【摘 要】
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随着LED技术的快速发展和通信需求的提高,基于LED的可见光通信（Visible Light Communication,VLC）技术由于具有频谱资源丰富,通信速度快,能源消耗少和基础设施好的优点,被视作新一代通信技术的重要组成部分,尤其适用于室内等具备照明设施的场合。但是现有的VLC系统大多难以兼顾照明与高速通信,存在通信距离短,实时性差,造价高等问题。因此研究和设计一种通信与照明一体化的高速V
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随着LED技术的快速发展和通信需求的提高,基于LED的可见光通信（Visible Light Communication,VLC）技术由于具有频谱资源丰富,通信速度快,能源消耗少和基础设施好的优点,被视作新一代通信技术的重要组成部分,尤其适用于室内等具备照明设施的场合。但是现有的VLC系统大多难以兼顾照明与高速通信,存在通信距离短,实时性差,造价高等问题。因此研究和设计一种通信与照明一体化的高速VLC系统具有重大意义。针对上述问题,课题的具体研究内容如下:在室内应用环境中,上行链路为客户端至服务器,客户端通常为移动设备和物联网终端,要求低功耗且无需照明。因此使用0.3W的LED设计了点对点式驱动调制模块作为上行链路发射端。设计了直流偏置电路使LED工作在线性区。设计了恒流反馈电路保证直流成分的稳定。设计了可调增益放大电路来适应不同强度的信号。并与自行设计的带宽90MHz光电探测模块组成点对点式发送接收模块。下行链路为服务器至客户端,需要具备照明功能。因此使用5W的LED设计了覆盖式驱动调制模块,实现了照明通信一体化。针对大功率LED存在调制带宽小的问题,在点对点式驱动调制模块的基础上,设计了硬件均衡网络将系统调制带宽由1.8MHz提高至9.9MHz。其次,根据VLC系统的高速通信需求选用正交频分复用（OFDM）技术进行数据传输。根据VLC系统的信号特点,从通信质量,频谱效率等方面对比了多种OFDM方法并选用了DCO-OFDM。针对实际通信的同步、信道衰落和时延等问题,采用了同步序列、训练序列和数据序列的数据帧格式,实现了数据帧同步,信道估计和均衡、信号调制与解调等功能。根据VLC收发模块的参数设计了42.02Mbps的通信速度,使用FPGA实现了在线调制解调功能并进行了实验与仿真对比。最后使用VLC收发模块和FPGA搭建了完整的VLC测试系统,通过仿真分析了系统各个环节对通信性能的影响。以在线调制离线解调的方式对VLC系统进行了实验测试。在42.02Mbps的通信速度和FEC极限(误码率小于3.8×10-3)的条件下,点对点式VLC系统可以实现3.9m的通信;覆盖式VLC系统实现了1.2m的通信。在此基础上使用调制解调器和所设计VLC收发模块进行了以太网通信实验,实现了2.7m的距离下,下行链路37Mbps,上传链路45Mbps的通信速度。
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