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可见光通信系统中的空间无载波幅度和相位调制技术

DOI：10.1109/JSYST.2018.2890035 期刊：IEEE Systems Journal 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 07:52:07
摘要： 本文提出了一种空间无载波幅度和相位调制（S-CAP）技术，作为提升传统CAP方案频谱效率的物理层解决方案，同时保持其低复杂度的收发器设计。该技术针对采用可见光通信技术的系统进行了研究与验证。通过理论推导并仿真验证了视距传播（LOS）环境下用户设备空间比特与信号比特联合检测的解析表达式，同时分析了多径传播和用户移动性对所提S-CAP误码率（BER）性能的影响。研究发现：LOS场景下S-CAP的BER性能由最小信道增益hmin、信号星座点及信道增益差异Δ|h|共同决定。随后引入功率因子不平衡（PFI）和多光电探测器（PDs）来提升性能并抑制信道损伤，其中PFI和PDs在LOS场景中分别实现了33.5dB和43dB的信噪比增益。该方案是CAP技术在多输入多输出系统中的创新实现，展现出作为可见光通信技术适用物理层解决方案的潜力。
作者： Kabiru O. Akande，Wasiu O. Popoola
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

开发一种空间无载波幅度和相位调制（S-CAP）技术，作为物理层解决方案，在保持可见光通信系统收发器设计低复杂度的同时，提高传统CAP的频谱效率。

研究成果

S-CAP技术相比传统CAP显著提升了logM(MNt)倍的光谱效率，经验证的分析模型与仿真结果高度吻合。其性能受信道增益、星座图点位及延迟扩展影响，但通过PFI和多光电探测器可有效缓解，实现高达43dB的信噪比增益。该方案是可见光通信系统中极具前景的低复杂度解决方案，不过多径效应仍构成挑战。

研究不足

该研究依赖于模拟和解析模型，可能无法完全反映现实世界的复杂性。多径传播效应仅考虑至二阶反射，用户移动性通过改变光电探测器位置进行模拟，这可能无法代表所有实际场景。在多径主导区域，PFI的有效性有限。

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