近年來,隨著無線頻譜資源稀缺問題嚴峻,可見光通信技術(Visible Light Communication,VLC)應運而生�？梢姽馔ㄐ偶夹g是以可見光取代傳統(tǒng)射頻通信中的射頻或微波頻段的電磁波作為無線通信信號傳遞的載體來進行通信的技術。它具有節(jié)能環(huán)保、頻段不受限、電磁干擾小和安全防竊聽等優(yōu)點,因此近些年各國研究人員對VLC技術進行了廣泛的關注,系統(tǒng)傳輸速率不斷提升,實用性不斷變強,體現(xiàn)了VLC技術的巨大潛力和應用價值。本文在多色可見光傳輸場景中主要開展了擴展LED帶寬的預均衡技術以及削弱多色光間干擾的發(fā)送預編碼技術的研究,并在實驗平臺中加以測試與驗證。本文具體研究內容如下:首先本文介紹可見光通信系統(tǒng)的基本原理,并結合多色可見光傳輸系統(tǒng)中核心器件(包括了LED,濾光片以及光電接收器等)的特征對點對點傳輸信道進行了建模。之后為了最大限度的提高可見光傳輸系統(tǒng)的譜效率,本文將采用改進的直流偏置正交頻分復用方案,即直流偏置OFDM(Direct Current Biased OFDM,DCO-OFDM)。為了充分挖掘可見光系統(tǒng)的傳輸資源,本文還針對多色傳輸系統(tǒng)進行研究,并為有色域間干擾的情況下對信道建立了多輸入與多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)的模型。為了最大限度地拓展商用LED的傳輸帶寬,論文研究了點對點可見光通信系統(tǒng)中的發(fā)射預均衡技術。本文從傳統(tǒng)的均衡器方案出發(fā),根據(jù)單發(fā)單收可見光通信系統(tǒng)的信道特性,提出三種預均衡方案:模擬濾波器預均衡、數(shù)字迫零頻域預均衡、模擬和數(shù)字聯(lián)合預均衡方案;隨后結合實際系統(tǒng),分別設計模擬濾波器預均衡和數(shù)字迫零預均衡方案,通過仿真和硬件驗證以上兩種方案在性能上的差別。最后綜合考慮該兩種方案在實現(xiàn)成本、難度和性能等多方面指標,確定了數(shù)字預均衡作為發(fā)送預均衡方案。之后考慮到單色光可見光通信系統(tǒng)對于提升系統(tǒng)信道容量的局限性,本文研究了多色可見光通信技術。但由于濾光片的非理想特性,多色可見光系統(tǒng)存在色域串擾,并且串擾隨著用戶的位置的變化而發(fā)生改變。為此,本文將考慮采用發(fā)送預編碼技術來緩解上述串擾的影響。首先以最小化均方誤差準則給出存在色域串擾的可見光通信系統(tǒng)預編碼優(yōu)化問題描述;然后,通過數(shù)學推導,提出了針對預編碼矩陣行分塊的求解方案。仿真表明本文提出的方案比現(xiàn)有文獻中的收發(fā)循環(huán)迭代優(yōu)化方法和梯度投影優(yōu)化方法的性能更好,我們在硬件實驗平臺上驗證了提出的預編碼方案的有效性。最后本文介紹了兩種可見光通信離線測試平臺的FPGA設計方案以及DCO-OFDM多色可見光通信系統(tǒng)的演示平臺的設計和實現(xiàn)方案;并給出了演示平臺的硬件展示和關鍵性能指標。通過實際系統(tǒng)的搭建,我們證明了通過預均衡等技術,在紅綠藍(Red Green Blue,RGB)三色光通道的傳輸下,在3m的傳輸范圍內,系統(tǒng)的凈速率達到938.7Mbps,空口速率為1.25Gbps,誤幀率小于10~(-4)。
【學位單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
縮略詞
第一章 緒論
    1.1 論文研究背景
        1.1.1 可見光通信中的正交頻分復用技術
        1.1.2 可見光MIMO技術研究現(xiàn)狀
        1.1.3 多色光通信系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
    1.2 碩士主要研究工作和本文章節(jié)安排
第二章 可見光通信系統(tǒng)概論
    2.1 引言
    2.2 可見光通信基本原理
        2.2.1 電光、光電轉換器件
        2.2.2 發(fā)射模擬后端電路
        2.2.3 濾光片特性
        2.2.4 接收模擬前端電路
    2.3 單發(fā)單收可見光通信系統(tǒng)信道特性
        2.3.1 系統(tǒng)模型
        2.3.2 可見光通信信道特性
    2.4 OFDM可見光通信系統(tǒng)模型
    2.5 多色可見光MIMO通信系統(tǒng)
        2.5.1 系統(tǒng)模型
        2.5.2 多色可見光MIMO信道測量結果
    2.6 本章小節(jié)
第三章 OFDM可見光通信系統(tǒng)發(fā)送預均衡技術研究
    3.1 引言
    3.2 常用均衡器方案
        3.2.1 接收后均衡器方案
        3.2.2 發(fā)送預均衡器方案
    3.3 可見光通信系統(tǒng)預均衡方案
        3.3.1 模擬預均衡方案
        3.3.2 數(shù)字預均衡方案
        3.3.3 模擬與數(shù)字聯(lián)合預均衡方案
    3.4 仿真性能分析及硬件平臺驗證
        3.4.1 模擬預均衡濾波器硬件測試結果
        3.4.2 數(shù)字預均衡仿真結果
        3.4.3 不同預均衡方案在實際信道下的驗證與分析
    3.5 本章小結
第四章 RGBA多色可見光MIMO系統(tǒng)預編碼優(yōu)化
    4.1 引言
    4.2 最小化均方誤差預編碼優(yōu)化問題的提出
    4.3 最小化均方誤差預編碼優(yōu)化問題的求解
        4.3.1 基于循環(huán)迭代的優(yōu)化算法
        4.3.2 梯度投影優(yōu)化算法
        4.3.3 基于行分塊的優(yōu)化算法
    4.4 仿真性能分析及硬件平臺驗證
        4.4.1 仿真結果
        4.4.2 硬件平臺測量結果
    4.5 本章小節(jié)
    4.6 附錄
        4.6.1 引理1 證明
        4.6.2 引理2 證明
第五章 可見光通信系統(tǒng)硬件平臺設計
    5.1 引言
    5.2 可見光通信離線測試平臺
        5.2.1 基于Microblaze和 JTAG的離線測試平臺
        5.2.2 基于以太網(wǎng)和DDR3 的離線測試平臺
    5.3 室內可見光實時通信系統(tǒng)
        5.3.1 演示平臺器件選型
        5.3.2 演示平臺基帶設計方案
        5.3.3 演示平臺性能及展示
    5.4 本章小結
第六章 全文總結與展望
    6.1 論文工作總結
    6.2 進一步研究方向
參考文獻
作者簡介
致謝

【參考文獻】

相關碩士學位論文 前1條

1 陶于陽;高速多色光通信系統(tǒng)接收技術研究[D];東南大學;2016年

本文編號：2875480