【摘要】：基于LED的可見光通信系統(tǒng)通過LED照明器件發(fā)出的高速明暗可見光信號(hào)來傳輸信息,在滿足日常照明要求的同時(shí),可以實(shí)現(xiàn)高速的無線數(shù)據(jù)傳輸。與傳統(tǒng)的無線射頻通信系統(tǒng)相比,可見光通信(本文后續(xù)提到的可見光通信均指LED可見光通信)系統(tǒng)使用波長(zhǎng)介于380 nm至780 nm的可見光。該系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、光譜頻段寬、通信速率高、無電磁干擾、安全保密性好、無需頻譜許可證等諸多優(yōu)點(diǎn),較無線紅外和紫外通信系統(tǒng)具有信號(hào)功率高、無健康安全威脅等優(yōu)勢(shì),已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。本文研究可見光通信的關(guān)鍵問題之一——鏈路問題。如果按照光發(fā)射-接收的時(shí)間順序,可見光鏈路包括可見光通信光源,可見光傳輸和可見光接入三個(gè)部分。論文的工作主要包括以下幾點(diǎn)。1.可見光通信鏈路的傳輸段,主要包括干擾和噪聲兩方面問題。本文結(jié)合泊松隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論和可見光信道模型,研究分析了可見光通信的信道特性,提出了不同環(huán)境下信道模型的解析表達(dá)式。結(jié)合背景光噪聲特性的實(shí)際數(shù)據(jù)分析,提出了基于Hilbert-Huang變換的太陽光噪聲抑制方法。研究了可見光通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率和通信距離的變化特性,并根據(jù)該特性設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率的傳輸方法。結(jié)合泊松隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論,本文給出了可見光信道信干噪比期望的近似表達(dá)式,同時(shí)還對(duì)可見光接收信號(hào)的近似概率分布進(jìn)行研究,提出了可見光信號(hào)接收功率,可見光干擾功率,可見光平面多徑反射功率等多種重要信道參數(shù)的近似概率分布表達(dá)式。利用可見光信道模型設(shè)計(jì)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),測(cè)量分析了可見光通信信道中背景光噪聲的功率譜分布特性和時(shí)間變化特性,以及可見光信號(hào)到達(dá)接收端的功率近似概率分布特性�；谶@些實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)提出了基于Hilbert-Huang變換的太陽光噪聲抑制方法,有效降低了太陽光噪聲對(duì)于信息傳輸?shù)挠绊?研究了可見光通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率和通信距離的變化特性,并根據(jù)該特性實(shí)時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率,提高了室外可見光通信系統(tǒng)的可靠性。2.可見光通信鏈路的光源段。本文研究了LED光源陣列的設(shè)計(jì)問題,研究了基于指向角和光源波束角的通信性能優(yōu)化方法,根據(jù)通信與照明的性能度量,設(shè)計(jì)單個(gè)白光LED、兩個(gè)白光LED,以及包含多個(gè)白光LED的光源陣列的光源布局方式,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)研究分析了室內(nèi)LED光源陣列的通信性能,研究了基于LED光源陣列指向角和光源波束角的優(yōu)化技術(shù)。該技術(shù)可以通過改變LED信號(hào)光源的指向角調(diào)整特定區(qū)域的數(shù)據(jù)傳輸速率,在滿足室內(nèi)全方位、全覆蓋照明需求的同時(shí),提高室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)接收平面給定區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸速率和信噪比。3.可見光通信的接入段,本文提出了基于RGB三基色LED陣列信號(hào)光源的無線接入技術(shù)。基于可見光信號(hào)不能穿透墻壁傳播和LED信號(hào)光源的覆蓋區(qū)域較小的特點(diǎn),結(jié)合紅綠藍(lán)三基色白光LED照明器件的光譜特性,本文采用空分波分結(jié)合復(fù)用技術(shù),提出了適用于RGB三基色LED陣列信號(hào)光源的無線接入技術(shù),在滿足室內(nèi)外照明標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí),實(shí)現(xiàn)多用戶的無線接入和高速數(shù)據(jù)傳輸。該技術(shù)不會(huì)干擾現(xiàn)有的射頻通信網(wǎng)絡(luò),單個(gè)區(qū)域內(nèi)多個(gè)用戶間并不存在信號(hào)干擾,而且由于單個(gè)LED信號(hào)光源的覆蓋區(qū)域較小,僅存在較小的無線接入干擾。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN929.1

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本文編號(hào)：2353973