船间远距离可见光通信系统研究和实现

发布时间：2017-04-18 12:18

  本文关键词：船间远距离可见光通信系统研究和实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：可见光通信(VLC, Visible Light Communication)是一种无线光通信技术,以波长在375nm至780nm的可见光作为传输载体,以大气作为传输信道,以光电变换器件作为接收机。LED与其他光源相比具有功耗低、寿命长、体积小、发热量低、绿色安全等优点。随着以发光二极管(LED)为基础的照明技术的不断发展,可见光通信技术引起了广泛的研究。与其他无线通信相比,可见光通信具有抗电磁干扰、安全性高、无需无线电频谱认证、信道带宽大、传输速率高、成本相对低廉、使用方便等优点。目前大多数的研究集中在室内高速无线接入和室内定位等应用场景,对于远距离可见光通信则主要集中于智能交通系统方面。目前船上的灯语通信存在通信速率低、差错率高、自动化程度低等问题。本文提出利用可见光通信技术的船间灯语通信系统。船间的远距离通信的主要问题是传输距离拉长导致的损耗和衰减。本文经过详细分析引起损耗和衰减的各个因素,提出了一种新型的远距离可见光通信系统,设计实现一套运用该系统的通信设备,最后实验验证了该系统的通信性能。本论文的主要工作如下： 1.论文对引起远距离通信损耗和衰减的各个因素进行了理论分析,并以此为依据提出了系统的功率预算和系统的总体设计。引起自由空间传输损耗的因素主要由发射端半功率角、传输距离、接收天线面积。引起大气衰减的因素主要由大气散射吸收和大气湍流。根据分析可得在传输距离为7.4km、半功率角为3。、接收透镜直径20cm的情况下,系统的功率预算如下：自由空间传输损耗为73.35dB,大气衰减为14.80dB,发射端功率需大于40dBm,接收端灵敏度需小于-60dBm。 2.根据理论分析,本论文说明了发射端的设计。设计包括LED的选型、LED的二次光学设计、OOK调制和PPM调制方式的对比和驱动电路设计。通过对商用LED的选型和驱动电路的设计两种办法提高发射端光功率。通过LED二次光学设计减小由半功率角较大引起的损耗。 3.根据理论分析,本论文说明了接收端的设计。设计包括接收透镜选型、滤光片设计、光域和电域的噪声分析和低噪声接收电路设计通过选择大面积接收透镜提高接收增益。通过滤光片设计和低噪声电路的设计抑制噪声,放大接收信号,提高信噪比。 4.通过详细设计,实现了一套远距离可见光通信设备。以此设备为基础搭建远距离通信实验平台。室内实验验证发射端半功率角为3.2°。室外实验成功实现4km的远距离信息发送和接收,通信速率达到153.6kbit/s。
【关键词】：可见光通信 船间通信 远距离通信
【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】：U665.2;TN929.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 符号说明10-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 引言12-13
• 1.2 研究背景和研究意义13-14
• 1.3 目前国内外可见光通信发展和研究现状14-18
• 1.3.1 日本可见光通信研究发展现状14-15
• 1.3.2 欧洲可见光通信研究发展现状15-16
• 1.3.3 美国可见光通信研究发展现状16
• 1.3.4 国内可见光通信研究发展现状16-17
• 1.3.5 远距离可见光通信研究发展现状17-18
• 1.4 论文研究内容和各章节介绍18-20
• 第二章 远距离可见光通信系统的理论分析20-35
• 2.1 远距离可见光通信的自由空间传输损耗分析20-26
• 2.1.1 光源及发射端引起的损耗20-22
• 2.1.2 接收端引起的损耗22-24
• 2.1.3 系统整体损耗分析24-26
• 2.2 远距离可见光通信的大气衰减分析26-28
• 2.2.1 大气散射吸收对信号的衰减26-27
• 2.2.2 大气湍流对信号的衰减27-28
• 2.3 系统的功率预算28-31
• 2.4 系统的总体设计31-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 远距离可见光通信系统的发端设计35-45
• 3.1 远距离可见光通信系统的发端光学设计35-38
• 3.1.1 LED灯珠的选型35-36
• 3.1.2 LED透镜的设计36-38
• 3.2 远距离可见光通信系统的发端电路设计38-43
• 3.2.1 发端调制方式的38-40
• 3.2.2 发端电路的设计40-43
• 3.3 本章小结43-45
• 第四章 远距离可见光通信系统的接收端设计45-57
• 4.1 远距离可见光通信系统的接收端光学设计45-50
• 4.1.1 接收端光学透镜的设计45-46
• 4.1.2 室外远距离可见光通信中的光域噪声46-48
• 4.1.3 接收端滤光片设计48-50
• 4.2 远距离可见光通信系统的接收端电路设计50-55
• 4.2.1 室外远距离可见光通信中的电域噪声50-53
• 4.2.2 接收端高灵敏度低噪声电路的设计53-55
• 4.3 本章小结55-57
• 第五章 远距离可见光通信实验及结果分析57-62
• 5.1 远距离可见光通信系统初步实验57-59
• 5.1.1 系统半功率角设计验证实验57-58
• 5.1.2 短距离可见光通信实验58-59
• 5.2 远距离可见光通信系统远距离实验59-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 论文工作总结62
• 6.2 工作展望62-64
• 参考文献64-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录70

【共引文献】

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1 李正大;解琳;;用自制仪器演示光通信[J];大学物理实验;2014年05期

2 张晨亮;苏学军;王文;毕涛;;基于白光LED的可见光通信系统研究[J];光通信技术;2015年05期

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2 马秀萍;煤矿工作面可见光通信系统关键技术研究[D];中国矿业大学;2014年

3 周梦蜜;可见光通信系统MAC层协议研究与终端软件实现[D];北京邮电大学;2014年

4 李联冠;基于LED的室内可见光通信系统的研制[D];南京邮电大学;2014年

5 王龙辉;基于全息光学元件的室内可见光通信光学接收天线研究[D];北京理工大学;2015年

6 李湘;基于LED的室内可见光通信菲涅尔光学接收天线的研究[D];北京理工大学;2015年

7 李菁;可见光室内定位技术研究[D];北京邮电大学;2015年

8 韦佼宜;室内可见光通信系统设计、电路均衡与实测[D];北京邮电大学;2015年

9 付鹏;无线光通信系统设计、电路实现与测试分析[D];北京邮电大学;2015年

10 石佳琳;VLC非理想载波侦听条件下吞吐量最优随机接入算法研究[D];吉林大学;2015年

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本文编号：314878