可见光通信系统中信道模型和调光方法的研究

摘要

在能源有限的背景下，发光二极管(LED)由于其低能量损耗、可靠性好、尺寸小、响应快、亮度高等优点将逐步取代传统光源而成为下一代理想光源。可见光通信(VLC)将照明LED与无线通信技术相结合，利用LED灯发出快速明暗闪烁的光来传输数据信号，是一种全新的短距离无线通信方式。
　　在室内可见光通信系统中，有很多因素影响着通信信道的特性，如通信链路格局、路径损耗、多径色散产生的时延等。这些特性决定了通信系统设计的许多方面，因此对VLC信道特性的分析必不可少。
　　可见光通信的调制特性明显不同于其它无线通信系统，因此数据传输过程中调制方式的选取会影响到灯光的亮度和稳定性。为了能在尽可能高的数据传输通信的同时，保证LED灯不闪烁且亮度足够满足工作照明的需求，就必须就行调光。
　　因此，本文主要研究以下内容:
　　1、对考虑多径反射的信道进行建模。首先介绍了室内可见光通信无线信道的两种链路方式，分析了信道特性和可能受到的多径效应的影响。在建立室内仿真模型的基础上，通过基于射线追踪模型的场地迭代算法对考虑零次(LOS直射视距链路)、一次、二次反射的信道冲激响应进行追踪计算，并根据MATLAB实验仿真结果进行接收面照度、PD接收光功率、信噪比以及误码率的分析。通过仿真及理论分析，该信道能较真实的反映室内信道对可见光通信的影响，可供室内可见光通信链路设计以参考。
　　2、基于SC-LPPM调制的调光方法研究。调光即进行亮度控制，文章对亮度控制常用的脉冲宽度调制(PWM)给出原理分析;然后考虑通信控制，给出了副载波脉冲位置调制(SC-LPPM)的原理及分析。当L=4时，对在同时满足照明及通信的要求的前提下降低系统照明和通信总功耗的优化方法，进行了的相关公式推导，并给出了相应目标函数及约束条件。针对可见光通信无线信道特性，在考虑二次反射的基础上，进行仿真分析，验证了系统的总能源消耗的优化节能及优化精度提高的目标。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究发展与现状

1．2．1 国外研究发展与现状

1．2．2 国内研究发展与现状

1．3 可见光通信系统概述

1．3．1 系统概述

1．3．2 白光LED特性

1．3．3 PIN光电探测器的主要特性

1．4 本文的主要工作及章节安排

第2章 可见光调制技术相关理论基础

2．1 引言

2．2 OOK调制

2．3 OOK误码特性分析

2．4 BPSK调制

2．5 PPM脉冲位置调制

2．6 几种调制方式的比较

2．7 本章小结

第3章 考虑多径反射的信道建模

3．1 室内可见光通信链路方式

3．2 可见光通信信道建模

3．2．1 可见光通信信道特性

3．2．2 冲激晌应的计算

3．3 室内VLC的信道衰落

3．4 可见光通信系统性能的基础分析

3．5 仿真与分析

3．6 本章小结

第4章 基于SC-4PPM调制的调光方法研究

4．1 引言

4．2 脉冲宽度调制PWM的调制原理

4．3 SC-4PPM的调制原理

4．4 目标函数的优化

4．5 仿真结果和分析评价

4．6 小结

结论

1．全文工作总结

2．未来工作展望

参考文献

致谢