基于摄像头的MIMO可见光无线通信系统

摘要

白光LED（Light Emitting Diode）具有寿命长、光照强、功耗低、电光转换效率高、对人眼无伤害、调制特性好等诸多优点，被公认为是新一代绿色照明光源。可见光通信（Visible Light Communication, VLC）就是白光LED与通信技术相结合的产物。它的原理是将电信号调制到白光LED上，利用LED发出的人眼无法察觉的高速明暗闪烁信号来进行信息的传送。在VLC系统中，白光LED兼具通信和照明双重功能，是一种全新的无线通信接入方式。
　　目前，VLC技术的研究中还有很多问题尚未解决。本文主要从可见光通信系统的接收端入手，针对基于光电二极管接收信号的现有系统所存在的光源布局及多径干扰等问题，用摄像头替换原有光电二极管进行信号接收。同时，将多输入多输出（ Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）技术引入到更改接收机制后的系统中。本文的主要工作内容如下：
　　首先，充分调研可见光无线通信的研究现状，探索白光LED的发光原理及特性，分析可见光通信的信道链路组成及信道特性，深入理解VLC系统的工作原理，找出现有研究中存在的问题。
　　然后，研究可见光并行通信系统及VLC系统接收机制。一方面深入研究传统的VLC并行通信系统工作原理；另一方面，探索基于光电二极管的光信号接收器的构成及技术要求，详细分析图像传感器的接收原理，提出基于摄像头的新的接收机制。同时，将MIMO技术引入其中，提出基于摄像头的MIMO可见光无线并行通信系统。
　　最后，设计出了一种基于摄像头的MIMO可见光无线并行通信系统。同时还对此系统进行了模拟仿真实验，并提出了一套图像处理算法对接收端采集的信号进行处理。发射端通过编程模拟出n个发射光源，分别发射n路不同的码流。接收端用摄像头来采集无线信号，对采集到的信号使用图像处理技术来识别各个传输通道的信息，并进一步恢复出n路码流。
　　实验结果表明，实验中出现的少量误码均可被正确纠正，发送端发送的信号码流在接收端均可被正确地恢复出来。所提出的系统通过更改信号接收机制，规避了基于光电二极管接收信号的现有系统中所存在的光源布局与同步难题及多径干扰问题。论文提出的多通道信号传输与接收的方式，提高了光源利用率，因其可操作性而具有实用价值。

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1 可见光通信的研究背景与应用优势

1.2 可见光通信的发展和研究现状

1.3 基于摄像头的MIMO可见光通信的研究意义

1.4 本文的主要工作及创新点

第二章 白光LED的结构与工作特性研究

2.1 白光LED的工作原理

2.2 白光LED的物理特性

2.3 白光LED辐射特性及光源特点

2.4 基于白光LED的VLC系统与电力线通信的融合

2.5 本章小结

第三章 可见光通信系统原理及信道分析

3.1 室内可见光通信系统原理

3.2 室内可见光通信链路分析

3.3室外可见光通信系统

3.4 本章小结

第四章 MIMO可见光并行通信原理研究及光接收器设计

4.1 MIMO技术简介

4.2 室内可见光MIMO通信系统原理及模型

4.3 可见光通信系统的光接收器

4.4 本章小结

第五章 基于摄像头的MIMO室内可见光无线通信系统

5.1 多光源单接收的可见光通信系统原理

5.2 信号处理的算法研究

5.3 仿真实验结果分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

6.3 可见光通信IEEE802标准的现状

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢