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基于IM/DD的无线光通信网络容量域研究

批准号:
62101192
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李龙光
依托单位:
学科分类:
信息论
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李龙光

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
无线光通信网络普遍以光强度为信息载体,采用强度调制/直接检测(Intensity Modulation and Direct Detection, IM/DD)的传输方式。这导致无线光通信网络的信号和信道模型与传统无线通信网络有重要的区别,无线通信网络中的经典理论结果与分析设计方法无法直接适用于无线光通信网络。鉴于此,本项目拟从网络信息论角度,开展针对基于IM/DD的无线光通信网络的理论研究。通过建立合理的网络信道模型,提出新型的容量域分析方法,刻画容量域的一般性内界与外界。基于所求容量域结果,分析在高信噪比和低信噪比条件下的渐近信道容量域,描述与容量域边界对应的输入概率分布的相关特性,分析正交频分多址、非正交多址等不同通信模式下网络实际可达速率域。项目选题取自无线光通信网络的基础性问题,有望得到兼具理论意义和实用价值的成果,为无线光通信网络系统设计提供理论依据与参考。
英文摘要
Wireless optical communication networks generally modulate optical light intensity to carry information, and convey information by intensity modulation and Direct Detection (IM/DD). This leads to significant differences between the signal and channel model of optical wireless communication networks and traditional wireless communication networks. The classical theoretical results and analysis methods in wireless communication networks cannot be directly applied to the wireless optical communication network. In view of this, this project aims to carry out theoretical research on typical wireless optical communication networks based on IM/DD from the perspective of network information theory. By precisely establishing network channel model, we propose new methods to analyze capacity region, and describe general inner and outer bounds of the capacity domain region. Based on the results of capacity region, we further analyze the exact asymptotic capacity region in both high signal-to-noise ratio (SNR) and low SNR regimes, describe the relevant characteristics of the input distribution corresponding to the boundary of the capacity region, and describe the achievable rate region of different communication modes such as non-orthogonal multiple access, and orthogonal frequency division multiple access. The topic of the project is selected from the basic issues of optical wireless communication networks, and its expected results can provide theoretical foundation and support for optical wireless communication networks.
无线光通信拥有丰富的频谱资源,已成为解决现有无线通信网络频谱危机的一种潜在关键技术,有望在新一代通信网络中获得重要应用。无线光通信系统普遍以光强度为信息载体,采用强度调制/直接检测(Intensity Modulation and Direct Detection, IM/DD)的传输策略。这导致无线光通信信道模型与传统射频通信有重要区别,经典射频通信理论结果无法直接应用于无线光通信。目前对无线光通信的研究多仍处在借鉴或者修正射频通信相关理论的阶段,但由于其相应的信息传输理论基础不够完善,所得的应用研究结果意义比较有限。. 为解决上述问题,本研究基于信息论视角,聚焦无线光通信信息传输方面的相关基础理论问题。首先以无线光点对点信道为基础,通过建立合理的信道模型,提出新型理论分析工具,精确刻画了该类信道的信道容量,并进一步描述了该类信道的最优信令设计方法。基于上述理论,该项目重点关注了无线光多用户信道,通过提出新型随机变量分解方法,有效刻画了多址接入信道、广播信道、中继信道和窃听信道等多用户网络信道的容量域。同时描述了信道容量域边界点时用户的输入概率分布,并分析网络常用的通信模式所能达到的速率域。本项目所得研究成果兼具理论意义和实用价值,可为无线光通信网络设计提供理论依据与参考。
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