摘要
随着无线技术在各行业的广泛应用与不断发展，频谱资源匮乏已经成为了无线通讯技术发展的主要障碍。可见光通信(VisibleLightCommunication，VLC)以其通照一体、无电磁干扰、绿色环保等优势，为通信与感知带来了无限的潜力。针对可见光通信调制带宽受限、传输速率提升有限等问题，非正交多址接入技术(Non-OrthogonalMultipleAccess，NOMA)是一种有效的解决手段，其中稀疏码多址接入技术(SparseCodeMultipleAccess，SCMA)作为码域NOMA已得到广泛运用。目前，已有研究将SCMA应用在可见光通信场景中，并有效提高了VLC系统的传输速率和系统容量。但SCMA-VLC系统存在明显的高峰均比问题；同时，在为更多用户提供服务时，现有的小码本及过高的接收端检测复杂度限制了系统的实际运用。因此，本文针对SCMA-VLC系统，进行了低峰均比、高过载率的码本设计和低复杂度的多用户检测算法研究。本文主要研究工作如下： 在发射端，本文针对可见光通信设备要求系统峰值平均功率比(PeaktoAveragePowerRatio，PAPR)较小的设计需要以及解决多用户接入的问题，分别在实数域和复数域下进行了码本设计方案的研究。具体而言，复数域下，在Star-QAM码本设计和功率不平衡码本设计方法引导下，提出了联合串行干扰消除(SuccessiveInterferenceCancellation，SIC)的最小误码率码本设计方案和基于概率成型的叠加码本设计方案。仿真对比了这两种方案设计的码本与传统码本的PAPR、最小欧氏距离、误码性能、设计复杂度、检测复杂度等性能指标方面的差异。仿真结果表明，这两种方案设计的码本都具有较低的峰均比和设计复杂度，并且在过载率更高的系统中表现出更好的误码性能。实数域下，本文推导了信号相关噪声下的系统互信息下界表达式，并提出了基于互信息的实数域码本设计方法。仿真结果表明，相较于已有的实数码本，该码本具有更好的误码性能。 在接收端，本文针对消息传递算法(MessagePassingAlgorithms，MPA)的计算复杂度随用户数和码本大小的增加呈指数增长的问题，并应对不同的系统检测需求，分别设计了三种低复杂度的多用户检测算法。在移动端资源受限的情况下，提出了快速译码检测算法和K-means并行译码检测算法；在系统用户随机接入的情况下，提出了压缩感知辅助的多用户检测算法。仿真结果表明，与MAX-LOG-MPA算法相比，这三种算法都可以在保证误码率性能的前提下，有效地减少运算的复杂度。其中，快速译码检测算法的运算复杂度最低，压缩感知辅助的多用户检测算法在系统用户随机接入时误码性能表现较好。
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