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基于发光二极管(light emitting diode,LED)的可见光通信(visible light communications,VLC)具有成本低、功耗低、调制速率高、安全性好、频段免费等优势,在提供照明的同时,为无线通信提供一种新的数据传输形式,它已经成为当今短距离高速无线光通信的研究热门。本文在深入研究LED的半功率半角宽度(semi-angle at half power,SAHP)参数对光强分布影响的基础上,从以下几个方面开展研究:1)针对室内VLC脉冲响应分析计算的复杂性,提出了一种基于经典算法、包含多次反射的脉冲响应简化计算方法。2)针对室内VLC通常存在的通信不均匀性,提出了一种SAHP参数的优化方法,它不仅能提高系统的信噪比(signal-to-noise ratio,SNR),而且能使其分布变得更加均匀。3)针对实际应用中亮度调节和降低能耗的需求,提出了多种基于优化调制参数和分组优化SAHP参数的算法,可根据用户不同的均匀性需求,使系统能耗最低。论文的具体内容如下:首先,介绍了室内VLC的基本概念,给出了室内光源和探测器的模型、基于直射光脉冲的脉冲响应模型和基于经典迭代算法的多次反射脉冲响应模型。针对现有方法存在计算量大等不足,本文提出了一种基于经典迭代算法的室内多次反射脉冲响应简化算法。通过拆分整合仿真步骤、优化仿真流程,使简化算法的计算量节省约40%。对简化算法与未简化算法各自的计算结果进行比较,结果表明简化算法不会降低系统仿真的精确度。其次,通过分析LED的朗伯体发射模型,推导出以不同朗伯体发射阶数表达的LED光照度公式,仿真分析了基于不同SAHP参数的单个LED光照度分布,研究了SAHP参数对LED光强的影响。在此基础上,提出两种提高系统SNR均匀性的SAHP参数优化方法:单个SAHP优化(individually optimization,IOP)和整体SAHP优化(wholly optimization,WOP)。对四种典型的LED布局进行了WOP和IOP分析。结果表明,与未优化时的情况相比,WOP和IOP都能够使系统的SNR和均方根(Root mean square,RMS)时延扩展性能得到提高。在大多数情况下,IOP的优化效果好于WOP。接着,在分析可实现亮度调节的副载波-4脉冲位置调制(subcarrier 4-pulse position modulation,SC-4PPM)方式及其通信模型的基础上,提出一种优化算法,它能在满足亮度调节与通信条件的同时,提高系统SNR均匀性。以LED四种典型布局中效果最佳的平均分布LED布局为例,进行了仿真分析。通过对比优化前后SNR性能和光照度分布,验证了此优化方法能够在提供亮度调节功能的同时改善VLC的SNR均匀性。研究了该优化方法的鲁棒性,在SAHP参数、调制参数和房间尺寸等参数上引入随机偏差后,对相应的系统参数进行分析,仿真结果验证了此优化方法的鲁棒性。分析了该优化方法的实际可行性,通过分别设置多组LED功率、LED个数、房间尺寸和探测器视场角(field of view,FOV)等参数,执行优化分析,仿真结果验证了此优化方法可应用于不同实际场景。然后,通过分析不同SAHP参数对LED光照度的影响,构建基于SAHP参数的VLC节能概念,定义基于SC-4PPM调制参数的节能效率,提出基于调制参数、SAHP参数和探测器FOV的四种优化方法:固定SAHP优化(stable identical SAHP,SS)、可变SAHP优化(variable identical SAHP,VS)、差异化分组可变SAHP优化(variable non-identical SAHPs,VNS)、同时可变SAHP和FOV优化(variable identical SAHP and variable FOV,VISF)。对四种典型LED布局分别执行四种优化的结果表明,它们都能提高VLC的节能效率。其中,VS比SS能得到更高的节能效率,VNS能获得最小的SNR波动,VISF能够获得最高的节能效率。在四种LED布局中,均匀布局能够获得最好的整体性能。最后,总结了本论文的主要工作以及创新点,针对VLC的发展趋势和现有问题,提出对未来VLC的研究和技术展望。