可见光空间调制通信系统的设计与实现

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Duyixu
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伴随着5G时代的到来,无线通信已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。与微波通信相比,可见光通信(VLC)因其具有的带宽不受限、信息容量大、传输速率高、保密性好及部署灵活等优势,逐渐成为研究人员广泛关注的焦点。光空间调制(OSM)在采用传统信号域调制信息之外,还通过LED的索引号携带信息。由于OSM每符号周期仅1个LED携带信息,克服了传统光多输入多输出(OMIMO)系统中信道间干扰以及同步问题,实现了系统传输速率、能量效率及计算复杂度之间的有效折衷。目前,各研究机构和学者对OSM技术的传输速率、天线选择、信号检测和功率分配等方面做了大量研究,但是在硬件电路设计和系统实现方面的研究相对较少。因此,本文根据OSM原理和VLC信道的特点,设计了基于可见光通信的空间调制(SM-VLC)系统硬件电路,并基于现场可编程门阵列(FPGA)完成了调制、解调程序设计,最终完成SM-VLC的整体设计,具体研究内容如下:(1)实现了一个4×4 SM-VLC系统硬件电路,提出一种利用信道估计结果实现LED序号识别的方法,并完成了电路原理图和PCB设计。系统发射端由电源电路和LED驱动电路组成;接收端主要由前置放大电路、滤波电路、主放大电路、LED序号识别电路、信道估计电路以及FPGA最小系统构成。(2)采用Altera公司的Cylone IV系列EP4CE6E22C8作为FPGA芯片,基于Verilog HDL实现了常见空间调制和STSK、DOSSK调制与解调模块程序的设计,并设针对空间调制特性设计了一种时钟同步方法,最后利用Model Sim仿真软件对设计的程序进行了逻辑功能验证。最后,本文对所设计的SM-VLC系统进行了测试分析。测试结果表明,在传输距离20cm的条件下,SM-VLC硬件电路最大带宽为4MHz,SM-VLC系统可以实现最高4Mbps的OSM信号传输,与OMIMO系统相比有效地降低了信道间的干扰。
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