基于RGB-LED收发可见光双向通信系统

摘要

可见光通信作为一种绿色环保，无电磁干扰，具有高保密性的通信技术，吸引了越来越多的关注。目前，关于可见光通信系统的相关研究主要集中在单向可见光链路，下行链路使用可见光通信，上行链路大部分选择射频通信方式，依然存在电磁干扰问题。本文研究双向可见光通信系统的收发端均采用RGB-LED，可以实现完全无电磁干扰的通信。对需要规避电磁干扰场所的通信具有重要研究意义。 本文采用RGB-LED作为可见光通信接收端光电检测器，通过对红、绿、蓝波段的量子效率、响应度、频率响应进行仿真分析，得到对应波段下的光电特性。利用RGB-LED的光电特性设计了收发端均采用RGB-LED的可见光双向通信系统。分析视距、非视距传输以及室外大气湍流对信道特性的影响，分别对可见光通信系统室内、室外信道分析建模。根据RGB-LED的光电特性设计了时分和色分双向可见光通信系统，比较了两种系统的可靠性和频谱效率。 本文创新点如下： 1.通过对RGB-LED的光电性能分析，红光LED的光电性能最佳，其中红、绿、蓝LED 的量子效率分别可达 51.09%、36.9%、47.4%；响应度峰值分别为 0.248A/W、0.129A/W、0.159A/W；-3dB带宽分别为3.51MHz、0.49MHz、1MHz。结果表明RGB-LED作为光电检测器时具备一定的波长选择功能。 2.设计了时分双向和色分双向可见光通信系统，并对比两种系统的可靠性和频谱效率。得出在对通信速率要求不高情况下，可选择时分双向系统；对于通信速率要求较高的情况下，色分双向通信系统比时分双向系统更能满足通信性能要求。 3.室外可见光通信中考虑大气湍流对通信性能的影响。定义互扰代价参数衡量双向可见光通信系统上、下行链路间的相互干扰对系统的影响程度。仿真分析使用 4-PPM调制方式的室内色分双向通信系统，在 100Mbps 传输速率下上行链路与下行链路的最远可靠传输距离分别为3.75m和4.21m；在传输距离为2.5m时系统最大可靠传输速率为225Mbps。

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