奇数阶方形几何整形QAM星座在水下及自由空间可见光通信系统中的性能提升

摘要： 采用发光二极管（LED）作为光源的可见光通信（VLC）已成为水下无线通信领域极具前景的技术方向。然而由于水下环境复杂，加之光传输过程中的散射、吸收和扩散效应，水下VLC系统会面临信噪比低和非线性失真严重的问题。本文提出并实验验证了一种基于新型方形几何整形（SGS）奇数阶正交幅度调制（QAM）离散多音（DMT）与无载波幅度相位（CAP）调制的VLC系统。与传统奇数阶QAM星座图（以最小欧氏距离为目标但边缘星座点未采用格雷编码）不同，新SGS星座图在保证各星座点完整格雷编码的同时具有可接受的欧氏距离。因此该星座图能有效提升低信噪比和高非线性场景下的系统性能。数值仿真与实验结果均证实：在基于蓝光LED的水下及自由空间VLC系统中，采用DMT或CAP调制的SGS 32QAM与128QAM星座图能通过抑制非线性效应超越传统QAM星座图。通过运用SGS 128QAM，我们成功实现了驱动电压1.1Vpp条件下2.534Gb/s速率的1.2米水下传输。