MIMO可见光传输技术的研究文献综述

 2022-11-01 01:11

文献综述(或调研报告):

1.前言

20世纪90年代后期,随着全光接入技术的发展和人们对高速无线宽带通信的要求,一种信息容量大和部署灵活、维护方便、安全保密的无线光通信技术,得到了人们的极大关注,它为无线宽带接入的快速部署提供一种灵活的解决方案,其应用范围已从军用和航天领域迈入民用领域。 近几年来,被誉为“绿色照明”的半导体照明技术发展迅猛,利用半导体器件高速点灭的发光响应特性,将信号调制到可见光上进行传输,使可见光通信与照明相结合构建出照明和通信两用基站灯,可为光通信提供一种全新的宽带接入方式[1][2][3]

无线光通信有室内和室外之分。高亮度的白光LED已经被应用于很多场合,不久的将来,VCL作为光接入的方式将取代传统的电接入的方式,应用与千家万户中,最为全新的接入网方式为用户提供绿色环保的上网环境,作为一种开放式的接入方式,使得用户在室内任何地点、任何时间都可以快捷的登入因特网,并且用户之间不受干扰。[6]此外,与传统的射频技术相比,应用 LED 技术的空间光通信系统有很宽的使用带宽,与红外通信相比,LED可见光通信技术依然有着无可比拟的优势。所以白光LED可见光通信有着很好的使用价值和研究潜力。[4][5][7][8]

2.可见光传输技术研究现状

可见光通信的研究最早在日本开展。早在2000年,中川研究室的等人就对基于白光的可见光通信信道进行了初步的数学分析和仿真计算,分析了白光作为室内照明和通信光源的可能性。2002年,中川研究室的研究人员又对可见光通信系统展开了具体的分析,包括光源属性、信道模型、噪声模型、室内不同位置的信噪比分布等。2003年,在中川正雄的倡导下,日本可见光通信联合体成立,并吸引了一大批研究单位及企业参与,包括NEC、Sony、Toshiba、等。VLCC关于可见光通信的研究范围比较宽广,根据具体的应用场景可分为室内移动通信、可见光定位、可见光无线局域网接入、交通信号灯通信、水下可见光通信等.[11]

欧洲的OMEGA计划也对可见光通信展开了深入的研究。OMEGA计划由欧洲的20多家大学科研单位和企业组成,它的目标是发展出一种全新的能够提供宽带和高速服务的室内接入网路。[12]2009年,牛津大学的lsquo;Brien等人利用均衡技术实现了100Mbit/s的通信速率;2010年,他们又利用多输入多输出和正交频分复用技术(OFDM)技术,实现了220Mbit/s的传输速率.2010年在OMEGA计划的年会上展出的室内可将光通信演示系统的通信速率达到了100Mbit/s,该系统利用房间天花板上的16个白光LED通信,完成了4路高清视频的实时广播。在2010年1月,德国Heinrich Hertz实验室的科研人员创造了可见光通信速率的世界纪录,他们利用普通商用的荧光白光LED搭建的可见光通信系统达到了513 Mbit/s的通信速率,并且他们通过分析认为该系统的通信速率还有提升的空间,可达到甚至1000Mbit/s。2011年,实验室的科研人员又利用色光三原色(RGB)型白光LED以及密集波分复用(WDM)技术实现了的通信速率。

3.MIMO技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线,使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收,从而改善通信质量。它能充分利用空间资源,通过多个天线实现多发多收,在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下,可以成倍的提高系统信道容量,显示出明显的优势。

一个无线通信系统只要其发射端和接收端同时都采用了多个天线(或者天线阵列),就构成了一个无线MIMO系统。MIMO技术采用空间复用技术对无线信号进行处理后,数据通过多重切割之后转换成多个平行的数据子流,数据子流经过多副天线同步传输,在空中产生独立的并行信道传送这些信号流;为了避免被切割的信号不一致,在接收端也采用多个天线同时接收,根据时间差的因素将分开的各信号重新组合,还原出原本的数据。使用MIMO技术的好处是,可以通过增大天线的数量来传输信息子流,将多个数据子流同时发送到信道上,各发射信号占用同一频带,从而在不增加频带宽度的情况下增加频谱利用率。[10][11][12]

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