【摘 要】
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全频段通信是未来无线通信的发展主要方向之一。其中,基于LED的可见光通信（VLC）技术有望在较低成本和能耗下实现室内通信和照明的复用,且具有高安全性、无EM干扰、宽频带等优势。照明用多基色混合白光LED发射功率较高,调制信噪比高,且具有多个波长的独立调制信道,适用于高速VLC系统,但是存在如下困难和挑战:基于结电容、时间常数等简单参数的交流小信号模型不能充分反映LED的调制特性,导致VLC系统发射
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全频段通信是未来无线通信的发展主要方向之一。其中,基于LED的可见光通信（VLC）技术有望在较低成本和能耗下实现室内通信和照明的复用,且具有高安全性、无EM干扰、宽频带等优势。照明用多基色混合白光LED发射功率较高,调制信噪比高,且具有多个波长的独立调制信道,适用于高速VLC系统,但是存在如下困难和挑战:基于结电容、时间常数等简单参数的交流小信号模型不能充分反映LED的调制特性,导致VLC系统发射端电光调制性能无法被精确描述。由于LED阻抗和电光调制幅度随频率快速变化,使得其无法与现有的射频驱动电路直接适配。有鉴于此,本文主要利用国家LED工程中心先进的硅衬底Ga N四基色LED进行了以下关键技术研究和原型系统开发工作:（1）研究照明LED的直流和低频交流特性,包括正向压降、输出光功率、效率、中心波长随电流的变化。并基于LED的微观结构,构建出更为准确的LED的集总参数交流小信号模型。同时提出了基于结温理论的低频负电容模型。解决了LED交流参数表征和瞬时结温变化的估计问题,使得基于LED的VLC系统发射端性能得以被准确描述。（2）提出了一套基于阻抗校准的LED器件高频调制特性测试方法。利用网络分析仪等设备进行阻抗校准,实现了LED在任意驱动阻抗下的电光调制带宽的测量,对硅衬底照明LED器件的寄生参数和调制性能进行了相对全面的分析。解决了不同驱动阻抗下LED器件调制特性难以被精确测量的问题,同时验证了交流小信号模型的正确性。（3）设计了一套基于照明用硅衬底混合白光LED的VLC模拟前端。其中发射模块使用跨导放大器方案以驱动硅基LED器件,并设计有源模拟预均衡器对LED的频率响应进行补偿。接收电路采由PIN探测器与AGC放大器等组成。验证了硅衬底照明LED在实用环境下的调制性能。整个模拟前端可以在实际照明场景的发散光路下提供100MHz以上的可用带宽。（4）基于此模拟前端实现了两套完整系统,其中使用正交幅度调制（QAM）的实验系统用于测试最大比特速率,得到了700mm距离下单通道600Mbps的通信速率,验证了硅衬底LED和模拟收发电路在数字通信系统中的性能表现。使用正交频分复用（OFDM）调制的实验系统用于验证本文系统实际业务数据传输的正确性,基于LabVIEW实现了流畅的视频传输,验证了模拟前端在实际业务场景中的适配能力。
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