可见光通信信道特性与传输方法研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lishuangjie2009
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随着近年来无线数字终端市场的迅速发展,无线数据量呈指数增长,已有带宽资源已无法完全满足当前的通信需求,无线频谱资源紧张的问题日益突显。与此同时,发光二极管(Light Emitting Diode,LED)照明技术凭借其更高的电光转换效率和更长的使用寿命等特点,得到了各国政府的推广。基于LED的可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术作为一种新兴的无线通信技术,它的优点包括:巨大的带宽资源;照明的同时提供上网通信功能;无电磁污染;更好的保密性等。本文主要研究了基于正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division MultiPlexing,OFDM)的室内VLC系统。在VLC信道特性分析的基础上,本文提出了一种适用于VLC的自适应OFDM传输方法,并搭建了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的通信链路进行功能验证和性能分析。本文首先对VLC系统中的关键组成部分LED光源、无线光信道和光电检测器(Photo Detector,PD)进行了介绍和建模。三者共同决定了 VLC系统的通信性能,为了便于在电域对系统进行性能分析,本文提出了广义可见光信道。广义可见光信道的频率响应包括LED光源、无线光信道和PD的频率响应。通过对广义可见光信道的理论分析,提出了广义可见光信道的频谱响应包络不变特性(ResPonse Mask Invariant Characteristic,RMIC)。并通过完整的实验和分析,验证了广义可见光信道的RMIC特性。接着在RMIC的基础上,本文提出了一种应用于VLC系统的自适应OFDM传输方案。在此基础上,通过搭建的实验链路对方案进行性能分析,实验结果表明,该方案具有较低的复杂度,且本文的传输方案能更好地利用可见光信道的带宽资源,提升系统的通信性能。最后在前文的基础上,本文实现了基于FPGA开发板的VLC传输链路的搭建。本文给出了链路的设计目标并对链路的总体结构进行了介绍,通过分析和实验确定了链路的关键参数,并详细介绍了链路的工程实现。本文根据链路功能的不同,将实现的链路分为可见光OFDM基带链路、可见光自适应OFDM链路和可见光OFDM实时通信链路,并依次进行了实验测试分析。
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