【摘要】：可見光通信技術(shù)是利用可以發(fā)出明暗閃爍的光信號的LED光源作為信號發(fā)生器的一種光通信技術(shù)。它具有可用頻帶寬,通信容量大,傳輸速率高及抗電磁干擾能力強等優(yōu)點。當(dāng)今社會,人們對通信技術(shù)的要求越來越高,其應(yīng)用也越來越廣泛,但是電磁通信面臨著可用頻帶越來越少的問題,其通信速度以及通信質(zhì)量也越來越不能滿足當(dāng)前社會需求。隨著LED技術(shù)的飛速發(fā)展,為可見光通信技術(shù)的研究奠定了堅實的基礎(chǔ),國內(nèi)外學(xué)者也開展了對可見光通信技術(shù)的系統(tǒng)研究。本文中首先分析了湍流大氣對可見光通信系統(tǒng)的影響機理,深入探究了湍流大氣中各項參數(shù)對可見光通信系統(tǒng)通信性能的影響,計算推導(dǎo)了在大氣湍流影響下可見光信號的傳輸鏈路方程,定性分析了不同參數(shù)對通信鏈路上光信號傳輸功率的影響。通過數(shù)學(xué)建模和數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法,在理想大氣條件下建立由視距傳輸和漫反射光路兩部分構(gòu)成的智能交通可見光通信系統(tǒng)模型,并將實際情況下湍流分布模型代入已建的可見光交通通信系統(tǒng)幾何模型中進一步計算整個通信系統(tǒng)的各項結(jié)構(gòu)參數(shù)。計算分析了信噪比、孔徑大小、能見度、波長和束腰半徑等對可見光通信誤碼率、信道容量等因素的影響,對比了OOK、DPSK和PPM三種調(diào)制方式對系統(tǒng)通信性能的影響。與此同時系統(tǒng)分析了雨天、霧天及雪天等特殊大氣環(huán)境對系統(tǒng)接收功率的影響,進一步繪制了輸出功率、誤碼率以信道容量的分布圖,給出了交通系統(tǒng)可見光通信的有效覆蓋范圍。經(jīng)過計算仿真分析發(fā)現(xiàn):(1)孔徑大小、能見度、波長、束腰半徑以及大氣折射結(jié)構(gòu)常數(shù)均會對系統(tǒng)的傳輸功率造成影響,從而引起系統(tǒng)信道容量和誤碼率的變化。其中傳輸功率與可見光波長、接收機孔徑、光束腰半徑以及大氣能見度均成正比關(guān)系,與大氣折射結(jié)構(gòu)常數(shù)成反比關(guān)系,且隨著系統(tǒng)功率的增加,系統(tǒng)的信道容量會隨之增大,系統(tǒng)誤碼率會隨之減小。(2)在晴朗的大氣環(huán)境下,信號燈與車之間的通信系統(tǒng)可以實現(xiàn)100m范圍內(nèi)的有效通信,車與車之間的通信系統(tǒng)可以實現(xiàn)110m范圍內(nèi)的有效通信,但隨著降雨量和降雪量的增加,以及能見度的降低,系統(tǒng)的有效通信距離會逐漸縮短。而在濃霧、大雨以及暴雪的情況下,系統(tǒng)幾乎無法實現(xiàn)有效的通信。(3)相比于DPSK和OOK調(diào)制方式,PPM調(diào)制方式性能更優(yōu),隨著采樣判決時所取時隙個數(shù)的增加,PPM調(diào)制方式的通信性能會逐漸優(yōu)化。基于此模型的仿真結(jié)果與實際情況基本吻合,收發(fā)及環(huán)境參數(shù)與系統(tǒng)傳輸功率、系統(tǒng)誤碼率以及系統(tǒng)信道容量的關(guān)系式和關(guān)系曲線在文中詳細的給出。通過適當(dāng)?shù)倪x擇和調(diào)整系統(tǒng)各項參數(shù),可以有效地提高智能交通系統(tǒng)的通信性能,為智能交通系統(tǒng)可見光通信的工程應(yīng)用提供一定的參考價值。
【圖文】：

圖 2.1 湍流能量級聯(lián)理論（L0為湍流的外尺度，l0為湍流的內(nèi)尺度）小尺度渦旋產(chǎn)生于大尺度渦旋的不穩(wěn)定分裂，該分裂過程會持續(xù)進行直至此渦旋雷諾常數(shù)達到閾值。這就意味著這種變化過程持續(xù)到渦旋的自身的動能和同時刻其內(nèi)能的形式輸出的能量相等，此時渦旋變換為最小長度為0l ，這個最小的渦旋長度就是湍流的內(nèi)尺度。渦旋尺度小于0l 的湍流區(qū)域，被稱為湍流的耗散區(qū)。大氣湍流尺度和內(nèi)尺度之間的大氣湍流區(qū)域被稱為慣性子區(qū)[60]。Kolmogorov 指出，，慣性子內(nèi)的各個氣流渦旋是各向同性且均勻分布的，這就意味著可以通過統(tǒng)計測量的方式算其各項特性。而在此區(qū)域內(nèi)不同渦旋之間傳遞并無能量消耗，即輸入?yún)^(qū)向慣性區(qū)輸?shù)哪芰康扔趹T性區(qū)氣流渦旋以內(nèi)能的形式消耗的能量。湍流大氣是一種非均勻的光學(xué)介質(zhì)，在一確定的位置上，其各項參數(shù)也是波動變的，而這將會引起大氣折射率波動變化，即為湍流。其變化頻率一般能達到幾百赫，變化的空間尺度則為毫米量級。由于湍流效應(yīng)的影響，會產(chǎn)生影響通信系統(tǒng)的一列現(xiàn)象，比如光束擴展、相干性退化以及光斑抖動等。大氣湍流是一個隨機過程，具有一定的復(fù)雜性和隨機性，所以我們在后文的近地

圖 3.1 光鏈路模型LED 可見光無線光通信系統(tǒng)中，無論是室內(nèi)還是室外系統(tǒng)，現(xiàn)個部分，即光信號的發(fā)射端和光信號的接收端。圖 3.2 是室外的無線光通信系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。從圖中我們可以看到，室外基線光通信系統(tǒng)主要由實施交通信息、調(diào)制、驅(qū)動電路、室外 和車載接收器、光電檢測電路、解調(diào)、信息復(fù)原的光接收端組
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U495;TN929.1

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5 傅

本文編號：2597423