【摘要】：隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶數(shù)量的持續(xù)增多,人們對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求也不斷提高。然而當(dāng)今世界無線頻譜資源緊張,大多數(shù)可用頻段都已被占用。傳統(tǒng)的射頻通信越來越難以滿足當(dāng)今人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的信息需求。在這種情況下,可見光通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。由于可見光通信使用的可見光波段還是空白頻譜,所以無需授權(quán)即可使用。除此之外,可見光通信還具有安全性高、保密性好以及綠色節(jié)能等特點(diǎn)�？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)自從誕生以來就受到了國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。本文主要研究了影響可見光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),并在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)了可見光通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。首先,本文研究了可見光通信的信道特性,對(duì)在大氣衰減、大氣湍流和指向誤差三種因素影響下的混合大氣信道建立了可靠的數(shù)學(xué)模型。基于該數(shù)學(xué)模型本文得出了混合信道下通信系統(tǒng)平均誤碼率的閉合表達(dá)式,并通過蒙特卡羅方法得出與理論數(shù)據(jù)吻合的仿真曲線,證明了表達(dá)式的正確性。其次,本文研究了可見光通信系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)。本文分析了二進(jìn)制調(diào)制技術(shù)與多進(jìn)制調(diào)制技術(shù)的性能特點(diǎn),比較了二進(jìn)制調(diào)制技術(shù)中OOK調(diào)制、PPM調(diào)制以及DPPM調(diào)制的頻譜效率和功率效率。通過仿真分析可知,與PPM、DPPM調(diào)制相比OOK調(diào)制系統(tǒng)的頻譜利用率更高,因此在通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期更適合使用OOK調(diào)制以降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。然后,本文設(shè)計(jì)了可見光通信系統(tǒng)的硬件電路。分別通過反向并聯(lián)肖特基二極管的方法提高半導(dǎo)體激光器的調(diào)制速度,使用線性均衡的方法解決了半導(dǎo)體光源器件的非線性問題,使用電壓緩沖器放大電流信號(hào)的方法提高電壓信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力以及使用T型偏置器解決了半導(dǎo)體光源的使用壽命短的問題。最后,論文通過測(cè)試眼圖形狀定性的驗(yàn)證了硬件電路的性能。最后,本文設(shè)計(jì)了可見光通信系統(tǒng)的底層硬件,包括A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器和三速以太網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)程序。論文還研究了A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器的選擇對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響,得出A/D轉(zhuǎn)換器的精度越大、頻率越高越有利于系統(tǒng)性能的提高的結(jié)論。除此之外,論文研究了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹忻襟w訪問控制層的作用,并剖析了其數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)了三速以太網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)模塊。通過硬件仿真顯示了該模塊可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的正確傳輸,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。
[Abstract]:With the development of wireless communication technology and the continuous increase of the number of users, the demand for the bandwidth of mobile communication network is also increasing. However, the world wireless spectrum resources are scarce, most of the available frequency band has been occupied. Traditional RF communication is more and more difficult to meet the increasing information demand. In this case, visible light communication technology came into being. Because the visible spectrum used in visible light communication is still blank spectrum, it can be used without authorization. In addition, visible light communication also has the characteristics of high security, good confidentiality and green energy saving. Since the birth of visible light communication technology, researchers at home and abroad have paid close attention to it. In this paper, the key technologies that affect the visible light communication system are studied, and the hardware design of the visible light communication system is realized. Firstly, this paper studies the channel characteristics of visible light communication, and establishes a reliable mathematical model for the mixed atmospheric channel under the influence of atmospheric attenuation, atmospheric turbulence and pointing error. Based on this mathematical model, the closed expression of the average bit error rate (BER) of the communication system in mixed channels is obtained, and the simulation curve consistent with the theoretical data is obtained by Monte Carlo method, which proves the correctness of the expression. Secondly, the modulation technology in visible light communication system is studied in this paper. In this paper, the performance characteristics of binary modulation and multiary modulation are analyzed, and the spectral efficiency and power efficiency of OOK modulation PPM modulation and DPPM modulation are compared. The simulation results show that the OOK modulation system has higher spectral efficiency than PPM-DPPM modulation, so it is more suitable to use OOK modulation in the early stage of communication system design to reduce the complexity of the design. Then, the hardware circuit of visible light communication system is designed. The modulation speed of semiconductor laser is improved by reverse parallel Schottky diode, and the nonlinear problem of semiconductor light source device is solved by linear equalization method. Using voltage buffer to amplify current signal improves the driving ability of voltage signal and solves the problem of short service life of semiconductor light source by using T-type bias device. Finally, the performance of the hardware circuit is verified qualitatively by testing the shape of the eye diagram. Finally, this paper designs the underlying hardware of visible light communication system, including A / D converter D / A converter and three-speed Ethernet driver. The influence of the selection of A / D converter and D / A converter on the performance of the system is also studied. It is concluded that the higher the precision of the A / D converter, the higher the frequency, the better the performance of the system. In addition, the paper studies the role of media access control layer in network transmission, analyzes the structure of its data frame, and designs the driving module of three-speed Ethernet. The hardware simulation shows that the module can realize the correct transmission of Ethernet data and verify the correctness of the design.
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN929.1

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