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刘建开,岳殿武,赵正铎. 基于角度分集接收机的多小区多用户MIMO-VLC系统[J]. 光通信技术,2019,43(11):37-42.

基于角度分集接收机的多小区多用户MIMO-VLC系统

刘建开,岳殿武*,赵正铎

(大连海事大学 信息科学技术学院,辽宁 大连 116026)

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摘要:小区间干扰严重影响了多小区系统的性能,为了降低小区间干扰的影响,研究了多小区多用户多输入多输出可见光通信(MIMO-VLC)系统的性能,使用基于孔的角度分集接收机作为接收设备,通过选择合适的LED配置,对干扰区进行了优化,并讨论了2种多小区实现方案:第一种是动态小区划分;第二种是光电探测器选择(PDS)消除小区间干扰。仿真结果表明:当小区中有用户处于干扰区时,对于这个小区中的用户,动态小区划分方法的误码率(BER)性能更优,但这个小区中用户的位置会对其它小区中用户的性能产生影响,并且其计算复杂度较高;对于PDS消除小区间干扰方法,一个小区中用户的BER性能不受其它小区用户位置的影响,其计算复杂度较低;当用户都处于非干扰区时,这2种方法的BER性能相同。

关键词:可见光通信;多小区;多输入多输出;角度分集

中图分类号:TN929.12 文献标志码:文章编号:1002-5561(2019)11-0037-06

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.11.010

0 引言
  为了满足即将到来的基于5G的通信系统对频谱不断增长的需求,人们正在探索其它频段上的高速数据传输,其中一个频段是可见光频谱[1]。可见光通信(VLC)根据发送的比特调制房间中LED的发光强度,实现照明和数据传输的双重目标[2]。VLC系统具有价格低廉、能耗低、安全和无电磁干扰等优点,但由于LED的调制带宽有限,面临着低数据速率传输的问题。为了提高传输速率,可以将多输入多输出(MIMO)技术应用于VLC系统[3]。由于强度调制/直接检测(IM/DD)信道的特性,MIMO技术的应用也面临着一定的挑战:因为IM/DD信道不提供丰富的散射环境,导致信道矩阵是病态或几乎奇异的。文献[4]使用成像接收机,并通过光电探测器选择(PDS)降低了同一用户不同光电探测器(PD)以及不同用户间的信道相关性。但是,许多VLC应用都需要非常小的接收设备,接收机必须能够在紧凑的结构下提供条件良好的信道矩阵[5]。由于成像接收机体积大,很难做到集成,且其成本较高,因而不是一个好的选择[6]。文献[6]在单用户MIMO系统下,提出了基于孔的角度分集接收机,这种接收机能够在紧凑的结构下提供良好的性能,因而值得进一步发展。另一方面,LED的光束角度有限,一个LED阵列只能覆盖一定的区域。因此,使用大量的LED阵列,可以形成类似移动蜂窝网络的多小区VLC配置[7]。在这样的多小区VLC系统中,一个用户可能会受到小区间干扰和小区内部干扰。为了保证用户正常通信,需要减弱甚至消除这些干扰的影响。块对角化(BD)预编码能够有效地消除小区内部干扰[8]。文献[9]研究了基于迫零(ZF)预编码的多小区多用户多输入单输出(MISO)系统的性能,通过多种小区协作策略,来提高系统的可达容量。
本文研究多小区多用户MIMO-VLC系统的性能。使用基于孔的角度分集接收机作为接收设备,讨论2种多小区实现方案。

5 结束语
   本文将基于孔的角度分集接收机应用于多小区多用户MIMO-VLC系统,为了降低小区间干扰的影响,通过改变LED的配置,优化了干扰区面积。在此基础上,研究了2种多用户小区实现方案。仿真结果表明:这2种方案都能够有效地降低小区间干扰的影响。当小区中有用户处于干扰区时,相比于PDS消除小区间干扰的方法,动态小区划分方法的 BER性能更优,但是这个小区中用户的位置会对其它小区用户性能产生影响。对于PDS消除小区间干扰的方法,一个小区中用户的BER性能不受其它小区用户位置的影响,并且其计算复杂度较低。当用户都处于非干扰区时,2种方法的BER性能相同。