基于MATLAB的可见光通信（VLC）系统仿真

一、系统架构设计

1. 基本参数配置

%% 系统参数定义
params = struct(...
    'symbol_rate', 1e6,    % 符号速率 (Baud)
    'led_bandwidth', 2e6,  % LED调制带宽 (Hz)
    'distance', 2,         % 传输距离 (m)
    'snr_range', 0:5:20,   % SNR范围 (dB)
    'modulation', '16QAM', % 调制方式 {'OOK','PPM','16QAM'}
    'channel_model', 'Lambertian'); % 信道模型

2. 光信道建模

function H = create_channel(params)
    % Lambertian信道模型 theta_rx = 0; % 接收角
    m = -log(2)/log(cosd(theta_rx/2)); % Lambertian阶数
    H = @(Prx) Prx.^(-m) .* exp(-params.led_bandwidth/(2*Prx));
end

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二、核心仿真模块

1. 信号生成与调制

%% 数据生成
N = 1e4; % 比特数
data = randi([0 1], 1, N);

%% 调制器
switch params.modulation
    case 'OOK'
        tx = 2*data - 1; % 二进制开关键控
    case 'PPM'
        M = 4; % 4-PPM
        symbols = randi([0 M-1], 1, N/M);
        tx = zeros(1, N);
        for i = 1:N/M
            tx((i-1)*M+1) = 1; % 脉冲位置调制
        end
    case '16QAM'
        tx = qammod(data, 16); % 16QAM调制
end

2. 光强度调制

% LED驱动电路建模 A = 0.5; % 直流偏置
B = 0.3; % 调制深度
drive_signal = A + B*tx;

% 光功率计算
Prx = drive_signal.^2 .* params.channel_model(A); % 接收光功率

3. 噪声与干扰建模

% AWGN噪声
SNR = 10^(params.snr_range/10);
noise_power = var(drive_signal)/SNR;
noise = sqrt(noise_power/2)*(randn(size(drive_signal)) + 1j*randn(size(drive_signal)));

% 光闪烁效应 flicker = 0.1*randn(size(drive_signal)); % 随机光强波动
received = drive_signal + flicker + noise;

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三、接收端处理

1. 同步与判决

%% 前导同步（滑动相关法）
preamble = [ones(1,10) -ones(1,10)]; % 前导序列
corr = xcorr(received, preamble);
[~, idx] = max(corr);
sync_pos = idx(1);

%% 符号判决
received_aligned = received(sync_pos:sync_pos+length(tx)-1);
if strcmp(params.modulation, 'PPM')
    % PPM判决 energy = conv(received_aligned, ones(1,params.symbol_rate), 'same');
    [~, idx] = max(energy);
    rx_bits = zeros(1,N);
    rx_bits(idx) = 1;
else
    % QAM/OOK判决
    rx_bits = real(received_aligned) > 0;
end

2. 误码率计算

ber = sum(rx_bits ~= data)/N;
disp(['BER: ', num2str(ber)]);

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四、性能分析可视化

1. BER-SNR曲线

figure;
semilogy(params.snr_range, ber, 'b-o', 'LineWidth', 1.5);
xlabel('SNR (dB)'); ylabel('BER'); grid on;
title('VLC系统BER性能曲线');

2. 光强分布仿真

[X,Y] = meshgrid(0:0.1:5);
Prx_matrix = arrayfun(@(x,y) params.channel_model(sqrt(x^2+y^2)), X, Y);
surf(X,Y,Prx_matrix);
xlabel('X (m)'); ylabel('Y (m)'); zlabel('接收光功率 (W)');
title('室内光强分布仿真 ');

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五、高级功能扩展

1. MIMO-VLC系统

% 多LED阵列建模
num_LEDs = 4;
led_positions = [1,2; 3,4; 5,6; 7,8]; % 坐标矩阵
channel_matrix = zeros(size(led_positions,1),1);
for i = 1:size(led_positions,1)
    dist = norm(led_positions(i,:) - [0,0]);
    channel_matrix(i) = 1/sqrt(dist); % 路径损耗模型
end

2. 非线性补偿

% Volterra级数补偿 N_tap = 3;
volterra = comm.VolterraFilter('NonlinearityOrder', N_tap);
compensated = volterra(received);

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六、完整仿真流程

%% 主程序流程
1. 参数配置：设置调制方式、SNR范围、信道参数
2. 信号生成：产生随机比特流并进行调制
3. 光强调制：叠加直流偏置和调制信号
4. 信道传输：添加光强衰减、闪烁噪声和AWGN
5. 接收处理：同步、判决、误码率计算
6. 结果可视化：绘制BER曲线和光强分布

参考代码 可见光通信研究工作matlab代码 www.youwenfan.com/contentcnq/46617.html

七、调试与优化建议

1. 参数敏感性分析：调整led_bandwidth和modulation参数观察性能变化

2. 多径效应模拟：在信道模型中添加时延扩展分量

3. 硬件加速：使用GPU加速大规模矩阵运算

4. 协议层仿真：添加MAC层协议（如TDMA调度）

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八、应用场景验证

1. 室内定位系统：通过RSSI实现厘米级定位

2. 高速数据传输：验证4K视频流传输的稳定性

3. 智能照明控制：结合调光与数据传输功能

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九、参考文献

基于QPSK和16QAM的可见光通信误码率仿真（CSDN博客）

MIMO-NOMA可见光通信系统性能研究（CSDN博客）

室内光通信信道信噪比分析（博客园）

可见光通信系统仿真代码（CSDN资源）

FLI仿真模型与光闪烁效应分析（CSDN博客）

PPM调制VLC系统仿真（CSDN博客）