基于LED的保密通信研究

发布时间：2017-07-01 05:15

  本文关键词：基于LED的保密通信研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着白光LED电光转换效率的提高,且具有体积小、耗能低、无污染、适合在潮湿环境中使用以及高速通断切换等优点,所以LED成为理想节能照明光源,是公认的下一代绿色光源。与传统的白炽灯和荧光灯相比,LED在节约能源方面具有明显优势,同时利用白光LED可以为光无线接入提供了一种新的途径。基于白光LED的可见光通信的应用,可以很好的缓解无线电频谱资源严重不足的问题。 室内可见光通信是近年来新发展的一种光无线通信技术,与传统无线通信不同的是,它以LED发出的白光作为信息载体。室内可见光通信相对于传统的无线射频通信具有更好的保密性,并且不受电磁干扰。室内可见光通信使用的频段免费,不占用无线电频谱,也不受管制。同时由于室内可见光通信以LED发出的白光作为信息载体,LED发出的光对人体没有伤害,而其他无线通信方式大多以无线射频作为信息载体,而这些射频信号并不是完全对人体无害。与传统光纤通信不同的是,室内可见光通信系统的光源需要同时兼顾满照明和通信的功能,但并非所有的照明光源都适合用作室内可见光通信系统的光源。白炽灯耗电量高,且不能进行高速开关,所以不适合用做可见光通信系统的光源；日光灯进行高速开关控制会造成其寿命缩短,所以日光灯也不适合用做可见光通信系统的光源。LED用作室内照明光源具有广泛的应用前景,且LED支持高速开关控制。考虑这些因素,LED非常适合用作可见光通信系统的光源。 随着近年来信息技术的迅猛发展,人们对信息的需求和依赖程度也越来越高,在一些特定的对电磁干扰敏感的场合,由于传统的移动通信会产生电磁干扰,因此在这些场合并不能做到信息的无缝覆盖。其中包括医院的一些特定区域,为了防止电磁的干扰,禁止使用射频通信的。而在飞机上,为了防止个人手机信号对飞机的安全通信产生干扰,也是禁止使用手机的。所以,在很多特定场合中我们无法使用传统的移动通信方式获取信息。而基于白光LED的室内可见光通信具有绿色环保和无电磁干扰的内在特性,这就驱使了室内可见光通信的发展。室内可见光通信可以作为传统的无线通信技术的一种补充,共同满足人们的快速、简单、实时通信的需求。此外,可见光通信还可以应用于智能交通、水底通信、室内定位、保密通信等领域。 本文围绕着基于LED的可见光通信进行了研究。首先对可见光通信系统模型进行了介绍,再对LED可见光通信中关键技术进行了研究,最后对OFDM在可见光通信中的应用做了详细的研究。主要完成的工作和创新之处如下： (1)介绍了基于LED的可见光通信系统实现原理。其中对系统中的关键部分LED进行了详细的介绍,包括LED的原理、LED转换效率和LED的调制原理。在可见光信道的分析中,我们对各种信道拓扑模型和信道传输模型进行了研究与比较。 (2)研究了可见光系统中提高系统性能的关键实现技术。涵盖了从发送端到接收端的一系列关键技术,其中包括LED驱动电路设计、LED调制带宽扩展、提高信号传输速率的先进调制技术、MIMO信道抗干扰技术和基于扩频技术的可见光通信。其中,重点对信道抗干扰技术和基于扩频技术的可见光通信进行了详细的研究,其中扩频等技术在可见光通信系统中的应用是其新扩展的用途,其在提高系统抗干扰容限、系统安全性乃至抵抗其他光源干扰等方面的具有重要的作用。 (3)重点研究了OFDM在可见光系统中的应用。引入了正交频分复用(OFDM)的调制方式,来减弱多径效应带来的码间干扰,从而达到改善通信系统整体性能的目的,并且通过仿真验证OFDM在可见光通信中应用的必然性。由于LED的调制带宽有限和传输信道特性的影响,接收到的信号会出现严重的失真,为了对失真的信号进行恢复,我们在接收端利用训练序列对LED调制频响和信道特性首先进行估计,然后对信号进行了补偿。通过仿真结果以及实验结果论证了该方案的可行性和优越性。
【关键词】：发光二极管 可见光通信系统 高阶调制 正交频分复用 信道估计 扩频通信
【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】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 引言11-12
• 1.2 可见光通信的发展历史12-13
• 1.3 可见光通信的研究背景及研究意义13-15
• 1.3.1 研究背景13-14
• 1.3.2 研究意义14-15
• 1.4 可见光通信的国内外研究现状15-16
• 1.4.1 国际上的相关研究现状15-16
• 1.4.2 中国的研究现状16
• 1.5 本文结构16-18
• 第二章 可见光通信系统概述18-36
• 2.1 LED原理及特性18-27
• 2.1.1 LED工作原理20
• 2.1.2 LED结构20-22
• 2.1.2.1 平面和圆顶LED21-22
• 2.1.2.2 边缘发光LED22
• 2.1.3 LED的效率22-24
• 2.1.3.1 内部量子效率22
• 2.1.3.2 外部量子效率22-23
• 2.1.3.3 功率效率23
• 2.1.3.4 发光效率23-24
• 2.1.3.5 LED调制带宽24
• 2.1.4 白光LED介绍24-26
• 2.1.5 LED亮度调制26-27
• 2.1.6 LED驱动电路设计27
• 2.2 接收机27-28
• 2.3 可见光通信的信道拓扑模型28-30
• 2.3.1 定向视距光链路29
• 2.3.2 非定向视距光链路29-30
• 2.3.3 非定向漫反射光链路30
• 2.3.4 定向漫反射光链路30
• 2.4 可见光通信的信道特性30-35
• 2.4.1 室内无线光通信信道概述31-32
• 2.4.2 LOS传输模型32-33
• 2.4.3 NON-LOS传输模型33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 基于LED可见光通信关键技术研究36-47
• 3.1 基于LED的可见光系统36
• 3.2 发射机设计36-39
• 3.2.1 LED驱动电路设计36-38
• 3.2.2 LED调制带宽拓展38-39
• 3.3 应用于可见光通信中的先进调制技术39-41
• 3.4 室内可见光MIMO信道抗干扰技术41-44
• 3.4.1 MIMO信道特性分析与理论建模42
• 3.4.2 MIMO信道估计与H矩阵修正42-44
• 3.5 基于LED的可见光系统保密性能44-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 将OFDM应用到可见光通信中47-55
• 4.1 OFDM理论及实现方法47-49
• 4.1.1 OFDM理论的发展47
• 4.1.2 OFDM理论介绍47-48
• 4.1.3 OFDM的系统实现48-49
• 4.2 将OFDM应用到可见光通信系统的模型分析49-50
• 4.3 难点与创新点50-52
• 4.3.1 难点以及解决方法50-51
• 4.3.2 创新点及实现方法51-52
• 4.4 整体系统设计与实现52-54
• 4.4.1 系统设计52-53
• 4.4.2 系统实现53-54
• 4.5 实验结果分析54
• 4.6 本章小结54-55
• 第五章 研究展望与工作计划55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 吴传富;郝威;江磊;;军事短波通信中的干扰问题[J];四川兵工学报;2010年11期

2 孙家可;王春芳;;浅析扩频通信技术及其发展方向[J];电信网技术;2014年11期

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本文编号：504695