一、引言1.1研究背景與意義在信息時(shí)代，通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，深刻地改變著人們的生活和社會的運(yùn)行方式。從早期的有線通信到如今無處不在的無線通信，每一次技術(shù)的突破都帶來了通信效率的大幅提升和應(yīng)用場景的拓展。然而，隨著智能設(shè)備的普及、物聯(lián)網(wǎng)的興起以及高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)等大數(shù)據(jù)量應(yīng)用的爆發(fā)，傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的射頻通信依賴于有限的無線電頻譜資源，而隨著用戶數(shù)量的急劇增加和各類通信需求的不斷涌現(xiàn)，頻譜資源日益緊張，成為限制通信技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。此外，射頻信號在復(fù)雜環(huán)境下容易受到干擾，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降，且存在一定的安全隱患，如信號易被竊聽和篡改。因此，尋找一種能夠突破頻譜限制、提供更高效、更安全通信的新技術(shù)迫在眉睫?？梢姽馔ㄐ牛╒isibleLightCommunication，VLC）作為一種新興的無線通信技術(shù)，應(yīng)運(yùn)而生。它利用可見光波段（380-780nm）的光線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具有諸多獨(dú)特的優(yōu)勢。可見光通信無需申請無線電頻譜資源，擁有極為豐富的頻譜，從根本上解決了頻譜資源緊張的問題。其傳輸速度理論上可達(dá)到數(shù)十Gbps，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)，能夠滿足大數(shù)據(jù)量、高速率的通信需求。由于可見光無法穿透不透明物體，使得通信信號被限制在一定的空間范圍內(nèi)，大大提高了通信的安全性，有效防止信息泄露?？梢姽馔ㄐ胚€具有低功耗、綠色環(huán)保、與現(xiàn)有照明系統(tǒng)兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，在室內(nèi)照明與通信一體化、智能交通、水下通信等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，可見光通信也面臨一些挑戰(zhàn)。其中，發(fā)光二極管（Light-EmittingDiode，LED）的調(diào)制帶寬有限，限制了VLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。為了解決這一問題，非正交多址接入（Non-OrthogonalMultipleAccess，NOMA）技術(shù)和正交頻分復(fù)用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）技術(shù)被引入到可見光通信系統(tǒng)中。NOMA是一種允許多個用戶共享同一時(shí)間和頻率資源的多址接入技術(shù)，通過功率域復(fù)用，不同用戶的信號在功率上進(jìn)行區(qū)分，從而提高系統(tǒng)容量和效率。在VLC系統(tǒng)中，NOMA可以充分利用有限的帶寬資源，支持更多用戶同時(shí)接入，有效提升通信性能，解決帶寬限制問題。OFDM技術(shù)則將高速數(shù)據(jù)流分散成多個低速子流，分別調(diào)制到多個正交的子載波上進(jìn)行傳輸，具有頻譜利用率高、抗頻率選擇性衰落能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在可見光通信中，OFDM技術(shù)能夠有效應(yīng)對多徑傳播等引起的信號衰落和干擾，提高信號傳輸?shù)目煽啃浴OMA與OFDM相結(jié)合，形成的NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)，融合了兩者的優(yōu)勢，為解決可見光通信中的帶寬限制和信號傳輸可靠性問題提供了新的思路和方法。通過合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量、提升通信效率、增強(qiáng)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，滿足未來多樣化、高速化的通信需求。研究NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在理論方面，深入研究該系統(tǒng)的工作原理、信號處理機(jī)制、性能優(yōu)化方法等，有助于豐富和完善可見光通信的理論體系，為后續(xù)的技術(shù)研究和創(chuàng)新提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。在實(shí)際應(yīng)用中，NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)有望在室內(nèi)通信、智能家居、智能交通、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為人們的生活和工作帶來更多便利和創(chuàng)新。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，可見光通信作為一種極具潛力的無線通信技術(shù)，吸引了全球眾多科研人員的關(guān)注，NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)更是成為研究的熱點(diǎn)方向。國內(nèi)外的研究在理論分析、技術(shù)改進(jìn)、系統(tǒng)優(yōu)化以及應(yīng)用拓展等方面都取得了顯著的進(jìn)展。在國外，許多知名科研機(jī)構(gòu)和高校對NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)展開了深入研究。美國的一些研究團(tuán)隊(duì)致力于提升系統(tǒng)的傳輸速率和穩(wěn)定性，通過優(yōu)化NOMA的功率分配算法以及OFDM的子載波分配策略，有效提高了系統(tǒng)的整體性能。例如，[具體團(tuán)隊(duì)名稱]的研究人員提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的功率分配方法，能夠根據(jù)信道狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整功率分配方案，從而顯著提升了系統(tǒng)的容量和可靠性。在歐洲，德國的[研究機(jī)構(gòu)名稱]在室內(nèi)可見光通信場景下，對NOMA-OFDM系統(tǒng)的多用戶干擾抑制進(jìn)行了研究，通過設(shè)計(jì)新型的干擾抵消算法，有效降低了多用戶之間的干擾，提高了系統(tǒng)的頻譜效率。此外，日本的科研人員則專注于開發(fā)適用于NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)的新型光電器件，以提高LED的調(diào)制帶寬和光電檢測器的響應(yīng)速度，進(jìn)而提升系統(tǒng)的通信性能。國內(nèi)在NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)的研究方面也取得了豐碩的成果。眾多高校和科研機(jī)構(gòu)積極投入到該領(lǐng)域的研究中，在理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面都取得了重要突破。一些高校的研究團(tuán)隊(duì)深入研究了NOMA-OFDM系統(tǒng)在復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境下的信道特性，通過建立精確的信道模型，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了理論依據(jù)。例如，[某高校名稱]的研究人員基于實(shí)測數(shù)據(jù)，提出了一種考慮多徑傳播和環(huán)境光干擾的信道模型，該模型能夠更準(zhǔn)確地描述可見光通信信道的特性，為后續(xù)的系統(tǒng)性能分析和算法設(shè)計(jì)提供了有力支持。國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)在系統(tǒng)集成和應(yīng)用開發(fā)方面也取得了顯著進(jìn)展，成功實(shí)現(xiàn)了NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)在智能家居、智能交通等領(lǐng)域的初步應(yīng)用。當(dāng)前研究的重點(diǎn)主要集中在以下幾個方面：一是進(jìn)一步優(yōu)化NOMA和OFDM的融合機(jī)制，提高系統(tǒng)的頻譜效率和功率效率。通過研究不同的多址接入和復(fù)用方式，尋找更優(yōu)的組合方案，以充分發(fā)揮NOMA和OFDM的優(yōu)勢。二是深入研究信道特性，建立更加準(zhǔn)確的信道模型?？紤]到實(shí)際應(yīng)用中環(huán)境的復(fù)雜性，如多徑傳播、環(huán)境光干擾、遮擋等因素對信道的影響，開發(fā)能夠適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的信道模型，為系統(tǒng)的性能分析和算法設(shè)計(jì)提供更可靠的基礎(chǔ)。三是探索適用于NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)的高效信號處理算法，如功率分配算法、子載波分配算法、干擾抵消算法等，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力和通信質(zhì)量。四是推動NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)在實(shí)際場景中的應(yīng)用，如室內(nèi)通信、智能交通、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，解決實(shí)際應(yīng)用中面臨的技術(shù)難題和工程問題。然而，NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)仍存在一些待解決的問題。在實(shí)際應(yīng)用中，LED的非線性特性會導(dǎo)致信號失真，影響系統(tǒng)性能。如何有效補(bǔ)償LED的非線性失真，提高信號的傳輸質(zhì)量，是一個亟待解決的問題。NOMA系統(tǒng)中的多用戶干擾問題依然存在，尤其是在用戶數(shù)量較多的情況下，干擾對系統(tǒng)性能的影響更為顯著。需要進(jìn)一步研究更有效的干擾抑制和消除技術(shù)，以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)的同步和定時(shí)問題也需要進(jìn)一步優(yōu)化，以確保各個子載波和用戶之間的信號同步，減少同步誤差對系統(tǒng)性能的影響。此外，如何降低系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度，提高系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性和實(shí)用性，也是未來研究需要關(guān)注的重點(diǎn)。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本文圍繞NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)展開深入研究，具體內(nèi)容如下：系統(tǒng)原理與關(guān)鍵技術(shù)研究：深入剖析NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)的工作原理，詳細(xì)闡述NOMA技術(shù)的功率域復(fù)用機(jī)制以及OFDM技術(shù)的子載波正交復(fù)用原理，分析兩者結(jié)合在可見光通信系統(tǒng)中的工作方式和優(yōu)勢。研究系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，如信號調(diào)制與解調(diào)、信道編碼與譯碼等，探討這些技術(shù)對系統(tǒng)性能的影響。例如，研究不同的調(diào)制方式（如正交幅度調(diào)制QAM、相移鍵控PSK等）在NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用效果，分析其對傳輸速率、誤碼率等性能指標(biāo)的影響。系統(tǒng)性能分析與優(yōu)化：從理論上分析NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)的性能，包括系統(tǒng)容量、頻譜效率、誤碼率等性能指標(biāo)。通過建立數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)系統(tǒng)性能的理論表達(dá)式，深入研究系統(tǒng)參數(shù)（如功率分配因子、子載波數(shù)量、用戶數(shù)量等）對性能的影響規(guī)律。根據(jù)理論分析結(jié)果，提出系統(tǒng)性能優(yōu)化策略。例如，針對NOMA系統(tǒng)中的多用戶干擾問題，研究有效的干擾抑制算法，如串行干擾抵消（SIC）算法的改進(jìn)，以降低干擾對系統(tǒng)性能的影響；對于OFDM系統(tǒng)中的峰均比問題，研究降低峰均比的方法，如選擇映射（SLM）算法、部分傳輸序列（PTS）算法等，提高系統(tǒng)的功率效率和可靠性。應(yīng)用場景與適用性研究：探討NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)在不同應(yīng)用場景下的適用性，如室內(nèi)通信、智能家居、智能交通等領(lǐng)域。分析不同應(yīng)用場景的特點(diǎn)和需求，研究系統(tǒng)如何滿足這些場景下的通信要求。在室內(nèi)通信場景中，考慮室內(nèi)環(huán)境的多徑傳播、遮擋等因素對系統(tǒng)性能的影響，研究如何優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)以適應(yīng)復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境；在智能交通場景中，分析車輛高速移動、光照變化等特殊情況對系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，提出相應(yīng)的解決方案，確保系統(tǒng)在該場景下能夠穩(wěn)定、可靠地工作。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：設(shè)計(jì)并搭建NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。選擇合適的硬件設(shè)備，如LED光源、光電探測器、信號發(fā)生器、示波器等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的硬件部分；開發(fā)相應(yīng)的軟件算法，實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)制、解調(diào)、編碼、譯碼等功能。通過實(shí)驗(yàn)測試，獲取系統(tǒng)的實(shí)際性能數(shù)據(jù)，與理論分析和仿真結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證理論分析的正確性和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，找出系統(tǒng)存在的問題和不足之處，為進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)提供依據(jù)。1.3.2研究方法為了深入研究NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)，本文采用以下研究方法：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)期刊論文、會議論文、專利、研究報(bào)告等，全面了解NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及存在的問題。對文獻(xiàn)進(jìn)行梳理和分析，總結(jié)前人的研究成果和經(jīng)驗(yàn)，為本文的研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。通過文獻(xiàn)研究，了解最新的研究動態(tài)和前沿技術(shù)，及時(shí)掌握該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)，確保研究的創(chuàng)新性和前沿性。理論分析法：運(yùn)用通信原理、信息論、信號處理等相關(guān)理論知識，對NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)進(jìn)行深入的理論分析。建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)系統(tǒng)性能的理論表達(dá)式，分析系統(tǒng)參數(shù)對性能的影響規(guī)律。通過理論分析，揭示系統(tǒng)的工作原理和內(nèi)在機(jī)制，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和性能評估提供理論依據(jù)。理論分析還可以幫助我們預(yù)測系統(tǒng)在不同條件下的性能表現(xiàn)，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。仿真實(shí)驗(yàn)法：利用MATLAB、OptiSystem等仿真軟件，對NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。在仿真環(huán)境中，搭建系統(tǒng)模型，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，模擬不同的信道條件和應(yīng)用場景，對系統(tǒng)的性能進(jìn)行評估和分析。通過仿真實(shí)驗(yàn)，可以快速驗(yàn)證理論分析的結(jié)果，對比不同算法和方案的性能優(yōu)劣，為系統(tǒng)的優(yōu)化提供參考。仿真實(shí)驗(yàn)還可以在實(shí)際系統(tǒng)搭建之前，對系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)研和優(yōu)化，降低實(shí)驗(yàn)成本和風(fēng)險(xiǎn)。在仿真過程中，不斷調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)和算法，觀察系統(tǒng)性能的變化，尋找最優(yōu)的系統(tǒng)配置和參數(shù)設(shè)置。二、NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)基礎(chǔ)2.1可見光通信（VLC）概述2.1.1VLC的基本原理可見光通信（VLC）是一種利用可見光波段（380-780nm）的光線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線通信技術(shù)，其基本原理是將需要傳輸?shù)男畔⒕幋a成電信號，然后通過調(diào)制技術(shù)將電信號加載到可見光光源（如發(fā)光二極管LED）的驅(qū)動電流上，使光源發(fā)出的光強(qiáng)度隨電信號的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)信息的調(diào)制。由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，只要調(diào)制頻率高于閃爍融合閾值（通常為幾十Hz到幾百Hz），人眼就無法察覺光的這種快速變化，不會影響照明效果。在接收端，利用光電探測器（如光電二極管PD）將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再通過解調(diào)技術(shù)從電信號中恢復(fù)出原始的信息，完成數(shù)據(jù)的傳輸過程。例如，在基于LED的可見光通信系統(tǒng)中，當(dāng)電信號為高電平時(shí)，LED的驅(qū)動電流增大，光強(qiáng)度增強(qiáng)；當(dāng)電信號為低電平時(shí)，LED的驅(qū)動電流減小，光強(qiáng)度減弱。通過這種方式，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)“1”和“0”分別映射為光強(qiáng)度的高和低狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)信息的光載波傳輸。在接收端，光電探測器根據(jù)接收到光強(qiáng)度的變化產(chǎn)生相應(yīng)的電信號，經(jīng)過放大、濾波等處理后，通過解調(diào)器將電信號還原為原始的數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的射頻通信相比，可見光通信具有獨(dú)特的優(yōu)勢。它擁有極為豐富的頻譜資源，無需申請無線電頻譜，從根本上解決了頻譜資源緊張的問題，為通信技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的空間?？梢姽馔ㄐ诺膫鬏斔俣壤碚撋峡蛇_(dá)到數(shù)十Gbps，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)，能夠滿足大數(shù)據(jù)量、高速率的通信需求，如高清視頻傳輸、虛擬現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用場景。由于可見光無法穿透不透明物體，通信信號被限制在一定的空間范圍內(nèi)，大大提高了通信的安全性，有效防止信息泄露，適用于對信息安全要求較高的場景，如銀行、軍事等領(lǐng)域?？梢姽馔ㄐ胚€具有低功耗、綠色環(huán)保、與現(xiàn)有照明系統(tǒng)兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，在室內(nèi)照明與通信一體化、智能交通、水下通信等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。在室內(nèi)照明與通信一體化場景中，利用室內(nèi)的LED照明燈具既可以提供照明功能，又可以作為通信基站，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)設(shè)備的無線通信，無需額外鋪設(shè)通信線路，降低了成本和安裝難度。在智能交通領(lǐng)域，可見光通信可以用于車輛與車輛之間（V2V）、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間（V2I）的通信，如交通信號燈可以通過可見光通信向車輛發(fā)送實(shí)時(shí)交通信息，車輛之間也可以通過可見光通信實(shí)現(xiàn)信息共享，提高交通安全性和效率。在水下通信方面，由于海水對射頻信號的吸收和散射嚴(yán)重，而對可見光中的藍(lán)綠光波段吸收相對較小，可見光通信為水下中近距離高速無線通信提供了一種可行的解決方案，可應(yīng)用于水下機(jī)器人、海洋監(jiān)測等領(lǐng)域。2.1.2VLC的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀可見光通信的發(fā)展歷程可以追溯到19世紀(jì)，1880年，亞歷山大?貝爾發(fā)明了光電話，利用太陽光作為載波，通過反射鏡的振動來調(diào)制光信號，實(shí)現(xiàn)了語音的傳輸，這可以看作是可見光通信的雛形。然而，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，光電話的傳輸距離和可靠性都非常有限，未能得到廣泛應(yīng)用。隨著科技的不斷進(jìn)步，尤其是發(fā)光二極管（LED）技術(shù)的發(fā)展，為可見光通信的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)60年代，LED開始商業(yè)化生產(chǎn)，但其發(fā)光效率較低，主要用于指示燈等簡單應(yīng)用。到了20世紀(jì)90年代，高亮度LED的出現(xiàn)，使得LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能，也為可見光通信的發(fā)展提供了新的契機(jī)。1999年，日本慶應(yīng)大學(xué)的Tanaka等人和SONY計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所的Haruyama提出了利用LED燈作為通信基站進(jìn)行信息無線傳輸?shù)氖覂?nèi)通信系統(tǒng)，開啟了現(xiàn)代可見光通信研究的序幕。進(jìn)入21世紀(jì)，可見光通信技術(shù)得到了迅速發(fā)展。2011年，德國物理學(xué)家哈拉爾德?哈斯教授在TED大會上展示了名為“LiFi”（LightFidelity）的可見光通信技術(shù)，引起了廣泛關(guān)注。LiFi技術(shù)通過在燈泡上植入一個微小的芯片形成類似于AP（WiFi熱點(diǎn)）的設(shè)備，使終端隨時(shí)能接入網(wǎng)絡(luò)，通過改變房間照明光線的閃爍頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，只要在室內(nèi)開啟電燈，不需要Wi-Fi也可接入互聯(lián)網(wǎng)。此后，各國科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)紛紛加大對可見光通信技術(shù)的研究和開發(fā)投入，取得了一系列重要成果。在技術(shù)研究方面，目前可見光通信在傳輸速率、通信距離、抗干擾能力等方面都取得了顯著進(jìn)展。傳輸速率不斷提升，實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)Gbps甚至更高的傳輸速率，如2023年，某研究團(tuán)隊(duì)在特定實(shí)驗(yàn)條件下，采用先進(jìn)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)和信號處理算法，實(shí)現(xiàn)了10Gbps以上的可見光通信傳輸速率。通信距離也在逐漸增加，從最初的幾米發(fā)展到現(xiàn)在的幾十米甚至更遠(yuǎn)。在抗干擾能力方面，通過研究新型的信道編碼、調(diào)制技術(shù)以及干擾抑制算法，有效提高了可見光通信系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的可靠性。在應(yīng)用方面，可見光通信已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到了初步應(yīng)用。在室內(nèi)通信領(lǐng)域，可見光通信可用于構(gòu)建室內(nèi)高速無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備之間的互聯(lián)互通，如智能家居系統(tǒng)中，通過可見光通信技術(shù)，智能家電、傳感器等設(shè)備可以與家庭服務(wù)器進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)智能化控制和管理。在智能交通領(lǐng)域，交通信號燈、車輛大燈等可以作為可見光通信的發(fā)射源，向車輛和行人傳輸交通信息，實(shí)現(xiàn)車與車、車與基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信，提高交通安全性和效率。在水下通信領(lǐng)域，可見光通信為水下中近距離通信提供了新的解決方案，可應(yīng)用于水下機(jī)器人、海洋監(jiān)測等場景。在一些對電磁干擾敏感的場所，如醫(yī)院、飛機(jī)機(jī)艙、加油站等，可見光通信因其不產(chǎn)生電磁干擾的特性，具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢。在醫(yī)院中，可見光通信可以用于醫(yī)療設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸以及患者信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測和傳輸，避免了射頻通信可能對醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生的干擾。然而，目前可見光通信技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)。LED的調(diào)制帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)傳輸速率的進(jìn)一步提高，雖然通過一些技術(shù)手段，如采用高速LED、預(yù)均衡技術(shù)、多載波調(diào)制等，可以在一定程度上擴(kuò)展帶寬，但仍然難以滿足未來高速通信的需求?？梢姽馔ㄐ判盘柸菀资艿江h(huán)境光干擾、遮擋等因素的影響，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降。在實(shí)際應(yīng)用中，室內(nèi)的自然光、其他照明設(shè)備的光線等都可能對可見光通信信號產(chǎn)生干擾，當(dāng)通信路徑被遮擋時(shí)，信號會中斷。如何有效解決這些問題，提高可見光通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。2.2非正交多址接入（NOMA）技術(shù)2.2.1NOMA的工作原理非正交多址接入（NOMA）是一種新型的多址接入技術(shù)，與傳統(tǒng)的正交多址接入（OMA）技術(shù)不同，NOMA允許多個用戶在相同的時(shí)間和頻率資源上進(jìn)行通信，通過功率域復(fù)用的方式來區(qū)分不同用戶的信號。在NOMA系統(tǒng)中，基站根據(jù)用戶的信道條件和業(yè)務(wù)需求，為不同用戶分配不同的發(fā)射功率。信道條件較差的用戶被分配較高的功率，以保證其通信質(zhì)量；而信道條件較好的用戶則被分配較低的功率，這樣可以提高系統(tǒng)的整體容量和頻譜效率。具體來說，在下行鏈路中，基站將多個用戶的信號在功率域上進(jìn)行疊加，然后發(fā)送給所有用戶。例如，假設(shè)基站要向用戶A和用戶B發(fā)送信號，用戶A的信道條件較好，用戶B的信道條件較差?；緯橛脩鬊分配較高的功率，為用戶A分配較低的功率。發(fā)送的信號可以表示為：S=\sqrt{P_A}x_A+\sqrt{P_B}x_B，其中S是發(fā)送的總信號，P_A和P_B分別是分配給用戶A和用戶B的功率，x_A和x_B分別是用戶A和用戶B的信號。在接收端，用戶采用串行干擾消除（SIC）技術(shù)來分離出自己的信號。以用戶A為例，它首先檢測出信道條件較差、功率較高的用戶B的信號x_B，然后從接收到的總信號中減去用戶B的信號，得到只包含自己信號的部分，再對其進(jìn)行解調(diào)，從而恢復(fù)出自己的原始信號x_A。而用戶B由于其信號功率較高，可以直接從接收到的信號中解調(diào)自己的信號，無需進(jìn)行干擾消除操作。這種基于功率域復(fù)用和SIC技術(shù)的工作方式，使得NOMA能夠在有限的資源下支持更多用戶同時(shí)通信，提高了系統(tǒng)的頻譜效率和用戶接入能力。2.2.2NOMA的技術(shù)特點(diǎn)高頻譜效率：NOMA允許多個用戶共享相同的時(shí)間和頻率資源，通過功率域復(fù)用的方式區(qū)分用戶信號，相比于傳統(tǒng)的OMA技術(shù)，大大提高了頻譜利用率。在傳統(tǒng)的正交頻分多址（OFDMA）系統(tǒng)中，每個子載波只能分配給一個用戶，而在NOMA-OFDM系統(tǒng)中，一個子載波上可以同時(shí)傳輸多個用戶的信號，從而在相同的帶寬下可以傳輸更多的數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的整體容量。低時(shí)延：由于NOMA技術(shù)能夠在相同的時(shí)頻資源上服務(wù)多個用戶，減少了用戶等待資源分配的時(shí)間，從而降低了通信時(shí)延。在一些對實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場景，如車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等，低時(shí)延特性使得NOMA能夠快速傳輸數(shù)據(jù)，滿足系統(tǒng)對實(shí)時(shí)響應(yīng)的要求。在車聯(lián)網(wǎng)中，車輛之間需要實(shí)時(shí)交換位置、速度等信息，NOMA的低時(shí)延特性可以確保這些信息能夠及時(shí)傳輸，提高交通安全性。支持大量連接：隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來將有大量的設(shè)備需要接入網(wǎng)絡(luò)。NOMA技術(shù)能夠在有限的資源下支持更多的用戶連接，適應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代海量設(shè)備連接的需求。在智能家居場景中，家中的各種智能設(shè)備，如智能家電、傳感器等，都可以通過NOMA技術(shù)接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通和智能化控制。信號處理復(fù)雜：NOMA系統(tǒng)在接收端需要采用SIC技術(shù)來消除多用戶干擾，這增加了接收端信號處理的復(fù)雜度。SIC技術(shù)需要按照信號功率的大小依次檢測和解調(diào)用戶信號，對硬件設(shè)備的處理能力和算法的精度要求較高。如果信號檢測和解調(diào)過程中出現(xiàn)錯誤，會導(dǎo)致干擾消除不徹底，影響后續(xù)用戶信號的解調(diào)，從而降低系統(tǒng)性能。對功率分配要求高：NOMA系統(tǒng)的性能很大程度上依賴于功率分配的合理性。如果功率分配不合理，可能會導(dǎo)致信道條件差的用戶無法獲得足夠的功率，通信質(zhì)量下降；而信道條件好的用戶功率過高，又會浪費(fèi)資源，降低系統(tǒng)的整體效率。因此，需要設(shè)計(jì)合理的功率分配算法，根據(jù)用戶的信道條件、業(yè)務(wù)需求等因素動態(tài)調(diào)整功率分配，以優(yōu)化系統(tǒng)性能。2.3正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)2.3.1OFDM的原理與優(yōu)勢正交頻分復(fù)用（OFDM）是一種特殊的多載波調(diào)制技術(shù)，其基本原理是將高速的數(shù)據(jù)流分割成多個低速子數(shù)據(jù)流，然后分別調(diào)制到多個相互正交的子載波上進(jìn)行并行傳輸。在OFDM系統(tǒng)中，這些子載波的頻率間隔非常小，且相互正交，使得它們的頻譜可以相互重疊，從而大大提高了頻譜利用率。從數(shù)學(xué)原理上看，OFDM信號可以表示為多個子載波信號的疊加。假設(shè)共有N個子載波，第k個子載波的頻率為f_k，數(shù)據(jù)符號為d_k，則OFDM信號在時(shí)間t上的表達(dá)式為：s(t)=\sum_{k=0}^{N-1}d_ke^{j2\pif_kt}，其中j為虛數(shù)單位。通過快速傅里葉逆變換（IFFT）可以高效地實(shí)現(xiàn)OFDM信號的調(diào)制，在接收端則通過快速傅里葉變換（FFT）進(jìn)行解調(diào)。OFDM技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，使其在通信領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。首先，OFDM對多徑干擾具有很強(qiáng)的抵抗能力。在多徑傳播環(huán)境中，信號會沿著不同的路徑到達(dá)接收端，導(dǎo)致信號發(fā)生時(shí)延擴(kuò)展和頻率選擇性衰落。而OFDM將高速信號分成多個低速子流在多個子載波上傳輸，每個子載波的帶寬相對較窄，信號帶寬小于信道的相干帶寬，因此可以將頻率選擇性衰落信道轉(zhuǎn)化為多個平坦衰落子信道，大大降低了多徑傳播對信號的影響。即使某些子載波受到衰落影響，也可以通過糾錯編碼等技術(shù)進(jìn)行恢復(fù)，從而保證整個系統(tǒng)的可靠性。其次，OFDM技術(shù)具有較高的頻譜效率。由于子載波之間相互正交，允許頻譜重疊，與傳統(tǒng)的頻分復(fù)用（FDM）技術(shù)相比，OFDM不需要額外的保護(hù)頻帶，在相同的帶寬條件下可以傳輸更多的數(shù)據(jù)，提高了頻譜利用率。在數(shù)字電視地面廣播（DVB-T）、無線局域網(wǎng)（WLAN）等應(yīng)用中，OFDM技術(shù)的高頻譜效率優(yōu)勢得到了充分體現(xiàn)，能夠滿足大量數(shù)據(jù)的高速傳輸需求。此外，OFDM技術(shù)還具有實(shí)現(xiàn)簡單的特點(diǎn)。借助現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)，如快速傅里葉變換（FFT）和快速傅里葉逆變換（IFFT），OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)過程可以通過高效的算法在數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)，大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本，使得OFDM技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有很強(qiáng)的可行性。2.3.2OFDM在可見光通信中的應(yīng)用在可見光通信中，OFDM技術(shù)發(fā)揮著重要作用，有效克服了可見光通信面臨的一些挑戰(zhàn)，提高了系統(tǒng)的性能。由于LED的調(diào)制帶寬有限，限制了可見光通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。OFDM技術(shù)通過將高速數(shù)據(jù)流分割成多個低速子數(shù)據(jù)流在多個子載波上并行傳輸，降低了每個子載波上的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而可以在LED有限的調(diào)制帶寬下實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。通過合理選擇子載波數(shù)量和調(diào)制方式，可以在不超出LED調(diào)制帶寬的前提下，提高系統(tǒng)的整體傳輸速率。可見光通信信道存在多徑傳播現(xiàn)象，這會導(dǎo)致信號發(fā)生衰落和碼間干擾（ISI），嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。OFDM技術(shù)通過將信道劃分為多個正交的子信道，將頻率選擇性衰落信道轉(zhuǎn)化為多個平坦衰落子信道，能夠有效抵抗多徑傳播引起的衰落和ISI。在接收端，可以采用一些均衡技術(shù)，如頻域均衡（FDE），進(jìn)一步補(bǔ)償信道衰落，提高信號的解調(diào)準(zhǔn)確性。在實(shí)際應(yīng)用中，OFDM技術(shù)在可見光通信的室內(nèi)通信、智能交通等場景中都展現(xiàn)出良好的性能。在室內(nèi)通信場景中，室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，存在大量的反射物，多徑傳播現(xiàn)象較為嚴(yán)重。OFDM-VLC系統(tǒng)可以通過合理設(shè)計(jì)子載波參數(shù)和采用適當(dāng)?shù)男诺拦烙?jì)與均衡算法，有效應(yīng)對室內(nèi)多徑環(huán)境，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高速的通信。在智能交通領(lǐng)域，車輛之間的通信以及車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信對實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高。OFDM技術(shù)的低時(shí)延和抗干擾特性，使得它在智能交通可見光通信系統(tǒng)中能夠快速、準(zhǔn)確地傳輸信息，如車輛的位置、速度、行駛狀態(tài)等，為交通安全和交通效率的提升提供了有力支持。二、NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)基礎(chǔ)2.4NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)的構(gòu)建2.4.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)主要由發(fā)送端、信道和接收端三大部分組成。發(fā)送端是整個系統(tǒng)的起始部分，承擔(dān)著將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合在可見光信道中傳輸?shù)墓庑盘柕闹匾蝿?wù)。首先，數(shù)據(jù)源提供待傳輸?shù)男畔?，這些信息可能來自各種設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、手機(jī)、傳感器等，以二進(jìn)制數(shù)據(jù)的形式存在。為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，需要對?shù)據(jù)源輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行信道編碼。信道編碼通過添加冗余信息，使得接收端能夠在信號受到干擾時(shí)檢測和糾正錯誤。常用的信道編碼方式有卷積碼、Turbo碼、低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC碼）等。卷積碼具有編碼簡單、糾錯能力較強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于對實(shí)時(shí)性要求較高的場景；Turbo碼和LDPC碼則具有接近香農(nóng)限的糾錯性能，能夠在復(fù)雜信道環(huán)境下有效提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｍ瓿尚诺谰幋a后，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。在NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)中，通常采用正交幅度調(diào)制（QAM）、相移鍵控（PSK）等調(diào)制方式。QAM是一種將幅度調(diào)制和相位調(diào)制相結(jié)合的調(diào)制方式，通過不同的幅度和相位組合來表示不同的符號。16-QAM有16種不同的幅度和相位組合，可以在一個符號周期內(nèi)傳輸4比特的數(shù)據(jù)，大大提高了頻譜效率。PSK則是通過改變載波的相位來表示數(shù)據(jù)，如二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）用0°和180°的相位差來表示“0”和“1”，四相相移鍵控（QPSK）用0°、90°、180°和270°的相位差來表示4種不同的符號。調(diào)制后的信號會進(jìn)行OFDM處理，將高速數(shù)據(jù)流分割成多個低速子數(shù)據(jù)流，分別調(diào)制到多個相互正交的子載波上。這一過程通過快速傅里葉逆變換（IFFT）實(shí)現(xiàn)，將頻域信號轉(zhuǎn)換為時(shí)域信號。在OFDM處理過程中，為了抵抗多徑傳播引起的符號間干擾（ISI），需要在每個OFDM符號前插入循環(huán)前綴（CP），CP是OFDM符號尾部的一段復(fù)制，其長度應(yīng)大于信道的最大多徑時(shí)延。NOMA復(fù)用是發(fā)送端的關(guān)鍵步驟，它根據(jù)用戶的信道條件和業(yè)務(wù)需求，為不同用戶分配不同的發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)功率域復(fù)用。信道條件較差的用戶會被分配較高的功率，以保證其通信質(zhì)量；而信道條件較好的用戶則被分配較低的功率，從而提高系統(tǒng)的整體容量和頻譜效率。假設(shè)系統(tǒng)中有兩個用戶，用戶A的信道條件較好，用戶B的信道條件較差，基站會為用戶B分配較高的功率P_B，為用戶A分配較低的功率P_A，然后將兩個用戶的信號在功率域上進(jìn)行疊加，發(fā)送的信號S=\sqrt{P_A}x_A+\sqrt{P_B}x_B，其中x_A和x_B分別是用戶A和用戶B的信號。最后，經(jīng)過NOMA復(fù)用后的信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）轉(zhuǎn)換為模擬信號，再通過LED驅(qū)動電路驅(qū)動LED發(fā)出光信號，實(shí)現(xiàn)電信號到光信號的轉(zhuǎn)換。LED驅(qū)動電路的作用是為LED提供穩(wěn)定的電流，確保LED能夠正常工作，并根據(jù)輸入的電信號準(zhǔn)確地調(diào)整光強(qiáng)度，從而將信息加載到光信號中進(jìn)行傳輸。信道是信號傳輸?shù)拿浇?，在NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)中，主要指的是可見光傳播的空間。可見光在室內(nèi)環(huán)境中傳播時(shí)，會受到多種因素的影響，導(dǎo)致信號發(fā)生衰落和干擾。多徑傳播是其中一個重要因素，由于室內(nèi)存在大量的反射物，如墻壁、天花板、家具等，光信號會沿著不同的路徑到達(dá)接收端，形成多條傳播路徑。這些多徑信號的傳播延遲不同，會導(dǎo)致接收信號的波形展寬，產(chǎn)生符號間干擾（ISI），嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。環(huán)境光干擾也是不可忽視的問題，室內(nèi)的自然光、其他照明設(shè)備的光線等都可能對可見光通信信號產(chǎn)生干擾，降低信號的信噪比，增加誤碼率。遮擋會使信號中斷或強(qiáng)度大幅減弱，當(dāng)通信路徑被物體遮擋時(shí)，光信號無法正常傳輸，導(dǎo)致通信失敗。接收端是系統(tǒng)的末端，負(fù)責(zé)將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為原始數(shù)據(jù)。光電探測器（如光電二極管PD）首先將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，實(shí)現(xiàn)光信號到電信號的初步轉(zhuǎn)換。光電探測器的工作原理是基于光電效應(yīng)，當(dāng)光照射到光電探測器上時(shí)，會產(chǎn)生電子-空穴對，從而形成電流，電流的大小與光強(qiáng)度成正比。電信號在經(jīng)過放大器放大后，會進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便后續(xù)的數(shù)字信號處理。在OFDM解調(diào)過程中，通過快速傅里葉變換（FFT）將時(shí)域信號轉(zhuǎn)換回頻域信號，恢復(fù)出各個子載波上的信號。由于在發(fā)送端插入了循環(huán)前綴，在接收端需要去除循環(huán)前綴，以避免符號間干擾對解調(diào)的影響。NOMA解復(fù)用是接收端的關(guān)鍵步驟，它采用串行干擾消除（SIC）技術(shù)來分離不同用戶的信號。以兩個用戶為例，假設(shè)用戶A的信號功率較低，用戶B的信號功率較高。接收端首先檢測出功率較高的用戶B的信號，然后從接收到的總信號中減去用戶B的信號，得到只包含用戶A信號的部分，再對其進(jìn)行解調(diào)，從而恢復(fù)出用戶A的原始信號。解調(diào)過程根據(jù)發(fā)送端采用的調(diào)制方式，選擇相應(yīng)的解調(diào)算法，將接收到的信號恢復(fù)為原始的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。如果發(fā)送端采用16-QAM調(diào)制，接收端則使用16-QAM解調(diào)算法，根據(jù)接收到的信號的幅度和相位信息，判斷出對應(yīng)的符號，從而恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。信道譯碼是接收端的最后一步，它根據(jù)信道編碼方式，去除信道編碼時(shí)添加的冗余信息，糾正可能出現(xiàn)的錯誤，恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)源信息。如果發(fā)送端采用卷積碼進(jìn)行信道編碼，接收端則使用維特比譯碼算法對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，恢復(fù)出原始的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，完成整個通信過程。2.4.2信號處理流程在發(fā)送端，首先進(jìn)行信源編碼，將原始的信息源（如語音、圖像、文本等）進(jìn)行壓縮和編碼，去除冗余信息，提高傳輸效率。假設(shè)原始信息是一段語音信號，經(jīng)過語音編碼算法（如G.711、G.729等）處理后，將語音信號轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列，減少數(shù)據(jù)量，便于后續(xù)的傳輸。信道編碼緊接著信源編碼進(jìn)行，通過添加冗余碼元，提高數(shù)據(jù)在傳輸過程中的抗干擾能力。采用卷積碼進(jìn)行信道編碼，生成多項(xiàng)式為(1+D+D2,1+D2)，對輸入的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，生成冗余碼元，使得接收端能夠在信號受到干擾時(shí)檢測和糾正錯誤。OFDM調(diào)制是發(fā)送端信號處理的重要環(huán)節(jié)。將編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，將高速的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為多個低速的并行數(shù)據(jù)流，然后分別調(diào)制到多個相互正交的子載波上。通過快速傅里葉逆變換（IFFT）將頻域信號轉(zhuǎn)換為時(shí)域信號，生成OFDM符號。在這個過程中，為了抵抗多徑傳播引起的符號間干擾（ISI），會在每個OFDM符號前插入循環(huán)前綴（CP），CP的長度根據(jù)信道的最大多徑時(shí)延來確定，一般為OFDM符號長度的1/4到1/8。NOMA復(fù)用根據(jù)用戶的信道條件和業(yè)務(wù)需求，為不同用戶分配不同的發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)功率域復(fù)用。采用貪婪算法進(jìn)行功率分配，根據(jù)用戶的信道增益和業(yè)務(wù)需求，為每個用戶分配合適的功率，將多個用戶的信號在功率域上進(jìn)行疊加，形成最終的發(fā)送信號。在信道傳輸過程中，信號會受到多徑傳播、環(huán)境光干擾、遮擋等因素的影響。多徑傳播導(dǎo)致信號的幅度和相位發(fā)生變化，產(chǎn)生衰落和時(shí)延擴(kuò)展；環(huán)境光干擾會增加噪聲，降低信號的信噪比；遮擋會使信號中斷或強(qiáng)度大幅減弱。這些因素都會導(dǎo)致接收信號的質(zhì)量下降，增加誤碼率。在接收端，光電探測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，完成光-電轉(zhuǎn)換。然后對電信號進(jìn)行放大和濾波處理，去除噪聲和干擾，提高信號的質(zhì)量。OFDM解調(diào)首先去除循環(huán)前綴，然后通過快速傅里葉變換（FFT）將時(shí)域信號轉(zhuǎn)換回頻域信號，恢復(fù)出各個子載波上的信號。在這個過程中，需要進(jìn)行信道估計(jì)，根據(jù)已知的導(dǎo)頻信號，估計(jì)信道的傳輸特性，以便對接收信號進(jìn)行補(bǔ)償和均衡。NOMA解復(fù)用采用串行干擾消除（SIC）技術(shù)，按照信號功率的大小依次檢測和解調(diào)不同用戶的信號。先檢測出功率較大的用戶信號，從接收信號中減去該用戶信號的干擾，再檢測下一個用戶信號，直到所有用戶信號都被解調(diào)出來。解調(diào)過程根據(jù)發(fā)送端的調(diào)制方式，采用相應(yīng)的解調(diào)算法，將接收到的信號恢復(fù)為原始的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。如果發(fā)送端采用正交幅度調(diào)制（QAM），接收端則使用QAM解調(diào)算法，根據(jù)接收到信號的幅度和相位信息，判斷出對應(yīng)的符號，從而恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。信道譯碼根據(jù)信道編碼方式，去除信道編碼時(shí)添加的冗余信息，糾正可能出現(xiàn)的錯誤，恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)源信息。如果發(fā)送端采用低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC碼）進(jìn)行信道編碼，接收端則使用置信傳播（BP）算法進(jìn)行譯碼，恢復(fù)出原始的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。最后，經(jīng)過信源譯碼，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為原始的信息形式，完成整個信號處理流程。三、NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)的優(yōu)勢3.1頻譜效率提升3.1.1與傳統(tǒng)多址技術(shù)對比在無線通信領(lǐng)域，多址技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多個用戶共享通信資源的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的多址技術(shù)如時(shí)分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）和正交頻分多址（OFDMA）在不同的時(shí)期和應(yīng)用場景中發(fā)揮了重要作用。然而，隨著通信需求的不斷增長和頻譜資源的日益緊張，這些傳統(tǒng)多址技術(shù)逐漸暴露出一些局限性。NOMA-OFDM技術(shù)的出現(xiàn)，為解決這些問題提供了新的思路，在頻譜效率方面展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。TDMA是將時(shí)間劃分為不同的時(shí)隙，每個用戶在分配的時(shí)隙內(nèi)進(jìn)行通信。這種方式簡單直接，實(shí)現(xiàn)成本較低。在實(shí)際應(yīng)用中，由于時(shí)隙的固定分配，當(dāng)用戶數(shù)量增加或業(yè)務(wù)需求變化時(shí)，容易出現(xiàn)時(shí)隙利用率不均衡的情況。某些用戶在特定時(shí)間段內(nèi)可能沒有足夠的時(shí)隙來傳輸數(shù)據(jù)，而其他用戶的時(shí)隙則可能閑置，導(dǎo)致頻譜資源的浪費(fèi)。TDMA對時(shí)間同步要求極高，一旦出現(xiàn)時(shí)間同步誤差，就會導(dǎo)致時(shí)隙沖突，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。CDMA利用碼序列來區(qū)分不同用戶的信號，多個用戶可以在相同的時(shí)間和頻率上同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。它具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠在干擾環(huán)境中保持較好的通信質(zhì)量。CDMA的頻譜利用率相對較低，因?yàn)槊總€用戶都需要占用一定帶寬的碼序列，這使得在有限的頻譜資源下，能夠支持的用戶數(shù)量受到限制。CDMA系統(tǒng)的復(fù)雜度較高，需要精確的功率控制和復(fù)雜的碼序列管理，增加了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成本和運(yùn)行難度。OFDMA是基于OFDM技術(shù)發(fā)展而來的多址技術(shù)，它將頻譜劃分為多個正交的子載波，每個用戶分配一個或多個子載波進(jìn)行通信。OFDMA具有較高的頻譜效率，能夠有效地對抗多徑衰落和頻率選擇性衰落。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)用戶數(shù)量較多時(shí)，子載波的分配變得復(fù)雜，需要精確的調(diào)度算法來確保每個用戶都能獲得合適的子載波資源，以避免子載波之間的干擾，這增加了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難度和計(jì)算復(fù)雜度。相比之下，NOMA-OFDM技術(shù)在頻譜利用上具有獨(dú)特的優(yōu)勢。NOMA允許多個用戶在相同的時(shí)間和頻率資源上進(jìn)行通信，通過功率域復(fù)用的方式來區(qū)分不同用戶的信號。在一個OFDM符號內(nèi)，多個用戶的信號可以在功率上進(jìn)行疊加，然后同時(shí)發(fā)送。在接收端，通過串行干擾消除（SIC）技術(shù)，按照信號功率的大小依次檢測和解調(diào)不同用戶的信號，從而實(shí)現(xiàn)多用戶共享同一頻譜資源。這種方式大大提高了頻譜利用率，使得在相同的帶寬條件下，能夠支持更多的用戶同時(shí)通信。在一個室內(nèi)可見光通信場景中，假設(shè)總帶寬為W，采用TDMA技術(shù)時(shí)，若將時(shí)間劃分為N個時(shí)隙，每個時(shí)隙分配給一個用戶，則每個用戶實(shí)際可用的帶寬為W/N。而采用NOMA-OFDM技術(shù)時(shí)，多個用戶可以同時(shí)在整個帶寬W上進(jìn)行通信，通過合理的功率分配和信號處理，系統(tǒng)的總?cè)萘康玫斤@著提升。根據(jù)相關(guān)研究和仿真結(jié)果表明，在相同的條件下，NOMA-OFDM系統(tǒng)的頻譜效率比TDMA系統(tǒng)提高了[X]%，比CDMA系統(tǒng)提高了[X]%，比OFDMA系統(tǒng)也有一定程度的提升。NOMA-OFDM技術(shù)還具有更好的靈活性和適應(yīng)性。它可以根據(jù)用戶的信道條件、業(yè)務(wù)需求等因素，動態(tài)地調(diào)整功率分配和子載波分配策略，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。對于信道條件較差的用戶，可以分配較高的功率，以保證其通信質(zhì)量；對于數(shù)據(jù)傳輸需求較大的用戶，可以分配更多的子載波資源，從而提高其傳輸速率。這種動態(tài)的資源分配方式，使得NOMA-OFDM系統(tǒng)能夠更好地滿足不同用戶和不同業(yè)務(wù)的需求，進(jìn)一步提高了頻譜資源的利用效率。3.1.2實(shí)際案例分析為了更直觀地展示NOMA-OFDM系統(tǒng)在頻譜利用方面的優(yōu)勢，我們通過具體的實(shí)際案例進(jìn)行分析。在某智能辦公大樓中，部署了一套基于NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)的室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)與傳統(tǒng)的OFDMA可見光通信系統(tǒng)進(jìn)行對比測試。智能辦公大樓內(nèi)有多個辦公室和會議室，每個區(qū)域都有大量的智能設(shè)備需要接入網(wǎng)絡(luò)，如電腦、平板電腦、智能手機(jī)、智能傳感器等。這些設(shè)備的通信需求各不相同，有的需要進(jìn)行高清視頻會議，有的需要實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)的帶寬和傳輸速率要求較高。在測試過程中，我們模擬了不同的用戶數(shù)量和業(yè)務(wù)場景。當(dāng)用戶數(shù)量較少時(shí)，兩種系統(tǒng)都能夠滿足通信需求，性能表現(xiàn)差異不大。隨著用戶數(shù)量的增加和業(yè)務(wù)負(fù)載的加重，傳統(tǒng)OFDMA可見光通信系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)了性能瓶頸。由于OFDMA系統(tǒng)在子載波分配上的限制，當(dāng)用戶數(shù)量超過一定閾值時(shí)，部分用戶無法獲得足夠的子載波資源，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸速率下降，延遲增加。在進(jìn)行高清視頻會議時(shí)，畫面出現(xiàn)卡頓、模糊等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了用戶體驗(yàn)。而NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)在面對相同的場景時(shí)，展現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。通過功率域復(fù)用和靈活的資源分配策略，NOMA-OFDM系統(tǒng)能夠有效地支持更多用戶同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)。在相同的頻譜資源下，NOMA-OFDM系統(tǒng)的傳輸速率和容量明顯高于OFDMA系統(tǒng)。在用戶數(shù)量達(dá)到[具體數(shù)量]時(shí)，NOMA-OFDM系統(tǒng)的平均傳輸速率仍能保持在[X]Mbps以上，而OFDMA系統(tǒng)的平均傳輸速率則下降到了[X]Mbps以下。在進(jìn)行多用戶高清視頻會議和大數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，NOMA-OFDM系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地運(yùn)行，畫面流暢，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確及時(shí)，用戶體驗(yàn)良好。我們還對NOMA-OFDM系統(tǒng)在不同業(yè)務(wù)場景下的頻譜效率進(jìn)行了詳細(xì)分析。在數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)中，NOMA-OFDM系統(tǒng)能夠根據(jù)不同用戶的數(shù)據(jù)量和傳輸需求，動態(tài)地分配功率和子載波資源。對于大數(shù)據(jù)量的文件傳輸任務(wù)，系統(tǒng)會為相關(guān)用戶分配更多的資源，以提高傳輸速率，縮短傳輸時(shí)間。在語音通信業(yè)務(wù)中，由于對實(shí)時(shí)性要求較高，NOMA-OFDM系統(tǒng)會優(yōu)先保障語音信號的傳輸質(zhì)量，通過合理的功率分配和干擾抑制，確保語音信號的清晰和穩(wěn)定。通過這些實(shí)際案例和數(shù)據(jù)分析，可以清晰地看到NOMA-OFDM系統(tǒng)在頻譜利用上的高效性和靈活性，能夠更好地滿足復(fù)雜多變的通信需求。3.2通信可靠性增強(qiáng)3.2.1抗干擾能力分析在NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)中，抗干擾能力是衡量系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。該系統(tǒng)主要通過功率分配和干擾抵消技術(shù)來抵抗干擾，從而提高通信的可靠性。功率分配在NOMA-OFDM系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。在NOMA技術(shù)中，基站根據(jù)用戶的信道條件為不同用戶分配不同的發(fā)射功率。對于信道條件較差的用戶，分配較高的功率，以保證其信號在傳輸過程中能夠抵抗噪聲和干擾的影響，確保接收端能夠準(zhǔn)確地檢測和解調(diào)信號。而對于信道條件較好的用戶，分配較低的功率，這樣既可以滿足其通信需求，又不會對其他用戶產(chǎn)生過多的干擾，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的整體功率效率。在一個包含兩個用戶的NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)中，假設(shè)用戶A距離LED光源較遠(yuǎn)，信道條件較差，用戶B距離光源較近，信道條件較好?；緸橛脩鬉分配較高的功率P_A，為用戶B分配較低的功率P_B。這樣，即使在存在噪聲和干擾的情況下，用戶A的信號也能夠以較高的信噪比傳輸?shù)浇邮斩?，從而提高了其通信的可靠性。通過合理的功率分配，NOMA-OFDM系統(tǒng)能夠在有限的功率資源下，實(shí)現(xiàn)不同用戶之間的有效區(qū)分和干擾抑制，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。干擾抵消技術(shù)是NOMA-OFDM系統(tǒng)增強(qiáng)抗干擾能力的另一個重要手段。在接收端，采用串行干擾消除（SIC）技術(shù)來抵消多用戶之間的干擾。以兩個用戶的NOMA系統(tǒng)為例，接收端首先檢測出功率較高的用戶信號，由于該用戶信號的功率相對較大，更容易被準(zhǔn)確檢測。然后，從接收到的總信號中減去該用戶信號，得到只包含另一個用戶信號的部分。由于已經(jīng)消除了一個用戶的干擾，此時(shí)對剩余信號進(jìn)行解調(diào)，就可以恢復(fù)出另一個用戶的原始信號。這種干擾抵消技術(shù)能夠有效地降低多用戶之間的干擾，提高信號的解調(diào)準(zhǔn)確性。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)存在多個用戶時(shí)，SIC技術(shù)按照信號功率從高到低的順序依次檢測和解調(diào)用戶信號，逐步消除干擾，從而提高系統(tǒng)在多用戶環(huán)境下的抗干擾能力。在多徑傳播環(huán)境中，信號會沿著不同的路徑到達(dá)接收端，導(dǎo)致信號發(fā)生時(shí)延擴(kuò)展和頻率選擇性衰落，產(chǎn)生碼間干擾（ISI）和多用戶干擾。NOMA-OFDM系統(tǒng)通過OFDM技術(shù)將高速信號分成多個低速子流在多個子載波上傳輸，每個子載波的帶寬相對較窄，信號帶寬小于信道的相干帶寬，從而將頻率選擇性衰落信道轉(zhuǎn)化為多個平坦衰落子信道，降低了多徑傳播對信號的影響。通過在每個OFDM符號前插入循環(huán)前綴（CP），可以有效地消除碼間干擾。在接收端，利用信道估計(jì)和均衡技術(shù)，根據(jù)已知的導(dǎo)頻信號估計(jì)信道的傳輸特性，對接收信號進(jìn)行補(bǔ)償和均衡，進(jìn)一步提高信號的抗干擾能力。環(huán)境光干擾也是影響可見光通信系統(tǒng)可靠性的一個重要因素。室內(nèi)的自然光、其他照明設(shè)備的光線等都可能對可見光通信信號產(chǎn)生干擾，降低信號的信噪比。為了應(yīng)對環(huán)境光干擾，NOMA-OFDM系統(tǒng)可以采用濾波技術(shù)，在接收端使用光學(xué)濾波器或數(shù)字濾波器，濾除環(huán)境光中的干擾成分，提高信號的純度。采用自適應(yīng)調(diào)制和編碼技術(shù)，根據(jù)信道質(zhì)量和干擾情況動態(tài)調(diào)整調(diào)制方式和編碼速率，當(dāng)干擾較強(qiáng)時(shí)，降低調(diào)制階數(shù)和編碼速率，以保證信號的可靠性；當(dāng)干擾較弱時(shí)，提高調(diào)制階數(shù)和編碼速率，提高系統(tǒng)的傳輸效率。3.2.2實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為了驗(yàn)證NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的抗干擾能力和通信可靠性，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)搭建了一個室內(nèi)可見光通信測試平臺，模擬了實(shí)際的室內(nèi)通信環(huán)境，包括多徑傳播、環(huán)境光干擾等因素。實(shí)驗(yàn)采用了[具體型號]的LED作為發(fā)射光源，其具有較高的發(fā)光效率和調(diào)制帶寬，能夠滿足可見光通信的需求。光電探測器選用了[具體型號]的光電二極管，具有較高的響應(yīng)靈敏度和帶寬。信號發(fā)生器用于產(chǎn)生原始的數(shù)字信號，經(jīng)過編碼、調(diào)制等處理后，通過LED驅(qū)動電路加載到LED上進(jìn)行發(fā)射。在接收端，光電探測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過放大、濾波等處理后，進(jìn)行解調(diào)、譯碼等操作，恢復(fù)出原始的數(shù)字信號。實(shí)驗(yàn)設(shè)置了不同的干擾場景，以測試系統(tǒng)的抗干擾能力。在多徑傳播干擾場景中，通過在室內(nèi)布置多個反射物，如墻壁、鏡子等，模擬多徑傳播環(huán)境。在環(huán)境光干擾場景中，開啟室內(nèi)的自然光和其他照明設(shè)備，模擬實(shí)際環(huán)境中的環(huán)境光干擾。在實(shí)驗(yàn)過程中，不斷調(diào)整干擾的強(qiáng)度和類型，記錄系統(tǒng)的誤碼率和傳輸速率等性能指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下具有較低的誤碼率和穩(wěn)定的傳輸性能。在多徑傳播干擾場景下，當(dāng)多徑時(shí)延擴(kuò)展達(dá)到[具體數(shù)值]時(shí)，系統(tǒng)的誤碼率仍能保持在[X]%以下，傳輸速率穩(wěn)定在[X]Mbps以上。這是因?yàn)镺FDM技術(shù)將頻率選擇性衰落信道轉(zhuǎn)化為多個平坦衰落子信道，有效地抵抗了多徑傳播的影響，同時(shí)循環(huán)前綴的使用消除了碼間干擾。NOMA的功率分配和干擾抵消技術(shù)使得不同用戶的信號能夠在多徑環(huán)境中準(zhǔn)確地傳輸和接收，提高了系統(tǒng)的可靠性。在環(huán)境光干擾場景下，當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)度達(dá)到[具體數(shù)值]時(shí)，系統(tǒng)的誤碼率僅上升到[X]%，傳輸速率略有下降，但仍能維持在[X]Mbps左右。這得益于系統(tǒng)采用的濾波技術(shù)和自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)，有效地濾除了環(huán)境光干擾，根據(jù)干擾情況動態(tài)調(diào)整調(diào)制方式和編碼速率，保證了信號的可靠傳輸。與傳統(tǒng)的OFDMA可見光通信系統(tǒng)相比，NOMA-OFDM系統(tǒng)在相同的干擾條件下，誤碼率明顯更低，傳輸速率更高。在多徑傳播干擾和環(huán)境光干擾同時(shí)存在的情況下，OFDMA系統(tǒng)的誤碼率達(dá)到了[X]%，傳輸速率下降到[X]Mbps以下，而NOMA-OFDM系統(tǒng)的誤碼率僅為[X]%，傳輸速率仍能保持在[X]Mbps以上。這充分證明了NOMA-OFDM系統(tǒng)在抗干擾能力和通信可靠性方面的優(yōu)勢，能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜的室內(nèi)通信環(huán)境，為用戶提供穩(wěn)定、高效的通信服務(wù)。3.3系統(tǒng)容量擴(kuò)展3.3.1多用戶接入能力NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)在多用戶接入能力方面具有顯著優(yōu)勢，能夠有效滿足大規(guī)模連接的需求。傳統(tǒng)的正交多址接入技術(shù)，如時(shí)分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）和正交頻分多址（OFDMA），在用戶數(shù)量增加時(shí)，由于資源的正交分配限制，系統(tǒng)容量會迅速飽和，難以滿足日益增長的連接需求。NOMA-OFDM系統(tǒng)通過獨(dú)特的功率域復(fù)用和子載波共享機(jī)制，打破了這種限制，實(shí)現(xiàn)了更高的多用戶接入能力。在NOMA-OFDM系統(tǒng)中，NOMA技術(shù)允許不同用戶的信號在相同的時(shí)間和頻率資源上傳輸，通過功率分配來區(qū)分用戶。基站根據(jù)用戶的信道條件為不同用戶分配不同的發(fā)射功率，信道條件較差的用戶被分配較高的功率，以保證其通信質(zhì)量；信道條件較好的用戶則被分配較低的功率。這樣，多個用戶的信號可以在功率域上疊加，實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)接入。在一個包含多個用戶的室內(nèi)可見光通信場景中，用戶A位于房間角落，信號較弱，信道條件較差；用戶B靠近LED光源，信號較強(qiáng)，信道條件較好。基站為用戶A分配較高的功率P_A，為用戶B分配較低的功率P_B，然后將用戶A和用戶B的信號疊加后發(fā)送。在接收端，用戶A和用戶B通過串行干擾消除（SIC）技術(shù)，能夠準(zhǔn)確地分離出自己的信號，實(shí)現(xiàn)可靠通信。OFDM技術(shù)為NOMA-OFDM系統(tǒng)的多用戶接入提供了靈活的子載波資源。OFDM將高速數(shù)據(jù)流分割成多個低速子數(shù)據(jù)流，分別調(diào)制到多個相互正交的子載波上進(jìn)行傳輸。在NOMA-OFDM系統(tǒng)中，這些子載波可以根據(jù)用戶需求和信道狀況，靈活地分配給不同用戶?？梢詫⒁徊糠肿虞d波分配給對數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高的用戶，以滿足其大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)男枨?；將另一部分子載波分配給對實(shí)時(shí)性要求較高的用戶，確保其通信的及時(shí)性。通過這種方式，NOMA-OFDM系統(tǒng)能夠充分利用子載波資源，支持更多用戶同時(shí)接入，提高系統(tǒng)的整體容量。相關(guān)研究和仿真結(jié)果表明，NOMA-OFDM系統(tǒng)的多用戶接入能力相較于傳統(tǒng)的正交多址接入系統(tǒng)有顯著提升。在相同的頻譜資源和功率限制下，NOMA-OFDM系統(tǒng)能夠支持的用戶數(shù)量比OFDMA系統(tǒng)增加[X]%以上。隨著用戶數(shù)量的增加，NOMA-OFDM系統(tǒng)的性能下降較為平緩，而傳統(tǒng)正交多址接入系統(tǒng)的性能則會急劇惡化。這說明NOMA-OFDM系統(tǒng)在面對大規(guī)模連接需求時(shí)，具有更好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，能夠?yàn)楸姸嘤脩籼峁┛煽康耐ㄐ欧?wù)。為了進(jìn)一步提高NOMA-OFDM系統(tǒng)的多用戶接入能力，還可以結(jié)合一些先進(jìn)的技術(shù)和算法。采用智能的功率分配算法，根據(jù)用戶的實(shí)時(shí)信道狀態(tài)、業(yè)務(wù)需求和干擾情況，動態(tài)地調(diào)整功率分配策略，以優(yōu)化系統(tǒng)性能。利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對用戶的行為和需求進(jìn)行預(yù)測，提前為用戶分配合適的資源，提高資源利用率和用戶滿意度。研究高效的干擾管理技術(shù)，如聯(lián)合干擾抵消和波束成形技術(shù)，減少多用戶之間的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。3.3.2應(yīng)用場景適應(yīng)性NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢，在多種應(yīng)用場景中展現(xiàn)出良好的適應(yīng)性，能夠滿足不同場景下的通信需求。在智能家居場景中，隨著智能設(shè)備的不斷增加，對室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)的容量和可靠性提出了更高的要求。NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)可以利用室內(nèi)的LED照明燈具作為通信基站，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備之間的高速、穩(wěn)定通信。智能家電、傳感器、攝像頭等設(shè)備可以通過NOMA-OFDM技術(shù)接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通和智能化控制。通過可見光通信，智能空調(diào)可以根據(jù)室內(nèi)環(huán)境傳感器的數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)溫度，智能攝像頭可以實(shí)時(shí)將拍攝的視頻傳輸?shù)接脩舻氖謾C(jī)上。NOMA-OFDM系統(tǒng)的高頻譜效率和多用戶接入能力，能夠滿足智能家居場景中大量設(shè)備同時(shí)通信的需求，為用戶提供便捷、高效的智能家居體驗(yàn)。智能交通領(lǐng)域也是NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)的重要應(yīng)用場景之一。在車聯(lián)網(wǎng)中，車輛之間以及車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間需要進(jìn)行實(shí)時(shí)、可靠的通信，以實(shí)現(xiàn)交通信息共享、車輛自動駕駛等功能。NOMA-OFDM系統(tǒng)可以利用車輛的前大燈、尾燈等作為可見光通信的發(fā)射源，實(shí)現(xiàn)車輛之間的短距離通信。交通信號燈可以通過可見光通信向車輛發(fā)送實(shí)時(shí)交通信息，如信號燈狀態(tài)、道路擁堵情況等。NOMA-OFDM系統(tǒng)的低時(shí)延和抗干擾能力，能夠確保在車輛高速移動和復(fù)雜的交通環(huán)境下，通信的及時(shí)性和可靠性，為智能交通的發(fā)展提供有力支持。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景中，工廠內(nèi)存在大量的機(jī)器設(shè)備和傳感器，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控。NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)可以在工廠內(nèi)部署LED照明設(shè)備作為通信節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通信。通過可見光通信，機(jī)器設(shè)備可以實(shí)時(shí)上傳運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，傳感器可以將采集到的環(huán)境參數(shù)傳輸給監(jiān)控中心。NOMA-OFDM系統(tǒng)的高可靠性和多用戶接入能力，能夠滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景中對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膰?yán)格要求，提高工廠的生產(chǎn)效率和管理水平。在一些特殊場景，如水下通信、對電磁干擾敏感的場所等，NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)也具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢。在水下通信中，由于海水對射頻信號的吸收和散射嚴(yán)重，而對可見光中的藍(lán)綠光波段吸收相對較小，NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)可以為水下中近距離通信提供解決方案。在對電磁干擾敏感的場所，如醫(yī)院、飛機(jī)機(jī)艙、加油站等，NOMA-OFDM系統(tǒng)因其不產(chǎn)生電磁干擾的特性，能夠安全、可靠地實(shí)現(xiàn)通信。在醫(yī)院中，可見光通信可以用于醫(yī)療設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸以及患者信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測和傳輸，避免了射頻通信可能對醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生的干擾。四、NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)的應(yīng)用場景4.1室內(nèi)通信4.1.1智能家居控制在智能家居系統(tǒng)中，NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備間的高速、穩(wěn)定通信，為智能家居的智能控制提供了有力支持。傳統(tǒng)的智能家居通信方式，如Wi-Fi、藍(lán)牙等，在面對大量設(shè)備同時(shí)接入時(shí)，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵、信號不穩(wěn)定等問題，難以滿足智能家居日益增長的通信需求。NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢，為智能家居控制帶來了新的解決方案。NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)利用室內(nèi)的LED照明燈具作為通信基站，實(shí)現(xiàn)了照明與通信的一體化。LED燈具不僅可以提供照明功能，還能通過調(diào)制光信號，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€智能設(shè)備。智能燈泡、智能插座、智能窗簾等設(shè)備都可以配備可見光通信接收模塊，接收來自LED燈具的信號，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化控制。通過在LED燈具中集成NOMA-OFDM通信模塊，將控制指令加載到光信號上，發(fā)送給智能燈泡，就可以實(shí)現(xiàn)對燈泡亮度、顏色的調(diào)節(jié)；發(fā)送給智能插座，就可以控制電器的開關(guān)。該系統(tǒng)的高頻譜效率和多用戶接入能力，能夠滿足智能家居場景中大量設(shè)備同時(shí)通信的需求。在一個典型的智能家居環(huán)境中，可能會有數(shù)十個甚至上百個智能設(shè)備需要接入網(wǎng)絡(luò)，如智能家電、傳感器、攝像頭等。NOMA-OFDM系統(tǒng)通過功率域復(fù)用和子載波共享機(jī)制，允許多個設(shè)備在相同的時(shí)間和頻率資源上進(jìn)行通信?；靖鶕?jù)設(shè)備的信道條件和業(yè)務(wù)需求，為不同設(shè)備分配不同的發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備同時(shí)接入。智能電視在播放高清視頻時(shí)，需要較大的帶寬，基站會為其分配較高的功率和更多的子載波資源，以保證視頻的流暢播放；而智能傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器等，數(shù)據(jù)傳輸量較小，對實(shí)時(shí)性要求相對較低，基站則為其分配較低的功率和較少的子載波資源，從而提高系統(tǒng)的整體效率。NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)還具有較高的通信可靠性。在室內(nèi)環(huán)境中，信號容易受到多徑傳播、遮擋等因素的影響，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降。該系統(tǒng)通過OFDM技術(shù)將高速信號分成多個低速子流在多個子載波上傳輸，每個子載波的帶寬相對較窄，信號帶寬小于信道的相干帶寬，從而將頻率選擇性衰落信道轉(zhuǎn)化為多個平坦衰落子信道，降低了多徑傳播對信號的影響。通過在每個OFDM符號前插入循環(huán)前綴（CP），可以有效地消除碼間干擾。NOMA的功率分配和干擾抵消技術(shù)使得不同設(shè)備的信號能夠在復(fù)雜環(huán)境中準(zhǔn)確地傳輸和接收，提高了系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)智能攝像頭在傳輸視頻數(shù)據(jù)時(shí)，即使遇到部分遮擋或多徑干擾，NOMA-OFDM系統(tǒng)也能夠通過其抗干擾機(jī)制，保證視頻數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，確保用戶能夠?qū)崟r(shí)獲取清晰的畫面。該系統(tǒng)還可以與智能家居控制系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更加智能化的控制。通過手機(jī)APP、智能音箱等控制終端，用戶可以方便地對智能家居設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。用戶可以在下班途中，通過手機(jī)APP提前打開家中的空調(diào)、熱水器等設(shè)備，回到家就能享受舒適的環(huán)境；通過智能音箱，用戶可以使用語音指令控制燈光的開關(guān)、調(diào)節(jié)電器的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)更加便捷的智能家居體驗(yàn)。4.1.2室內(nèi)定位服務(wù)在室內(nèi)環(huán)境中，由于建筑物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和信號的遮擋，傳統(tǒng)的全球定位系統(tǒng)（GPS）無法提供準(zhǔn)確的定位服務(wù)。NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)高精度室內(nèi)定位提供了新的途徑，能夠滿足室內(nèi)導(dǎo)航、資產(chǎn)追蹤等需求。NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)利用LED照明燈具發(fā)出的光信號進(jìn)行定位。在室內(nèi)部署多個LED燈具作為信標(biāo)，每個LED燈具都有唯一的標(biāo)識和位置信息。接收端通過檢測不同LED燈具發(fā)出的光信號的強(qiáng)度、到達(dá)時(shí)間等參數(shù)，利用定位算法計(jì)算出自身的位置?；诮邮招盘枏?qiáng)度（RSS）的定位算法，接收端通過測量接收到的不同LED燈具光信號的強(qiáng)度，根據(jù)信號強(qiáng)度與距離的關(guān)系，利用三角定位法或指紋定位法計(jì)算出自身的位置。在一個房間內(nèi)，布置三個LED燈具作為信標(biāo)，接收端接收到這三個LED燈具的光信號強(qiáng)度分別為I_1、I_2、I_3，根據(jù)預(yù)先建立的信號強(qiáng)度與距離的模型，可以計(jì)算出接收端與三個LED燈具的距離d_1、d_2、d_3，然后通過三角定位法，就可以確定接收端在房間內(nèi)的位置。該系統(tǒng)的多用戶接入能力使得多個設(shè)備可以同時(shí)進(jìn)行定位，適用于室內(nèi)人員和資產(chǎn)的實(shí)時(shí)追蹤。在大型商場、倉庫等場所，需要對大量的人員和貨物進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和管理。NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)可以為每個人員和貨物配備一個可見光通信接收模塊，通過與室內(nèi)的LED信標(biāo)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位。商場管理人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握顧客和員工的位置信息，優(yōu)化商場布局和服務(wù)流程；倉庫管理人員可以實(shí)時(shí)追蹤貨物的位置，提高倉儲管理效率。NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)還具有較高的定位精度。與傳統(tǒng)的室內(nèi)定位技術(shù)，如藍(lán)牙定位、Wi-Fi定位等相比，可見光通信定位不受電磁干擾的影響，且光信號的傳播路徑相對穩(wěn)定，能夠提供更準(zhǔn)確的定位結(jié)果。在醫(yī)院、博物館等對定位精度要求較高的場所，可見光通信定位可以為醫(yī)護(hù)人員、參觀者提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航服務(wù)，方便他們快速找到目標(biāo)位置。在醫(yī)院中，患者可以通過手機(jī)上的定位應(yīng)用，根據(jù)可見光通信定位系統(tǒng)的指引，快速找到就診科室、藥房等位置；醫(yī)護(hù)人員可以實(shí)時(shí)追蹤醫(yī)療設(shè)備的位置，提高醫(yī)療服務(wù)效率。為了進(jìn)一步提高定位精度，NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)還可以結(jié)合其他技術(shù)，如慣性導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)視覺等。在人員移動過程中，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)記錄人員的運(yùn)動軌跡和加速度信息，與可見光通信定位結(jié)果進(jìn)行融合，提高定位的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可以通過攝像頭對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行圖像識別，輔助定位系統(tǒng)確定位置，進(jìn)一步提高定位精度。4.2智能交通4.2.1車聯(lián)網(wǎng)通信在車聯(lián)網(wǎng)通信中，NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛與基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車輛之間（V2V）的高效通信，為智能交通的發(fā)展提供關(guān)鍵支持。傳統(tǒng)的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，如蜂窩網(wǎng)絡(luò)、專用短程通信（DSRC）等，在面對日益增長的車輛數(shù)量和復(fù)雜的交通環(huán)境時(shí)，逐漸暴露出一些局限性，如頻譜資源緊張、通信延遲高、可靠性不足等。NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢，為車聯(lián)網(wǎng)通信帶來了新的解決方案。在車輛與基礎(chǔ)設(shè)施通信方面，交通信號燈、路邊基站等可以作為可見光通信的發(fā)射源，向車輛發(fā)送實(shí)時(shí)交通信息。交通信號燈可以通過NOMA-OFDM技術(shù)，將信號燈的狀態(tài)（紅燈、綠燈、黃燈）、剩余時(shí)間、交通流量信息等加載到光信號中，發(fā)送給附近的車輛。車輛通過車載的可見光通信接收模塊，接收這些信息，從而實(shí)現(xiàn)對交通信號燈的智能感知。當(dāng)車輛接收到交通信號燈即將變紅的信息時(shí)，車輛可以提前減速，避免急剎車，提高行駛的安全性和舒適性，同時(shí)也有助于減少能源消耗和尾氣排放。路邊基站可以向車輛發(fā)送路況信息，如道路擁堵情況、事故發(fā)生地點(diǎn)等，車輛可以根據(jù)這些信息及時(shí)調(diào)整行駛路線，提高出行效率。NOMA-OFDM系統(tǒng)的多用戶接入能力使得多個車輛可以同時(shí)與基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通信。在繁忙的十字路口，可能有大量車輛等待通行，NOMA-OFDM系統(tǒng)通過功率域復(fù)用和子載波共享機(jī)制，允許多個車輛在相同的時(shí)間和頻率資源上與交通信號燈或路邊基站進(jìn)行通信?；靖鶕?jù)車輛的信道條件和業(yè)務(wù)需求，為不同車輛分配不同的發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)多車輛同時(shí)接入。距離基站較遠(yuǎn)、信號較弱的車輛會被分配較高的功率，以保證其能夠準(zhǔn)確接收信息；而距離基站較近、信號較強(qiáng)的車輛則被分配較低的功率，從而提高系統(tǒng)的整體效率。在車輛之間通信方面，NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)可以利用車輛的前大燈、尾燈等作為發(fā)射源，實(shí)現(xiàn)車輛之間的短距離通信。車輛可以通過可見光通信向周圍車輛發(fā)送自身的位置、速度、行駛方向等信息，周圍車輛接收到這些信息后，可以及時(shí)做出反應(yīng)，避免碰撞事故的發(fā)生。在高速公路上，當(dāng)車輛需要變道時(shí)，通過可見光通信向后方車輛發(fā)送變道意圖和車輛狀態(tài)信息，后方車輛可以提前做好準(zhǔn)備，保持安全距離，提高行車安全性。該系統(tǒng)的低時(shí)延和抗干擾能力，能夠確保在車輛高速移動和復(fù)雜的交通環(huán)境下，通信的及時(shí)性和可靠性。在車輛高速行駛過程中，信號的傳輸延遲對行車安全至關(guān)重要。NOMA-OFDM系統(tǒng)通過其高效的信號處理和傳輸機(jī)制，能夠快速傳輸信息，降低通信延遲。在復(fù)雜的交通環(huán)境中，如惡劣天氣、隧道等場景下，信號容易受到干擾，NOMA-OFDM系統(tǒng)通過功率分配和干擾抵消技術(shù)，能夠有效抵抗干擾，保證通信的穩(wěn)定性。在暴雨天氣下，可見光通信信號可能會受到雨水的散射和吸收影響，NOMA-OFDM系統(tǒng)通過合理調(diào)整功率分配和采用干擾抵消技術(shù)，確保車輛之間和車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信不受影響，保障交通的正常運(yùn)行。4.2.2交通信號傳輸NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)在交通信號燈與車輛、行人之間的信息傳輸中具有重要應(yīng)用，能夠顯著提升交通管理的效率和安全性。傳統(tǒng)的交通信號傳輸方式主要依賴于信號燈的顏色變化，車輛和行人只能通過視覺觀察信號燈來獲取信息，這種方式信息傳遞有限，且容易受到視覺盲區(qū)、惡劣天氣等因素的影響。NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)為交通信號傳輸帶來了新的變革。交通信號燈可以通過NOMA-OFDM技術(shù)，將更多的信息以光信號的形式傳輸給車輛和行人。除了傳統(tǒng)的信號燈狀態(tài)信息外，還可以傳輸實(shí)時(shí)的交通流量數(shù)據(jù)、道路施工信息、公交優(yōu)先信息等。車輛通過車載的可見光通信接收模塊，能夠?qū)崟r(shí)獲取這些信息，從而更加智能地規(guī)劃行駛路線和調(diào)整行駛速度。當(dāng)車輛接收到前方道路施工的信息時(shí)，可以提前選擇其他路線，避免擁堵；當(dāng)公交車輛接收到公交優(yōu)先信息時(shí)，可以在路口優(yōu)先通行，提高公交運(yùn)行效率。對于行人來說，配備可見光通信接收設(shè)備（如智能手機(jī)、智能手表等），也可以接收交通信號燈發(fā)送的信息。在一些復(fù)雜的路口，行人可能難以準(zhǔn)確判斷信號燈的變化，通過可見光通信，行人可以接收到信號燈的語音提示或震動提醒，確保安全過馬路。在夜間或惡劣天氣條件下，可見光通信的信息傳輸優(yōu)勢更加明顯，能夠幫助行人更好地了解交通狀況，保障出行安全。NOMA-OFDM系統(tǒng)的抗干擾能力使得交通信號傳輸在復(fù)雜環(huán)境下依然可靠。在城市交通中，存在各種干擾源，如其他車輛的燈光、環(huán)境光等，這些干擾可能會影響交通信號燈信號的傳輸和接收。NOMA-OFDM系統(tǒng)通過功率分配和干擾抵消技術(shù)，能夠有效抵抗這些干擾，確保交通信號的準(zhǔn)確傳輸。在強(qiáng)光照射下，NOMA-OFDM系統(tǒng)可以通過合理調(diào)整功率分配，提高信號的強(qiáng)度，使其能夠在干擾環(huán)境中被準(zhǔn)確接收；通過干擾抵消技術(shù)，去除其他干擾信號的影響，保證交通信號的清晰度。該系統(tǒng)還可以與智能交通管理系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更加智能化的交通信號控制。智能交通管理系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)的交通流量、車輛位置等信息，通過NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)動態(tài)調(diào)整交通信號燈的時(shí)長和信號配時(shí)方案，優(yōu)化交通流量，減少車輛等待時(shí)間，提高道路通行能力。在交通流量高峰期，智能交通管理系統(tǒng)可以根據(jù)車輛的分布情況，延長繁忙方向的綠燈時(shí)間，縮短空閑方向的綠燈時(shí)間，使交通流更加順暢。4.3特殊環(huán)境通信4.3.1水下通信在水下通信領(lǐng)域，NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)射頻通信展現(xiàn)出多方面的顯著優(yōu)勢和巨大的應(yīng)用潛力。傳統(tǒng)射頻通信在水下環(huán)境面臨諸多困境。海水對射頻信號具有強(qiáng)烈的吸收和散射作用，導(dǎo)致信號在傳輸過程中能量迅速衰減，通信距離受到極大限制。通常情況下，射頻信號在海水中的有效傳輸距離僅為幾十米到幾百米，難以滿足水下中遠(yuǎn)距離通信的需求。海水的導(dǎo)電性使得射頻信號容易受到電磁干擾，通信質(zhì)量不穩(wěn)定，誤碼率較高。而且，射頻通信設(shè)備的功耗較大，對于依靠電池供電的水下設(shè)備來說，續(xù)航能力成為制約其長時(shí)間工作的關(guān)鍵因素。相比之下，NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)具有獨(dú)特的優(yōu)勢。海水對可見光中的藍(lán)綠光波段吸收相對較小，這使得可見光在水下具有一定的傳輸能力，能夠?qū)崿F(xiàn)中近距離的高速通信。在清澈的海水中，藍(lán)綠光的傳輸距離可達(dá)幾十米甚至上百米，為水下通信提供了新的可能性。NOMA-OFDM系統(tǒng)的高頻譜效率和多用戶接入能力，能夠在有限的帶寬資源下支持多個水下設(shè)備同時(shí)通信，滿足水下傳感器網(wǎng)絡(luò)、水下機(jī)器人協(xié)作等場景中多節(jié)點(diǎn)通信的需求。在一個水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可能部署了多個用于監(jiān)測水質(zhì)、水溫、水壓等參數(shù)的傳感器節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)需要實(shí)時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮斩恕OMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)可以通過功率域復(fù)用和子載波共享機(jī)制，允許多個傳感器節(jié)點(diǎn)在相同的時(shí)間和頻率資源上進(jìn)行通信，提高了通信效率和系統(tǒng)容量。該系統(tǒng)的抗干擾能力也使其在水下通信中表現(xiàn)出色。通過功率分配和干擾抵消技術(shù)，NOMA-OFDM系統(tǒng)能夠有效抵抗水下環(huán)境中的干擾，如海水的波動、其他光源的干擾等，保證通信的可靠性。在水下，由于水流的運(yùn)動和海洋生物的活動，可能會對通信信號產(chǎn)生干擾。NOMA-OFDM系統(tǒng)通過合理調(diào)整功率分配，為不同的水下設(shè)備分配合適的功率，提高信號的抗干擾能力；通過串行干擾消除（SIC）技術(shù)，去除多用戶之間的干擾，確保每個設(shè)備都能準(zhǔn)確地接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)在水下通信領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。在海洋監(jiān)測方面，可用于構(gòu)建水下傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對海洋環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸，為海洋科學(xué)研究、海洋資源開發(fā)等提供支持。在水下機(jī)器人領(lǐng)域，多個水下機(jī)器人可以通過可見光通信實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)，如水下勘探、水下救援等任務(wù)，提高作業(yè)效率和安全性。在軍事領(lǐng)域，可見光通信可以用于水下艦艇之間的通信，由于其不易被探測和干擾的特性，能夠提高通信的保密性和可靠性，增強(qiáng)軍事作戰(zhàn)能力。4.3.2醫(yī)療環(huán)境通信在醫(yī)院等對電磁輻射敏感的環(huán)境中，NOMA-OFDM可見光通信系統(tǒng)具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，并且在與醫(yī)療設(shè)備的兼容性方面表現(xiàn)良好。醫(yī)院內(nèi)部存在大量的醫(yī)療設(shè)備，如核磁共振成像（MRI）設(shè)備、心電監(jiān)護(hù)儀、手術(shù)設(shè)備等，這些設(shè)備對電磁輻射非常敏感。傳統(tǒng)的射頻通信技術(shù)在工作時(shí)會產(chǎn)生電