【摘要】：隨著無線通信技術的不斷發(fā)展和用戶數(shù)量的持續(xù)增多,人們對移動通信網(wǎng)絡的帶寬需求也不斷提高。然而當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今人們日益增長的信息需求。在這種情況下,可見光通信技術應運而生。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�？梢姽馔ㄐ偶夹g自從誕生以來就受到了國內外研究人員的廣泛關注。本文主要研究了影響可見光通信系統(tǒng)的關鍵技術,并在此基礎之上實現(xiàn)了可見光通信系統(tǒng)的硬件設計。首先,本文研究了可見光通信的信道特性,對在大氣衰減、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)學模型�；谠摂�(shù)學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,證明了表達式的正確性。其次,本文研究了可見光通信系統(tǒng)中的調制技術。本文分析了二進制調制技術與多進制調制技術的性能特點,比較了二進制調制技術中OOK調制、PPM調制以及DPPM調制的頻譜效率和功率效率。通過仿真分析可知,與PPM、DPPM調制相比OOK調制系統(tǒng)的頻譜利用率更高,因此在通信系統(tǒng)設計初期更適合使用OOK調制以降低設計的復雜度。然后,本文設計了可見光通信系統(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體激光器的調制速度,使用線性均衡的方法解決了半導體光源器件的非線性問題,使用電壓緩沖器放大電流信號的方法提高電壓信號的驅動能力以及使用T型偏置器解決了半導體光源的使用壽命短的問題。最后,論文通過測試眼圖形狀定性的驗證了硬件電路的性能。最后,本文設計了可見光通信系統(tǒng)的底層硬件,包括A/D轉換器、D/A轉換器和三速以太網(wǎng)的驅動程序。論文還研究了A/D轉換器和D/A轉換器的選擇對系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響,得出A/D轉換器的精度越大、頻率越高越有利于系統(tǒng)性能的提高的結論。除此之外,論文研究了網(wǎng)絡傳輸?shù)闹忻襟w訪問控制層的作用,并剖析了其數(shù)據(jù)幀的結構、設計了三速以太網(wǎng)的驅動模塊。通過硬件仿真顯示了該模塊可以實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的正確傳輸,驗證了設計的正確性。
[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.
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.1

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本文編號：2123965