室内可见光接入以太网的系统设计与实现

摘要

室内可见光通信是一种利用照明LED传输信息的通信方式，在照明的同时为室内用户提供通信服务。因其具有能效高、频谱资源丰富、实施简单等优点而在近几年受到众多科研人员的关注。以太网是现今最广泛使用的局域网标准，是为室内用户提供宽带接入的重要方式。将室内可见光通信系统与以太网进行融合，可以充分利用室内现有的照明LED设施和以太网设施，为用户提供无线光接入网络服务，从而缓解射频无线通信的压力。本文研究了利用室内可见光通信系统接入以太网的方法，并完成了系统的设计和实现。 首先，根据室内可见光通信系统和以太网的特点，本文提出了可见光接入的关键在于可见光-以太网接口和多用户接入的设计。可见光-以太网接口为两个通信形式和速率不对称的系统之间提供适配，多用户接入设计是为满足多用户同时通过可见光通信系统接入以太网的需求。 其次，根据可见光接入的关键技术进行了方案设计和实现。在比较了几种现有可见光-以太网接口方案后，本文选择在数据链路层上层实现可见光-以太网接口，在该接口中完成室内可见光通信系统和以太网间的数据流量控制。多用户接入采用波分复用和时分复用相结合的设计。在上行方向为不同用户分配不同颜色的上行LED和时隙，下行方向则将所有用户的信息通过照明LED进行广播。另外，本文还采用Verilog硬件描述语言实现了可见光通信系统中的基带通信系统。 最后，在搭建的以太网测试环境中，对本文实现的室内可见光接入以太网系统进行了测试。测试结果表明，本文所实现的可见光接入系统可以支持多用户同时通过可见光通信接入快速以太网，完成文件传输、视频点播等基本业务，用户共享照明LED的下行传输速率，通信距离在3米以上。

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