基于LED照明灯具的可见光通信系统设计

发布时间：2020-08-13 06:32

【摘要】：随着固态照明技术的蓬勃发展,围绕其光源——发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)的特性衍生出了许多新的应用技术。可见光通信(Visible Light Communication,VLC)是利用LED本身的频闪特性,将信号经过LED器件调制,发出人眼无法察觉到的高速光载波信号在空间中自由传输,通过光电探测器接收解调、再生来实现信息的传递过程。目前,从事VLC研究的单位遍布国内外,研究主要集中在1W及以下的单颗LED器件,不满足照明要求。作者认为:只有在满足照明要求的前提下兼顾通信功能VLC才会有出路。本文对可见光通信及照明技术进行了研究,设计并实现了基于LED照明灯具的模块化可见光通信系统。该系统框架结构包含上行链路和下行链路,下行链路系统光源是瓦级荧光粉型白光LED,上行链路光源是红外激光二极管(Laser Diode,LD),在实现可见光通信技术的同时尽量减少光源对人眼的伤害以及对下行链路的干扰,实现了同时通过上下行链路对互联网数据的实时上传和下载。为便于产业化,本VLC系统进来采用成熟的技术方案与元器件,如系统采用开关键控(On-Off Keying,OOK)调制方式;发射光源采用照明常用的瓦级荧光粉型白光LED器件,针对该白光LED调制带宽不足的问题设计了预加重电路。接收端采用灵敏度高、有效面积大、成本低的PIN管作为光电探测器,并且采用动态范围小、噪声小、带宽高的互阻抗前置放大器对小信号进行放大处理,结合发送端预加重电路,在接收端设计后均衡电路进一步将系统带宽由3MHZ提升至133MHZ。将通信单元进行模块化设计,使其小型化、标准化,方可简单、灵活地与现有照明灯具进行嵌入式安装。本文设计了具有VLC功能的面板灯,照明主灯与通信主灯的相融合,使普通LED照明灯具具备了可见光通信功能,同时可以兼顾室内照明的专业要求。最后,搭建了实验系统平台,对系统进行照明功能和通信功能测试,包括VLC灯具测试、收发模块测试、误码率测试、以太网性能测试,并对测试结果进行详细分析评估,给出了相关测试结果。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.1;TM923.34
【图文】：

图 2-1 LED 发光原理图字就是发光二极管，其本质就是一个二极管 LE管伏安特性非常相似，如图 2-2 所示。顾名思反映了发光二极管其端电压及内部电流的关系四块，包括工作区、正向死区、截止区和击穿区作电压大于启动电压，而不同的启动电压又与启电压，同时需要保护 LED 防止其处于击穿状 LED 伏安特性的目的在于更好的设计光源调制进行调制。

图 2-1 LED 发光原理图文名字就是发光二极管，其本质就是一个二极管 LED，所二极管伏安特性非常相似，如图 2-2 所示。顾名思义，L实的反映了发光二极管其端电压及内部电流的关系，由分为四块，包括工作区、正向死区、截止区和击穿区，因其工作电压大于启动电压，而不同的启动电压又与颜色有的开启电压，同时需要保护 LED 防止其处于击穿状态，这研究 LED 伏安特性的目的在于更好的设计光源调制参数正常进行调制。

基于 LED 照明灯具的可见光通信系统设计 P-I 特性曲线直观的展现了两者的关系。LED 的 P-I 特性偏置大于开启电压0U的时，电流从零开始注入且马上就有曲线基本上是一条近似的线性直线，但当电流过大时，曲末端 P-I 特性曲线近似水平直线，通过观察该曲线特性值器件，此种特性决定了该器件的工作电流需要根据 P-I

【参考文献】

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本文编号：2791653