近年來(lái),隨著無(wú)線頻譜資源稀缺問(wèn)題嚴(yán)峻,可見(jiàn)光通信技術(shù)(Visible Light Communication,VLC)應(yīng)運(yùn)而生�？梢�(jiàn)光通信技術(shù)是以可見(jiàn)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(wú)線通信信號(hào)傳遞的載體來(lái)進(jìn)行通信的技術(shù)。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(tīng)等優(yōu)點(diǎn),因此近些年各國(guó)研究人員對(duì)VLC技術(shù)進(jìn)行了廣泛的關(guān)注,系統(tǒng)傳輸速率不斷提升,實(shí)用性不斷變強(qiáng),體現(xiàn)了VLC技術(shù)的巨大潛力和應(yīng)用價(jià)值。本文在多色可見(jiàn)光傳輸場(chǎng)景中主要開(kāi)展了擴(kuò)展LED帶寬的預(yù)均衡技術(shù)以及削弱多色光間干擾的發(fā)送預(yù)編碼技術(shù)的研究,并在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中加以測(cè)試與驗(yàn)證。本文具體研究?jī)?nèi)容如下:首先本文介紹可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的基本原理,并結(jié)合多色可見(jiàn)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(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸信道進(jìn)行了建模。之后為了最大限度的提高可見(jiàn)光傳輸系統(tǒng)的譜效率,本文將采用改進(jìn)的直流偏置正交頻分復(fù)用方案,即直流偏置OFDM(Direct Current Biased OFDM,DCO-OFDM)。為了充分挖掘可見(jiàn)光系統(tǒng)的傳輸資源,本文還針對(duì)多色傳輸系統(tǒng)進(jìn)行研究,并為有色域間干擾的情況下對(duì)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)中的發(fā)射預(yù)均衡技術(shù)。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(jiàn)光通信系統(tǒng)的信道特性,提出三種預(yù)均衡方案:模擬濾波器預(yù)均衡、數(shù)字迫零頻域預(yù)均衡、模擬和數(shù)字聯(lián)合預(yù)均衡方案;隨后結(jié)合實(shí)際系統(tǒng),分別設(shè)計(jì)模擬濾波器預(yù)均衡和數(shù)字迫零預(yù)均衡方案,通過(guò)仿真和硬件驗(yàn)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(shí)現(xiàn)成本、難度和性能等多方面指標(biāo),確定了數(shù)字預(yù)均衡作為發(fā)送預(yù)均衡方案。之后考慮到單色光可見(jiàn)光通信系統(tǒng)對(duì)于提升系統(tǒng)信道容量的局限性,本文研究了多色可見(jiàn)光通信技術(shù)。但由于濾光片的非理想特性,多色可見(jiàn)光系統(tǒng)存在色域串?dāng)_,并且串?dāng)_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(yù)編碼技術(shù)來(lái)緩解上述串?dāng)_的影響。首先以最小化均方誤差準(zhǔn)則給出存在色域串?dāng)_的可見(jiàn)光通信系統(tǒng)預(yù)編碼優(yōu)化問(wèn)題描述;然后,通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo),提出了針對(duì)預(yù)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(xiàn)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?cè)谟布䦟?shí)驗(yàn)平臺(tái)上驗(yàn)證了提出的預(yù)編碼方案的有效性。最后本文介紹了兩種可見(jiàn)光通信離線測(cè)試平臺(tái)的FPGA設(shè)計(jì)方案以及DCO-OFDM多色可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的演示平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案;并給出了演示平臺(tái)的硬件展示和關(guān)鍵性能指標(biāo)。通過(guò)實(shí)際系統(tǒng)的搭建,我們證明了通過(guò)預(yù)均衡等技術(shù),在紅綠藍(lán)(Red Green Blue,RGB)三色光通道的傳輸下,在3m的傳輸范圍內(nèi),系統(tǒng)的凈速率達(dá)到938.7Mbps,空口速率為1.25Gbps,誤幀率小于10~(-4)。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(jiàn)光通信中的正交頻分復(fù)用技術(shù)
        1.1.2 可見(jiàn)光MIMO技術(shù)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(jiàn)光通信系統(tǒng)概論
    2.1 引言
    2.2 可見(jiàn)光通信基本原理
        2.2.1 電光、光電轉(zhuǎn)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(jiàn)光通信系統(tǒng)信道特性
        2.3.1 系統(tǒng)模型
        2.3.2 可見(jiàn)光通信信道特性
    2.4 OFDM可見(jiàn)光通信系統(tǒng)模型
    2.5 多色可見(jiàn)光MIMO通信系統(tǒng)
        2.5.1 系統(tǒng)模型
        2.5.2 多色可見(jiàn)光MIMO信道測(cè)量結(jié)果
    2.6 本章小節(jié)
第三章 OFDM可見(jiàn)光通信系統(tǒng)發(fā)送預(yù)均衡技術(shù)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(yù)均衡器方案
    3.3 可見(jiàn)光通信系統(tǒng)預(yù)均衡方案
        3.3.1 模擬預(yù)均衡方案
        3.3.2 數(shù)字預(yù)均衡方案
        3.3.3 模擬與數(shù)字聯(lián)合預(yù)均衡方案
    3.4 仿真性能分析及硬件平臺(tái)驗(yàn)證
        3.4.1 模擬預(yù)均衡濾波器硬件測(cè)試結(jié)果
        3.4.2 數(shù)字預(yù)均衡仿真結(jié)果
        3.4.3 不同預(yù)均衡方案在實(shí)際信道下的驗(yàn)證與分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 RGBA多色可見(jiàn)光MIMO系統(tǒng)預(yù)編碼優(yōu)化
    4.1 引言
    4.2 最小化均方誤差預(yù)編碼優(yōu)化問(wèn)題的提出
    4.3 最小化均方誤差預(yù)編碼優(yōu)化問(wèn)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(tái)驗(yàn)證
        4.4.1 仿真結(jié)果
        4.4.2 硬件平臺(tái)測(cè)量結(jié)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(jiàn)光通信系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)
    5.1 引言
    5.2 可見(jiàn)光通信離線測(cè)試平臺(tái)
        5.2.1 基于Microblaze和 JTAG的離線測(cè)試平臺(tái)
        5.2.2 基于以太網(wǎng)和DDR3 的離線測(cè)試平臺(tái)
    5.3 室內(nèi)可見(jiàn)光實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)
        5.3.1 演示平臺(tái)器件選型
        5.3.2 演示平臺(tái)基帶設(shè)計(jì)方案
        5.3.3 演示平臺(tái)性能及展示
    5.4 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)與展望
    6.1 論文工作總結(jié)
    6.2 進(jìn)一步研究方向
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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

本文編號(hào)：2875480