室内可见光通信系统信道测量与建模

发布时间：2017-06-26 23:08

  本文关键词：室内可见光通信系统信道测量与建模，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于LED灯的室内可见光通信(VLC),因其具有诸多优势,近年来成为无线通信领域的研究热点。本文研究室内可见光通信系统的信道模型,以及室内信号分布优化问题,并对模拟收发机进行了设计。全文工作如下：一、室内可见光通信系统的信道特性测量与模型。在室内可见光通信系统中,信号经历了电信号、光信号、电信号三个过程,其中在电信号传输时的电信道特性主要由光电器件决定,本文实测了最终系统中所使用的LED灯以及PIN光电二极管特性；在光信号传输时的光信道特性主要由LED辐射特性以及光的传输特性决定,本文对LED辐射特性以及光传输特性进行了分析。二、将室内可见光通信系统的信道拆分为光信道和电信道分别分析。针对光信道,参考室内红外光通信的信道模型,采用Caruthers在2002年提出的迭代算法分别计算直射径冲激响应和反射径冲激响应,最终仿真得到光信道整体冲激响应；针对电信道,因LED灯在进行电光转换时存在非线性现象,所以使用不同方法对线性电信道和非线性电信道分别建模,当LED工作在线性区时,利用PN序列测量了电信道的时域冲激响应,建立了电信道的线性模型；当LED工作在非线性区时,通过网络分析仪的测量数据,利用Three-Box模型建立了电信道的非线性信道模型。三、对于由光信道特性引起的室内光照度和光功率分布不均匀问题,提出了基于遗传算法全局搜索和快速收敛能力而实现的通过功率控制因子控制发射机发射功率的方案。该方案旨在通过控制不同位置LED阵列的发送功率来实现室内同一接收平面均匀分布的光功率和光照度。仿真结果表明,该方案能够很好地实现室内光照度和光功率分布的均匀性,并且在不同光源布局配置下,都有很好的适用性。四、设计并实现了室内可见光通信系统的模拟收发前端。本文给出了实际室内可见光通信系统模拟收发前端的设计思路,之后详细给出了发射机和接收机的具体实现方案,并最终完成了收发机的制作与调试,最后利用网络分析仪测量了该硬件平台的频率特性。
【关键词】：可见光通信 信道建模 Three-Box模型 信号优化分布 硬件设计
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 缩略语14-15
• 第1章 绪论15-23
• 1.1 论文研究背景15-20
• 1.1.1 可见光通信技术概括15-18
• 1.1.2 可见光通信系统信道建模18-20
• 1.1.3 可见光通信系统光源优化分布20
• 1.2 本文的研究工作和章节安排20-23
• 1.2.1 本文的研究工作20-21
• 1.2.2 章节安排21-23
• 第2章 室内可见光通信系统信道特性23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 室内可见光通信系统概述23-27
• 2.2.1 光通信与传统无线通信对比23-25
• 2.2.2 室内可见光通信系统信道特性25-27
• 2.3 光电器件27-33
• 2.3.1 LED基本特性27-32
• 2.3.2 光电二极管基本特性32-33
• 2.4 系统噪声简介33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 室内可见光通信信道测量与建模35-55
• 3.1 引言35-36
• 3.2 光信道建模36-42
• 3.2.1 光信道特征36-37
• 3.2.2 直射径冲激响应37-38
• 3.2.3 反射径冲激响应38
• 3.2.4 光信道整体冲激响应38-39
• 3.2.5 仿真分析39-42
• 3.3 电信道建模42-53
• 3.3.1 使用实测数据建立线性信道模型43-45
• 3.3.2 使用实测数据建立非线性信道模型45-53
• 3.4 整体信道分析53-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 室内可见光通信信号分布优化55-73
• 4.1 引言55
• 4.2 接收平面光照度和光功率描述55-57
• 4.2.1 接收平面光照度55-56
• 4.2.2 接收平面光功率56-57
• 4.3 典型室内光源布局仿真分析57-63
• 4.3.1 室内模型参数57-58
• 4.3.2 典型LED阵列方案仿真分析58-63
• 4.4 利用遗传算法优化光照度和光功率分布63-71
• 4.4.1 优化问题63-64
• 4.4.2 遗传算法64-65
• 4.4.3 遗传算法基本设定65-67
• 4.4.4 遗传算法仿真表现分析67-71
• 4.5 本章小结71-73
• 第5章 室内可见光通信系统模拟收发机硬件设计73-85
• 5.1 引言73
• 5.2 室内可见光通信系统模拟硬件设计73-82
• 5.2.1 模拟硬件总体方案设计73-74
• 5.2.2 发射机模拟硬件设计74-78
• 5.2.3 接收机模拟硬件设计78-82
• 5.3 性能测量82-84
• 5.4 本章小结84-85
• 第6章 总结与展望85-87
• 6.1 本文的研究成果85
• 6.2 进一步研究的方向85-87
• 参考文献87-91
• 硕士期间发表的学术论文及参与的科研项目91-93
• 致谢93

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