室内LED可见光无线通信系统物理层研究

摘要

LED灯具有亮度高、寿命长、性能稳定、节省能源等优点，它将成为下一代的照明方法。基于LED的高灵敏度和自由空间光通信的调制特性，LED照明系统还具有传输信号的能力。与传统的红外和无线电通信相比，LED可见光通信系统有发射功率高、无电磁干扰、无需申请频谱资源和室内不会出现数据泄漏等优点。因此，LED可见光通信系统具有显著的研究意义和较大的发展前景，已经被公认为一种新兴的短距离高速无线通信系统。论文提出系统信道模型表示的方法，研究其物理层的调制、多址和接收优化等问题，借助数学模型和仿真数据，对该通信系统的研究内容作出了定量的分析和评价。 论文根据LED可见光通信的传输特点，参考日本Nakagawa教授可见光直射接收思想和美国John.Barry教授的红外光多次反射接收理论，提出更加全面的描述该系统物理层信道模型的方法，并通过仿真计算确立了系统物理层信道模型的表达方式。在此基础上，主要分别从各类调制信号接收性能的对比分析、接收机RACK抗多径研究和各类多址方式的评价三个方面进行数学建模和仿真分析。 主要的研究和仿真结果表明：对于速率较低(小于10Mbps)的室内LED可见光数据传输，可以使用OOK和2PPM的简单调制接收技术，对于高速率(50Mbps以上)的传输，需要使用较复杂的调制接收技术；当数据传输速率为10Mbps时，使用8抽头数的PRACK接收机能使接收性能获得明显的改善，抽头数的继续增大，导致接收机设计成本的增加，但接收改善并没有得到更加显著的提高；在TDMA/FDMA的多址系统中，当覆盖小区单元半径为2m时，信号的传输距离和邻道干扰获得较好的折衷，室内LED多用户复用的通信系统对发送功率的要求达到最小值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景与意义

1.2研究现状

1.3论文研究内容

1.4全文的结构安排

第二章典型室内LED可见光无线通信系统

2.1典型室内LED无线通信系统灯光布局

2.1.1发送光源

2.1.2典型室内灯光布局

2.1.3光传输链路

2.2 LED可见光室内无线通信发送接收原理

2.3 LED可见光室内无线通信物理层通信信号

2.3.1 IM/DD调制接收原理

2.3.2 OOK和PPM信号

2.3.3 PSK信号

2.3.4 OFDM信号

2.4本章小结

第三章典型室内LED通信系统信道和接收的分析

3.1 LED可见光典型室内无线信道

3.1.1均方根时延和可见光直射增益

3.1.2用网格循环算法计算信道冲激响应

3.1.3典型室内无线信道模型确立和应用

3.2 LED见光典型室内照明度分布

3.3 LED可见光典型室内通信接收指标的计算(单用户多径)

3.3.1接收光功率的仿真分析

3.3.2接收信号表达式和信噪比仿真

3.3.3普通接收误码率和信道容量的仿真分析

3.4抗多径RACK分集接收的性能分析

3.4.1 RACK接收产生原因和基本原理

3.4.2 RAKE接收机合并方式和多径选择

3.4.3典型房间LED可见光系统RAKE接收机结构

3.4.4信道估计的可见光RAKE接收机建模仿真分析

3.5本章小结

第四章调制编码与多址技术的仿真分析和评价

4.1 OOK信号仿真分析和性能评价

4.2 PPM信号仿真分析和性能评价

4.2.1 2PPM信号接收性能

4.2.2 4PPM信号接收性能

4.3调相信号的仿真分析和性能评价

4.4各类调制技术总体评价(单用户多径)

4.5多址复用技术的研究和分析(多用户无多径)

4.5.1可见光与红外及无线电多址技术的区别

4.5.2光域多址技术(WDMA和SDMA)

4.5.3电域多址技术(FDMA和TDMA)

4.6本章小结

第五章总结和展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文和科研情况