室内可见光通信系统调光控制技术的研究

摘要

随着信息化社会的发展，信息的传输量将超出现有无线电频谱的承载能力。可见光通信(Visible Light Communication，VLC)作为一种高速率、高带宽、高安全性的接入方式可有效突破无线电频谱资源严重匮乏的困局，是具有广阔应用前景的下一代无线通信技术之一。
　　VLC系统具有通信和照明双重功能，在保证信息可靠传输的同时其光照质量必须兼顾。为此，将VLC技术与调光控制技术有机结合，实现绿色节能、环境友好、适应不同场合对于不同照明条件需求的VLC，极具发展潜力和应用前景。
　　论文首先对VLC技术和调光控制技术进行了概述，并对VLC调光控制的研究现状加以说明。其次，提出了LED可见光通信调光控制系统框架模型，分析了室内VLC的链路结构，对VLC系统的关键器件白光LED和光检测器PD的特性进行了介绍。在此基础上，对于VLC系统调光控制功能的实现，分别设计了基于脉冲位置调制—脉冲幅度调制(PPM-PAM)和基于脉冲位置调制—脉冲宽度调制(PPM-PWM)两种技术方案，具体包括系统的通信协议、硬件电路设计和微控制器软件程序设计。两种方案在确保可见光通信系统正常通信的同时，分别实现了基于PPM-PAM的100％、75％、50％、25％四种调制幅度下的调光控制功能及基于PPM-PWM的100％、46％、43％、38％、33％五种占空比调光模式下的调光控制功能。论文对系统的调光性能和通信性能分别进行了实验测试，验证了系统设计方案的可行性和有效性。此外，本文还设计了基于手机摄像头的VLC调光控制系统，测试表明，系统能够实现在不同的调光模式下正确地传输文本信息。
　　面向VLC系统调光控制功能需求，本文分别实现了基于PPM-PAM和PPM-PWM以及基于手机摄像头的调光控制技术，为VLC调光控制技术深入研究提供了一定的理论基础和实践经验。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 可见光通信技术简述

1．2 调光控制技术概述

1．3 论文研究主要内容和章节安排

第2章 LED可见光通信调光控制系统模型

2．1 LED可见光通信调光控制系统的框架

2．2 室内光无线通信信道

2．3 光源和光检测器件

2．3．1 白光LED光源

2．3．2 光检测器PD

2．4 可见光通信基带调制技术

2．4．1 OOK数字基带调制

2．4．2 PPM数字基带调制

2．4．3 PAM模拟调制

2．4．4 PWM数字基带调制

2．5 本章小结

第3章 基于PPM-PAM的调光控制技术

3．1 PPM-PAM系统的通信协议

3．2 PPM-PAM系统的硬件设计

3．3 PPM-PAM系统的软件设计

3．3．1 发送端软件设计

3．3．2 接收端软件设计

3．4 本章小结

第4章 基于PPM-PWM的调光控制技术

4．1 PPM-PWM系统的通信协议

4．2 PPM-PWM系统的硬件设计

4．3 PPM-PWM系统的软件设计

4．3．1 发送端软件设计

4．3．2 接收端软件设计

4．4 本章小结

第5章 基于PAM和PWM的调光控制系统的性能测试

5．1 系统测试环境、指标及方案

5．2 信号波形调试

5．2．1 PAM调光控制系统信号波形

5．2．2 PWM调光控制系统信号波形

5．3 传输功能测试

5．4 调光性能测试

5．4．1 PPM-PAM系统的调光性能分析

5．4．2 PPM-PWM系统的调光性能分析

5．5 通信性能测试

5．5．1 传输距离对误码率的影响

5．5．2 PPM-PWM系统中占空比与传信率的关系

5．6 本章小结

第6章 基于手机摄像头的调光控制技术

6．1 手机摄像头工作原理

6．2 系统硬件设计

6．3 系统软件设计

6．3．1 发送端软件设计

6．3．2 接收端软件设计

6．3．3 信息帧结构设计

6．4 系统性能测试

6．4．1 系统调光性能测试

6．4．2 系统通信性能测试

6．5 本章小结

第7章 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介