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面向多速率码分多址可见光通信系统的新码集研究.docx
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面向多速率码分多址可见光通信系统的新码集研究.docx
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1 引言
近年来,随着移动互联网和物联网的快速发展,移动用户的业务流量呈爆
炸式增长,这对传统的网络接入技术提出了更高的要求
。可见光通信(
)作为一种新兴的无线光通信(
)技术,将为大密度和高速率的数据交换提供完美的备
选方案
。 以可见光谱作为传输媒介,拥有丰富的频谱资源,且不需要无线
传输许可;其以广泛应用的 (!"")作为光源进行信号发
射,能有效结合节能照明和高速通信的双重功能,应用场景广泛。 无电磁
辐射,绿色环保,安全性好,并且能够支持高保密通信
#
$
%
。目前,关于
的研究大多集中在利用均衡、调制、复用等技术实现点对点系统的传输速率提
升
&
'
(
,而对于多用户接入问题的研究较少,这就在一定程度上限制了 的
应用空间和发展进程。现有的多址接入方式主要包括码分多址( )*"
" ) 、 时 分 多 址 ( + )* "
)、波分多址( )*" )、空分
多址(, )*" ) 、 正 交频分多 址 ( - )*
./0" )和非正交多址(1)*!
)技术,相应的多用户系统的研究目标主要是减小
多址干扰()*2.)和扩大通信容量
3
。
然而,随着大规模异构设备的采用及节能的考虑,多样化的流量需求普遍
存在于多用户系统中
,这为 的接入提出了更高的要求。文献#
提出了
一种新型多速率 接入系统,该系统针对高速信号和低速信号分别采用光电
探测器和图像传感器进行接收。文献$
采用开关键控(4!..50)
和非对称性限幅光正交频分复用(*!- )00"
!./0"6 )的混合调制方法,实现了高7低
速信号的同时传输。 )*技术同样可以实现多用户系统的多速率传输,但是
引入不同颜色的滤光片会增加系统的复杂性,并无法完全避免通道串扰
%
&
。引
入 正 交 可 变 扩 频 因 子 ( ,- " . ) 的
)* 方案同样适用于解决多用户 系统中的多速率接入问题
'
(
。然而,
由于 的光强度调制的特点,传统射频中的双极性编码方案无法直接被采用
3
。文献
!
构造了一种适用于 系统的单极性零互相关(89
!)码集,良好的相关特性有效提升了 )* 系统性能,但这
种码集不能支持多速率通信。文献
提出了一种改进的单极性 ,- 码集,实
现了 系统的光码分多址和高低速复用,但是,该改进编码方案破坏了原始
扩频序列的正交性,导致更多信道间干扰的引入。
本文针对 信号光传输和多址接入系统中用户多速率通信的实际需求,
构 造 了 一 种 新 的 同 时 具 有 单 极 性 、 可 变 码 长 和 零 互 相 关 特 征 的 ,-!
8 (".9 )码集,
将所构造的码集应用于多速率 )*! 系统,并针对不同码集构造参数、传
输速率、传输距离等参数对系统性能的影响做了实验仿真和分析。结果表明,
所构造的码集能够有效提升多速率 )* 系统的性能,具有一定的应用前
景。
2 OVSF-ZCC 码集的构造
:相关定义
假设 个长度为 的序列分别为 6;666
和 6<;6<6<6<=,它们的周期互相关函数(>-
"!.!)
为
?66<@AB;C;66<
@DAB"∀AE3 @B
其中,A 表示 个序列之间的相对位移, 表示相应序列的第 位。当 ;< 时,
式@B表示周期自相关函数(>*-"!.)。
8 码 集
(
)
F;G6HI;4I
(6<G3HJ<J) 的相关特性应满足式@B所示条件。
!
?66<@AB;G;<A;33K<A;3 @B
其中, 表示序列权重,即序列中“L的个数;4 和 分别表示码集中的序
列个数和序列长度。
:构造方法
步骤 本文首先通过级联阶数为 4 的初始单位矩阵 "#25,构造一个序列数为
4 、 码 长 为 、 权 重 为 的 8 码 集 $ %#
#%# M4;G5HI5;4@5G3HJJ4B=,如式 @B 所
示。
$ "&"&&" 'N4;24O24O
O24︸ @B
很容易证明,该码集是一个 8 码集。
步骤 选用任意 8 码集作为初始码集,构造包含可变扩频因子的 ,-!
8 码集。 利用长度
9
;4 的零 矩阵 () 和序 列 %#5 级 联生 成新 的序 列
%#5 为
%#%#&(&(&&()#*
+5;5O)O)OO)︸,@5PB @#B
其中,,@,EB为可变速率因子。本文将 %#5 分配给系统中不同速率的
用户,第 个用户所采用的扩频码为 ,-%#;5。此时,系统最多支持
1;4个用户和 ;4 种用户速率,用户之间的速率比为
&)&)&&*) .OD,OD,OOD@4PB,
@$B
此外,本文定义用户最高速率和最低速率的比值 Q
=;D@4!B, 为系统速率
最大差异比。例 给出了用户数和单位矩阵阶数相等时 8 码集的构造方法。
例 当初始单位矩阵阶数 4;、码集权重 ; 时,所构造的初始 8 码集
可以表示为
$'"'/01234 5M;2;333333
@%B
当可变速率因子 ,; 时,根据步骤 得到的不同用户所采用的 ,-!8
序列为
67899,%::::,%::::::::::,'%'
:::::::::::::::: ;G;;==3==3;;3====3==
3==3==3;;3==3====3==3==3==3==3==3 @&B
此时, 系统最多支持的用户数 为 ,速率种类 为 ,不同的速率 比值为
%OO,速率最大差异比为 。
步骤 为了扩大系统所能容纳的用户数,需要对 %##5@J5J4B进
行 ,@5PB次移位,得到 4 个新的扩展矩阵 $#M5,如式@'B所示。
$#6789999999999999999999999%#<=>999999
9999999999999999
#/01111111111%#(??((@@@@%#@
@@@((??(%#234444444444#A)#BCD EM5;G5HI
;5;5)))@@@??@5@??@@@)))55R,59
@'B
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