多用户MIMO可见光通信传输技术研究文献综述

文献综述（或调研报告）

A.可见光通信

自1999年香港大学的Grantham Pang教授等人提出利用可见光进行数据传输的构想后 ，该领域的研究引起了世界各国学者的广泛兴趣。日本 Keio 大学的中川实验室分别在室内通信系统和智能交通等系统中利用可见光进行数据通信，并成立可见光通信协会以致力于发展该项技术。然而可见光通信技术在传输速率的提升、上行链路及标准化等方面仍面临诸多调制，近年来全球学者围绕这些挑战所做的相关研究工作包括：

（1）传输速率的提升：

由于 LED 的调制带宽一般为几 MHz，很大程度上限制了可见光通信系统的传输速率。 通过在光接收机部分使用蓝光滤波器是一种简单有效的减轻 LED 低调制带宽的方法。该方法会削弱一部分接收光功率，能够在一定程度上提高信息的传输速率。此外，可以通过发射端或接收端的均衡技术以提高系统响应度，或者考虑到 VLC 系统的高信噪比的特性，使用高带宽利用率的调制方式也能够有效提升系统速率。

（a）发射端及接收端均衡：

英国牛津大学的 Dominic Orsquo;Brien 研究组对可见光通信中的发送和接收端均衡技术做了较为细致的研究。Hoa Le Minh 等在发送端采用多谐振均衡技术，使得 16 个 LED 阵列在没有进行蓝光滤波的情况下，以不归零开关键控调制方式（NRZ On-Off Keying, NRZ OOK）实现了 25 MHz 的调制带宽，传输速率可达 40 Mb/s。然而对于发送端均衡而言，通常需对 LED的驱动电路进行调整，而这样会降低 LED 的能量利用效率，增加系统的代价。Lubin Zeng 等则利用接收机均衡技术有效提升了系统传输速率，仿真结果表明：在同样的误码率性能下（10 -6 ），系统传输速率可有 16 Mb/s 提升至 32 Mb/s 。Hoa Le Minh 等人在光接收端前置蓝光滤波片，仅接收白光 LED 发出灯光中的蓝光部分，通过一阶模拟均衡器使得 LED 调制带宽达到 50 MHz（提升了约 25 倍），相关实验结果表明：在 100 Mb/s 的传输速率下，系统可以达到较佳的误码率性能 。

（b）复杂调制解调方式：

由于 LED 可见光信道是一种低带宽、高 SNR 信道，高带宽利用率的多阶调制方式是一种提高可见光通信系统传输速率的理想方案。德国海因里希-赫兹研究所的 J. Vučić 等基于离散多音调制（Discrete Multi-Tone Modulation, DMT），利用商用的高功率白光 LED 实现了 513Mb/s 的点对点传输速率，未编码的数据在光照度为~1000 lx 时的误码率性能低于 2乘以10的负三次方 。此外，还分析了限制系统速率的因素，并探讨了可能的解决方案 。韩国庆熙大学的 Xiaoxue Ma等人则分析了开关键控调制（On-Off Keying, OOK）、相位键控调制（Pulse Position modulation,PPM）、脉冲重叠相位键控调制（Overlapping PPM, OPPM）及反相相位键控调制（Inverted PPM,I-PPM）四种不同调制方式对可见光通信系统的照度及误码率性能的影响，并应用网格编码调制（Trellis-Coded Modulation, TCM）技术以提升系统的误码率性能，分析结果表明TCM-8OPPM 相较于其它几种调制方式而言，能够取得最佳的系统性能 。

2012 年，台湾交通大学的 Fang-Ming Wu 等人基于抑制载波幅度和相位（Carrier-lessAmplitude and Phase, CAP）调制方式，采用蓝光滤波、预补偿及判决反馈均衡等技术来补偿白光 LED 的频率响应，实现了 1.1 Gb/s 的信息传输速率 。