室内可见光通信系统设计、电路均衡与实测

发布时间：2017-04-17 04:22

  本文关键词：室内可见光通信系统设计、电路均衡与实测，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着LED照明技术的不断成熟和LED生产成本的不断下降,基于LED光源的可见光通信(VLC, Visible light communication)技术正受到传统光通信和射频无线通信研究学者越来越多的关注。VLC技术是一种在照明的同时实现宽带接入和信息传递的无线光通信技术,无需频谱资源认证,无电磁辐射干扰,对人体健康无害,因此被认为是未来宽带接入和短距离通信方向上一项重要的补充技术。 论文针对室内照明通信场景,基于实用型LED照明光源和低成本光电探测元件,参与设计并实现了音频和视频VLC实验系统,提出并实现了一种可提高发送端调制带宽的预均衡技术方案,设计并实现了VLC系统的QPSK调制方式。论文的主要工作如下： 第一,阐述了室内VLC系统的基本结构,分析其中的两个关键器件——LED光源和光敏探测元件的性能特点。在此基础之上,参与设计了便捷式VLC语音通信和VLC视频传输两类室内VLC系统方案,并实现了实验系统的发送端电路。经室内环境测试表明,所设计的VLC语音通信系统可实现4m范围内的高质量音频传输；所设计的VLC视频通信系统可实现3.5m范围内的实时高清视频传输,最高通信速率可达10Mbit/s。 第二,针对照明LED调制带宽过低而严重限制VLC带宽这一问题,提出了一种可根据光源特性而调整参数进行多频段预加重的电路预均衡方案。该方案根据系统光源的特性调节电路元件参数,在发送端对低频、中频和高频的信号成分进行预加重(又称预失真),从而达到优化系统性能并提高发送端整体调制带宽的效果。实测结果表明,采用预均衡电路后,发送端的整体调制带宽从3MHz提高到了9MHz。 第三,针对目前大部分可见光通信系统采用基带OOK调制,频谱效率不高的问题,设计了一种VLC系统的四相相移键控(QPSK)调制方案。并完成了QPSK调制模块的实现和测试。该调制模块可通过现场可编程逻辑阵列(FPGA)生成信号来控制QPSK模式、载波频率和符号率,使生成的QPSK信号载波和带宽适应VLC中白光LED的调制带宽。
【关键词】：室内可见光通信系统 白光 LED 光敏探测器 预均衡电路 四相相移键控
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 可见光通信概述10-14
• 1.1.1 可见光通信的技术特点10-13
• 1.1.2 可见光通信应用场景13-14
• 1.2 可见光通信技术研究现状14-16
• 1.2.1 国外研究现状14-15
• 1.2.2 国内研究现状15-16
• 1.3 论文结构和主要工作16-18
• 第二章 室内可见光通信系统设计18-36
• 2.1 室内可见光通信系统结构18-19
• 2.2 光源特性与选型19-25
• 2.2.1 LED光源发光原理19-22
• 2.2.2 LED光源的性能特点22-24
• 2.2.3 可见光通信光源选型24-25
• 2.3 光敏探测器特性与选型25-31
• 2.3.1 光敏探测器性能特点25-27
• 2.3.2 典型光敏探测元件27-30
• 2.3.3 光敏探测元件选型30-31
• 2.4 室内可见光语音通信系统设计31-33
• 2.5 室内可见光视频传输系统33-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 可提升VLC发送端调制带宽的电路均衡方案36-50
• 3.1 白光LED调制带宽的测试与分析36-40
• 3.2 预均衡电路设计40-43
• 3.2.1 预均衡电路中的各个模块40-42
• 3.2.2 整体电路方案42-43
• 3.3 预均衡电路实测43-49
• 3.3.1 调制带宽性能实测43-45
• 3.3.2 预均衡系统性能实测45-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 可见光通信系统中的QPSK调制电路50-63
• 4.1 VLC调制技术50-55
• 4.1.1 开关键控调制OOK50
• 4.1.2 脉冲位置调制PPM50-53
• 4.1.3 正交频分复用调制OFDM53
• 4.1.4 四相相移键控调制QPSK53-55
• 4.2 VLC系统中QPSK方案设计与实现55-61
• 4.2.1 VLC系统中的QPSK调制方案55-56
• 4.2.2 QPSK调制芯片工作原理56-59
• 4.2.3 QPSK调制电路实现59-61
• 4.3 本章小结61-63
• 第五章 论文总结与展望63-65
• 5.1 主要工作63-64
• 5.2 存在问题及未来工作展望64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-70
• 攻读硕士期间的学术成果70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 张华;宋正勋;刘冬彦;周晓兵;尹力会;;基于自适应OFDM的可见光通信系统分析[J];长春理工大学学报(自然科学版);2010年01期

2 丁德强;柯熙政;李建勋;;VLC系统的光源布局设计与仿真研究[J];光电工程;2007年01期

3 汪井源;徐智勇;朱勇;经继松;王荣;文湘益;;室内可见光通信中噪声与干扰的实验与仿真分析[J];光电子.激光;2012年07期

4 胡国永;陈长缨;陈振强;;白光LED照明光源用作室内无线通信研究[J];光通信技术;2006年07期

5 杨宇;张建昆;刘博;陈弘达;;LED非线性对基于正交频分复用可见光通信系统的影响[J];中国激光;2011年08期

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 何胜阳;室内可见光通信系统关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

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本文编号：312428