基于室外可见光LED交通灯的无线通信系统研究

摘要

近几年来,LED技术已经得到了普遍地应用。在无线光通信系统中,可见光LED无线通信技术已日渐成熟。LED设备是一种具有使用寿命长、工作能耗低、响应速率快等优点的绿色电子设备。它的身影无处不在,常被用来室内照明、室外信息显示、室外交通灯等场景。随着近代科技的发展,LED技术得到了飞速的提高。LED照明设备已经在高亮度、超低能耗、绚丽的色彩等方向进行了很大的改善和提高,逐渐成为第四代光源。作为一种半导体器件,LED除具有普通照明的作用以外还具有较快的电光转换速率。利用这一特性,对照明光进行人眼无法感测的闪烁脉冲光强度调制,实现了在传统照明、显示功能基础上同时进行通信的目的。
　　在此基础上,本文提出基于室外LED交通灯的无线可见光通信技术。这种室外无线通信系统在不增加相对复杂的通信设备的情况下实现,实现低成本、方便快捷、无需更换现有设备等技术优点。所以在未来的发展与研究中,具有广阔的市场前景。
　　本文主要研究内容是基于室外可见光LED交通灯的无线通技术。全文从LED交通灯通信的工作原理入手,深度说明了实现基于室外可见光LED交通灯的无线通信技术的优点及可行性。然后通过对室外LED交通灯通信系统的物理模型的研究以及实际生活中具体参数的测定,建立了系统的数学模型,为以后定量的研究系统性能打下了基础。同时还定量的研究了接收端接收角度对系统工作区间的影响。
　　由于室外通信信道的复杂,室外无线光通信还面临这背景光、环境光、光的吸收和光的散射等影响。所以文章还对室外LED交通灯通信的信道模型进行了研究,提出了近地面空气信道对系统通信光载波的功率衰减模型,并且对雾天、雨天、雪天三种情况下的衰减系数进行了进一步的仿真研究。在此基础上,文章提出了系统完成正常通信工作任务的工作区概念。通过采用强度调制、直接检测的OOK调制方案,对雾天、雨天、雪天三种情况下的系统性能、工作区内通信质量进行了仿真。通过对SNR和BER的研究,分别定量给出了室外LED交通灯做为发射机透过近地面空气信道的无线光通信系统的工作区范围及相应通信系统性能指标。
　　本文通过对接收端接收角度对系统工作区间的影响的研究,得出了通过增大接收端接收角最大视角角度可以更好的扩大系统工作区的结论。此外,通过对系统通信性能的实验仿真,我们得出结论,在相同距离、相同LED交通灯光照强度下,采用红色LED交通灯进行室外无线可见光通信时,系统的性能指标要优于采用绿色LED交通进行室外无线可见光通信的系统。同时就工作区而言,红色LED交通灯通信系统的范围也大于绿色,差值达十米以上。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 可见光通信的研究现状

1.3 本文研究的主要内容

1.4 全文的组织安排

第2章 LED交通灯通信的工作原理

2.1 LED交通灯简介

2.2 LED交通的光电转换

2.2本章小结

第3章 室外LED交通灯通信的系统模型

3.1 LED交通灯的物理模型

3.2 LED交通灯的数学模型

3.3 本章小结

第4章 室外LED交通灯通信的信道研究

4.1 近地面可见光室外通信的基本衰减模型

4.2 近地面可见光室外通信不同天气下的信道衰减

4.3 本章小结

第5章 室外LED交通灯通信的工作区研究

5.1 调制方式的介绍

5.2 工作区的介绍

5.3 系统的性能仿真

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢