【摘要】：在信息爆炸的時代,隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn),當(dāng)前無線通信網(wǎng)絡(luò)存在著信息不安全、頻譜資源緊缺、電磁干擾等問題,無線通信已經(jīng)不能滿足人們的生活需求。可見光通信作為一種可以兼顧照明和通信功能、綠色環(huán)保的新型無線通信技術(shù),因其安裝簡單、使用方便和通信速度快的優(yōu)點,近年來受到了全球研究人員的廣泛關(guān)注,其研究成果頗豐�？梢姽馔ㄐ畔到y(tǒng)使用白光LED作為光源。信號通過處理單元進(jìn)行編碼調(diào)制轉(zhuǎn)化為電信號,電信號再傳送到光源處形成光信號,光信號經(jīng)自由空間傳輸,由接收端光電探測器接收并轉(zhuǎn)為電信號,最后經(jīng)過解調(diào)譯碼,將信號顯示出來,從而完成信號的傳輸。本文研究重點為基于白光LED的室內(nèi)點對點可見光通信系統(tǒng)搭建和OFDM技術(shù)仿真分析。所做的具體工作如下:(1)針對目前可見光通信的研究大部分停留在理論分析階段這種情況,本文設(shè)計了一套基于白光LED的室內(nèi)可見光通信方案并研制出了一套可實現(xiàn)字符和音頻實時傳輸?shù)目梢姽馔ㄐ畔到y(tǒng)樣機,實驗樣機選擇的是同時同頻單工通信方式,收發(fā)端控制芯片均為STM32。在調(diào)制解調(diào)方面系統(tǒng)選用的是抗干擾能力比較強且易于實現(xiàn)的PWM調(diào)制技術(shù)。最后對搭建的實驗平臺進(jìn)行了測試,該樣機通信距離能夠達(dá)到3米,通信速率穩(wěn)定在200Kbps,并驗證了設(shè)計方案的可行性。(2)為了解決實際應(yīng)用中因光源分散產(chǎn)生的多徑效應(yīng)問題,提高系統(tǒng)通信性能,本文又深入研究了可見光通信的OFDM調(diào)制技術(shù),利用MATLAB軟件進(jìn)行了一系列仿真驗證。結(jié)果表明子載波QAM/PSK根據(jù)具體信道情況合理添加編碼方式,能有效降低誤碼率。為后續(xù)可見光通信系統(tǒng)投入實際生活中提供了理論支撐。
【圖文】：

無線通信技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)發(fā)達(dá)，我們可以在學(xué)習(xí)、工作、生活中隨時通過無線網(wǎng)絡(luò)連接互聯(lián)網(wǎng)。然而隨著無線電頻譜資源的緊缺，電磁信號的干擾，以及信息泄密等問題的日益嚴(yán)重，應(yīng)運而生的可見光通信技術(shù)以其特有的優(yōu)勢迅速發(fā)展，成為目前國內(nèi)外無線通信領(lǐng)域研究的熱點。早期的光通信主要以激光通信和紅外通信為主[1]，，信息加載到激光或紅外線上進(jìn)行傳輸，接收端通過光電探測器進(jìn)行光信號到電信號的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而得到原始信息。與傳統(tǒng)光纖通信相比，激光與紅外線具有安裝方便，成本較低等優(yōu)點，但其通信距離受外界影響較大，同時，激光對人體具有一定的傷害，安全性能得不到保證，由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，LED 燈的出現(xiàn)解決了早期光通信的問題。最早的 LED 燈只有紅光，隨著科技的發(fā)展，五顏六色的 LED 燈逐漸出現(xiàn)在市場中，其中發(fā)白光的 LED 亮度較高，低能耗，壽命長，綠色環(huán)保等特點受到人們的喜愛，并逐漸替代了白熾燈成為了照明的存在。另外，該種燈擁有反應(yīng)時間短，調(diào)制性能好等優(yōu)勢，可代替激光與紅外線成為信號的傳送載體，成為可見光通信技術(shù)光源的最佳選擇。

對于可見光通信的研究，國外要比國內(nèi)起步的早，在日本最先展開。在 2000年，中川研究室的科學(xué)家們[1]首先對系統(tǒng)光源進(jìn)行了選擇分析，綜合各方面因素，白光 LED 以高速調(diào)制、提供光亮的同時還能頻閃傳輸信號的優(yōu)勢成為實驗研究重點，之后該研究室又對通信信道進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模和理論仿真。2004 年，M.Nakagawa 研究團隊[1]對室內(nèi) LED 可見光通信系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了具體分析，主要包括適合室內(nèi)通信的燈光陣列布局、直射和漫射式傳輸信道可能會產(chǎn)生的符號間干擾以及多徑效應(yīng)。2007 年，該科研團隊的研究人員又對可見光通信系統(tǒng)中亮度的調(diào)整進(jìn)行了一系列實驗，先采用控制光源屬性 LED 調(diào)制深度的方式，之后又研究了 PWM（脈沖寬度調(diào)制）中亮度隨信號頻率變化的規(guī)律，通過對比實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)在控制亮度的性能方面，采用 PWM 的方法不如采用調(diào)節(jié)調(diào)制深度方法[1]。2008 至 2009 年，他們又繼續(xù)研究了目前應(yīng)用比較廣泛的室內(nèi)可見光定位系統(tǒng)，通過實驗證明可以實現(xiàn)室內(nèi)高精度定位功能[1]。2010 年,歐洲 OMEGA 成員使用雪崩二極管,利用 DMT-QAM 技術(shù)將可見光通信速率提高到 513Mbps[1]。2011 年,他們又在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上將熒光體白光LED 換為 RGB 型白光 LED,利用波分復(fù)用的原理,取得了 803Mbps 的通信速率。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2624429