上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
为了消除可见光通信系统中多小区和多用户信号干扰，提出一种基于正交频分多址(OFDMA)的多小区协作可见光通信系统二维功率分配算法。首先，根据信道情况，采用OFDMA多小区协作资源分配算法给信道情况差的用户分配更高的功率；然后，根据信道信息求解共照区域用户多个协作发光二极管(LED)的发送功率比，得到最优的目标叠加星座。仿真结果表明：与平均功率分配算法相比，一维功率分配算法误码率性能平均提升了16%；与一维功率分配算法相比，二维功率分配算法误码率性能平均提升了10%。
可见光通信 协作资源分配 功率分配 多小区 多用户 正交频分多址 visible light communication, coordinated resource
上海理工大学 医用光学技术与仪器教育部重点实验室, 上海 200093
针对可见光通信(VLC)链路的数据传输安全性不高的问题。在正交频分复用(OFDM)VLC系统中, 提出一种比特级、符号级和相位联合加密的三级物理层加密方案。首先, 引入Logistic映射的混沌序列加密方法降低加密数据的相关性, 提高加密数据的安全性和系统的传输性能; 然后, 提出基于S替换表的星座映射, 根据不同的S替换表生成对应的星座映射关系, 使得原始二进制比特数据和加密后生成的数字调制信号之间始终保持格雷映射的特性, 保证格雷增益。仿真结果表明: 相比现有的方案, 提出的物理层加密方案不仅具有更高的安全性, 还降低了OFDM VLC系统发送数据的峰均功率比, 缓解了发光二极管(LED)发射端产生的非线性失真, 提升了系统的误码率性能。
可见光通信 光正交频分复用 物理层安全 比特级加密 星座替换 visible light communication optical orthogonal frequency division multiplexing physical layer security bit-level encryption constellation replacement
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
概率整形技术通过改变发送信源的概率分布, 可进一步提高可见光通信系统的信道容量。提出一种新的概率整形算法, 首先引入正交频分复用调制建立可见光通信模型, 然后通过理论推导出星座点误符号率, 并根据不同星座点的理论误符号率来生成发送端信源的概率分布。仿真结果表明: 该算法生成的信源不仅能更好地适应当前信道状况, 还避免了多次发送训练求取接收端误符号率的过程; 与现有的概率整形算法相比, 所提算法可以获得更高的信息传输速率。
可见光通信 概率整形 误符号率 正交频分复用调制 visible light communication probabilistic shaping symbol error rate orthogonal frequency division multiplexing modulat
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
针对室内可见光通信(VLC)系统中存在小区间干扰的问题, 提出一种联合光源布局的多小区协作多输入多输出(MIMO)正交频分多址(OFDMA)VLC系统资源分配算法。首先, 在不影响照明的前提下, 通过优化光源布局, 将小区干扰限制在2个LED覆盖范围内；然后, 引入协作MIMO技术, 以用户公平性为优化目标；最后, 对基于空分复用(SMP)和重复编码(RC)这2种协作模式的MIMO OFDMA VLC系统资源分配性能进行仿真。仿真结果表明: 2种协作模式的MIMO OFDMA VLC系统的性能均优于单输入单输出(SISO)OFDMA VLC系统。基于RC模式的VLC系统对信道相关性鲁棒, 其传输速率约为SISO OFDMA VLC系统的1.2倍。当信道矩阵条件数低于6时, 基于SMP模式的VLC系统因获得较大的复用增益性能更优；当信道矩阵条件数等于2时, 其VLC系统数据传输速率约为SISO OFDMA VLC系统的1.32倍。
可见光通信 多小区协作 多输入多输出 正交频分多址 资源分配 visible light communication, multi-cell collaborat
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
为提高通信可靠性, 提出一种基于预编码的STBC MIMO可见光通信方案。采用STBC的MIMO技术, 其性能不受信道相关性影响, 因此更适合于高相关性的MIMO可见光信道。在此基础上, 对STBC MIMO系统进行预编码, 以在不改变发射功率的条件下实现系统误码率的最小化; 同时, 码本的设计能大幅度降低接收端到发送端的反馈。仿真中, 以经典的Alamouti方案为例进行预编码, 在发送功率及码率相同的情况下, 与未经过预编码的Alamouti方案相比, 系统误码率性能得到大幅度提升; 与编码码率1/2的四天线STBC方案相比, 在误码率性能相当的情况下, 传输速率是其两倍。
预编码 可见光通信 precoding visible light communication MIMO MIMO STBC STBC
1 上海理工大学 1. 光电信息与计算机工程学院
2 2. 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
多输入多输出(MIMO)技术是室内可见光通信发展的一个重要方向, 信道相关性是影响其性能的一个重要因素。为此, 研究了影响MIMO信道相关性的主要因素。首先, 根据朗伯辐射模型, 从理论上建立了MIMO信道模型并推导了MIMO信道相关性与空间距离参数的关系; 在此基础上, 建立了实验验证平台, 通过实验验证了理论结果。理论及实验结果都表明: MIMO信道相关性随着发光二极管(LED)距离的增大而增大; 随着光电探测器(PD)距离的增大而增大; 随着LED平面与PD平面距离的减小而减小。研究结果对于室内可见光MIMO通信中LED及PD的布局有重要的指导意义。
信道相关性 可见光通信 MIMO MIMO channel correlation visible light communication LED LED
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
提出基于空时块码(STBC)调制的自适应多输入多输出正交频分复用（MIMO-OFDM）可见光通信(VLC)系统, 该系统能够克服MIMO信道相关性并实现可靠通信。同时, 引入功率比特分配(PBA)与OFDM相结合, 以适应信道传输条件从而有效提高频谱效率。通过搭建一个2×2的MIMO-OFDM VLC演示系统, 实现了80 cm距离的传输, 实验中测得的误码率始终保持在7%的前向纠错阈值3.8×10-3之下。实验结果表明, STBC MIMO-OFDM系统对MIMO信道相关性鲁棒, 且PBA的应用能够大幅度提高数据速率。
可见光通信 空时块码 多输入多输出正交频分复用 功率和比特分配 visible light communication space-time block coding multiple-input multiple-output orthogonal frequenc power-and-bit allocation 红外与激光工程
2018, 47(2): 0222001
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
为了改善发射源LED工艺水平的制约, 充分利用频谱资源, 提高可见光通信系统传输速率, 提出了一种基于MIMO-OFDM调制的室内可见光自适应传输方案, 系统根据每个子载波上的信噪比和给定的目标BER在发射源和子载波上选择最优的调制阶数, 最大化信道容量。在此基础上, 搭建了实验系统进行验证。实验结果表明, 结合自适应调制的可见光通信(VLC)系统与无自适应调制系统相比具有更高的频带利用率。
无线光通信 可见光通信 自适应调制 wireless optical communication visible light communication MIMO-OFDM MIMO-OFDM adaptive modulation
Author Affiliations
Abstract
Shanghai Key Lab of Modern Optical System, School of Optical-Electrical and Computing Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
We propose and experimentally demonstrate an adaptive multiple-input multiple-output (MIMO) mode switching scheme for an indoor visible light communication system combined with orthogonal frequency division multiplexing modulation. Only requiring 1 bit feedback from the receiver, the MIMO mode at the transmitter switches between spatial multiplexing and transmit diversity adapting to the channel correlation. In such a way, we can take advantage of both spatial multiplexing and transmit diversity, where the spatial multiplexing benefits for its multiplexing gain in the low channel correlation environment, and the transmit diversity is robust to high channel correlation. Experimental results validate the performance improvement over the pure spatial multiplexing or transmit diversity system. With the increasing of the channel correlation, the measured bit error rates of the proposed system are below the 7% pre-forward error correction (pre-FEC) limit of 3.8 × 10 3 when the transmitted data rate is 50 Mb/s, and below the 20% pre-FEC threshold of 5.0 × 10 2 when the transmitted data rate is raised up to 100 Mb/s.
060.2605 Free-space optical communication Chinese Optics Letters
2017, 15(11): 110604
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200082
针对可见光通信中MIMO系统的信道干扰问题, 采用自适应空间调制技术, 即发送端任一时刻只有一个发光LED处于工作状态来传输数据, 接收端采用最大似然算法恢复原始信号, 同时为优化误码率性能, 加入自适应Fischer算法, 发送端能够根据信道状态信息对各个子载波分配不同的比特, 降低误码率。实验结果表明: 在传输速率和发送功率一定的情况下, 结合Fischer算法的空间调制技术能有效降低系统误码率, 改善可见光通信系统的通信性能。
可见光通信 空间调制 最大似然算法 Fischer算法 visible light communication spatial modulation the maximum likelihood algorithm Fischer algorithm
