 2.2.1 OOK 调制
• 2.2.2 PPM 调制
• 2.2.3 副载波调制
• 2.3 多光束发射机和角度分集接收机
• 2.3.1 多光束发射机
• 2.3.2 角度分集接收机
• 2.4 多址技术
• 2.4.1 波分多址（WDMA）
• 2.4.2 空分多址（SDMA）
• 2.4.3 时分多址（TDMA）
• 2.4.4 码分多址（CDMA）
• 2.4.5 载波监听多址接入（CSMA）
• 2.5 本章小结
• 第3章 发端波束选择的室内红外无线通信系统
• 3.1 系统描述
• 3.1.1 链路结构
• 3.1.2 传输模型
• 3.2 波束选择方案
• 3.2.1 方案的工作原理
• 3.2.2 扩频序列的选择
• 3.3 仿真模型
• 3.4 仿真结果
• 3.4.1 接收机最小可探测功率
• 3.4.2 系统所需的发射功率
• 3.4.3 接收机表面辐射照度
• 3.5 本章小结
• 第4章 发端波束选择系统的抗噪声性能分析
• 4.1 系统模型
• 4.1.1 波束选择阶段系统模型
• 4.1.2 通信阶段系统模型
• 4.2 室内光通信的多径脉冲响应
• 4.2.1 LOS 信道脉冲响应
• 4.2.2 多次反射脉冲响应
• 4.3 背景光噪声
• 4.4 仿真分析
• 4.4.1 脉冲延迟展宽
• 4.4.2 信噪比（SNR）
• 4.5 本章小结
• 第5章 收发双端波束选择系统方案及性能分析
• 5.1 系统模型
• 5.1.1 波束选择阶段系统模型
• 5.1.2 通信阶段系统模型
• 5.1.3 接收端探测器排列方案
• 5.2 背景光噪声模型
• 5.3 采用 SB 合成技术的角度分集接收系统
• 5.4 仿真分析
• 5.4.1 仿真模型
• 5.4.2 SNR 性能分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介