基于LED照明燈的室內(nèi)無線光通信雙工系統(tǒng)研究.pdf

1、LED燈具有亮度高、壽命長、性能穩(wěn)定、節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)，它將成為下一代的照明工具。由于LED的高靈敏度和線性調(diào)制特性，因此LED照明系統(tǒng)具有傳輸信號的能力。與傳統(tǒng)的紅外和無線電通信相比，LED可見光通信具有發(fā)射功率高、無電磁干擾、無需申請頻譜資源和室內(nèi)不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄漏等優(yōu)點(diǎn)。LED照明燈無線通信能夠在照明的同時(shí)實(shí)現(xiàn)通信功能，既節(jié)能又減少了重復(fù)投資，因此，LED可見光通信系統(tǒng)具有顯著的研究意義和較大的發(fā)展前景，已被公認(rèn)為一種新興的短距離高速

2、無線通信系統(tǒng)，并引起了國內(nèi)外一些大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)學(xué)者的關(guān)注和研究。
　　 論文圍繞典型室內(nèi)LED照明燈無線光通信系統(tǒng)展開，主要對室內(nèi)無線雙工通信系統(tǒng)的通信信道進(jìn)行分析研究；通過對雙工通信系統(tǒng)的上下行鏈路的信道分析、室內(nèi)通信中的多徑效應(yīng)與背景光干擾的研究，提出了抑制多徑效應(yīng)的調(diào)制方法，設(shè)計(jì)了基于LED照明燈的雙工通信系統(tǒng)方案。主要完成的工作和研究成果如下：
　　 (1)針對典型室內(nèi)照明光通信分析了雙工通信上下行雙工鏈路。提出

3、了下行鏈路通信的非定向信道模型，并進(jìn)行了仿真研究。分析了雙工同波長通信時(shí)上下行鏈路之間的干擾，研究發(fā)現(xiàn)下行鏈路的輻射光對上行鏈路光信號會產(chǎn)生一定的屏蔽，從而影響雙工通信的質(zhì)量。
　　 (2)提出采用有保護(hù)間隔的正交頻分復(fù)用OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)抑制多徑效應(yīng)的方法。針對目前基于LED可見光室內(nèi)無線通信遇到的多徑效應(yīng)和背景光干擾進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)多徑效應(yīng)干擾主要由

4、于燈與接收機(jī)的距離差以及燈光經(jīng)過墻壁的反射引起的。將有保護(hù)間隔的OFDM調(diào)制技術(shù)，引入基于LED的可見光通信系統(tǒng)中，可以有效地抑制多徑效應(yīng)，仿真發(fā)現(xiàn)：相比其他調(diào)制方式，有保護(hù)間隔的OFDM調(diào)制的信噪比更高。
　　 (3)分別提出了偏振分光方式和并行方式LED照明燈雙工通信系統(tǒng)方案。由于下行鏈路輻射光對上行鏈路的屏蔽，導(dǎo)致很難實(shí)現(xiàn)雙工通信，因此分別設(shè)計(jì)了兩種采用光學(xué)器件實(shí)現(xiàn)雙工通信的方案。比較研究后發(fā)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)各有優(yōu)缺。偏振分光方

5、式的雙工通信系統(tǒng)能夠屏蔽干擾，但是需要更多的光學(xué)器件，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜，而并行方式的雙工通信系統(tǒng)并不能將干擾光完全屏蔽，因此在信噪比上會略遜一籌，但是結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。最后提出了改進(jìn)的并行雙工通信系統(tǒng)，將并行雙工系統(tǒng)中上行鏈路接收端前的普通光學(xué)透鏡改為球面透鏡，這樣可以在室內(nèi)任何角度都能將照射過去的上行鏈路光聚焦到光電檢測器上。
　　 (4)通信收發(fā)電路的設(shè)計(jì)。在理論分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于LED可見光通信收發(fā)系統(tǒng)的電路，發(fā)射端將計(jì)