移动车辆与LED路灯间可见光无线通信研究

摘要

LED可见光无线通信因节能、无电磁干扰、绿色而成为一种新型的短距离无线通信技术。智能交通系统(Intelligent Transportation System，ITS)是一种集先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等一体的交通运输管理系统，在未来社会中的地位会变得越来越重要。LED路灯作为ITS中常见的照明工具，若将它作为可见光通信发送端，车辆上安装光接收器，能做到照明与通信共用，解决ITS中最后一公里无线接入，最大限度的解决成本效益问题。
　　本文主要研究移动车辆与LED路灯间可见光无线通信无缝连接问题。移动车辆与LED路灯间可见光无线通信时，车辆在相邻两个LED路灯之间行驶，面临着接收多个LED路灯发射信号时信号的选择或无LED路灯照射时信号中断问题，以及车辆行驶过程中产生的多普勒效应对接收信号的影响。根据室外可见光通信中的实际情况、移动车辆行驶状况与多个LED路灯实际部署情况建立无信号覆盖通信模型与信号重叠覆盖通信模型，仿真分析两种模型中多个LED路灯信号功率分布情况。划分LED路灯之间无信号覆盖和信号重叠覆盖两种模型中功率分布情况，采用接收信号功率(Received signal power RSP)切换方法来解决信号选择或信号中断问题。在无信号重叠模型中采用RSP存储切换方法来解决车辆与LED路灯通信中断问题，在信号相互重叠模型中运用RSP选择切换方法来解决车辆的信号选择问题。仿真论证了多普勒效应会减低室外可见光通信系统的性能，减低系统信噪比，增加系统误码率。采用基于循环前缀的多普勒估计算法与信号重采样的补偿算法来减少多普勒效应对车辆与LED路灯之间可见光通信系统造成的影响。
　　经过仿真验证得出较好的结果:采用RSP存储切换后，当车速在36km/h-90km/h时，接收机能够预留出足够大的缓存空间来存储信号中断过程中丢失的数据。采用RSP选择切换后，能够稳定接收端接收到的信号功率，提高系统信噪比，从而保证了通信的无缝连接。对系统中存在的多普勒效应采用估计补偿算法后，能够有效降低系统误码率，并得出该估计补偿算法的性能在高信噪比条件下优于低信噪比。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状

1．3 研究内容

1．4 全文结构安排

第二章 车辆与LED路灯通信模型分析

2．1 室外可见光通信信道分析

2．1．1 空气介质

2．1．2 可见光通信性能指标分析

2．1．3 可见光通信链路分析

2．2 移动车辆与LED路灯信道模型

2．2．1 无信号覆盖模型

2．2．2 信号重叠覆盖模型

2．3 室外通信复用技术

2．3．1 复用技术介绍

2．3．2 正交频分复用

2．4 室外通信调制技术

2．4．1 正交振幅调制

2．4．2 正交相移键控

2．4．3 二进制相移键控

2．5 本章小结

第三章 车辆与LED路灯切换方法分析

3．1 切换方法分析

3．1．1 RSP存储切换

3．1．2 RSP选择切换

3．2 切换过程功率分布

3．2．1 RSP存储切换功率分布

3．2．2 RSP选择切换功率分布

3．2．3 功率分布比较分析

3．3 RSP存储切换仿真与分析

3．4 RSP选择切换仿真与分析

3．4．1 信号分集

3．4．2 切换参数

3．4．3 仿真设计

3．5 本章小结

第四章 车辆与LED路灯通信中的多普勒效应

4．1 VLC中多普勒效应分析

4．1．1 多普勒效应频域分析

4．1．2 多普勒效应时域分析

4．2 VLC系统通信性能分析

4．2．1 接收机信噪比分析

4．2．2 系统误码率分析

4．3 估计算法

4．3．1 噪声模型

4．3．2 基于循环前缀多普勒评估算法

4．3．3 算法仿真分析

4．4 重采样补偿算法

4．5 本章小结

第五章 总结和展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢