室内可见光通信技术系统的研究.pdf

摘要 半导体发光二极管（LED）以其寿命长、功耗低和体积小等优势，正逐渐取 代传统的荧光灯和卤素灯，成为下一代主体照明光源。LED还有一个重要特性是 调制速度较快，达到兆赫兹以上(是否严谨)。将其作为信号发射源，可构建空间 光学无线通信系统。该光学无线在照明的同时实现了数据传输，具有无电磁污染 和必威体育官网网址性好等优势，可应用于军事基地、医院、飞机和普通室内环境，构成本地 无线网络。 本文结合红外技术，提出了新型的基于照明白光LED的室内光学无线双工通 信系统。建立了LED光学无线的典型室内模型，对光源的发光模式和调制速度、 不同类型光学集中器的集光特性、室内信道的多径效应、接入用户的移动性和多 用户接入协议进行了深入研究，并成功研制了系统样机，实现了光学无线互联网 接入。主要完成的工作和研究成果如下： （1）、全面分析了发射部分下行链路中白光LED的发光特性、室内照度和功 率分布，以及上行链路中红外器件的人眼安全性；信号接收部分探讨了不同光学 集中器的光学性能和其对用户移动接入的影响，制作了半球透镜和不同角度的复 合抛物面聚光器；（各部分关系，是否要加统一的一句？） （2）、分析了信号源、室内信道和接收机的带宽特性，得出室内信道带宽分 布，研制了均衡驱动电路。对开关键控、脉冲位置调制和子载波调制等不同调制 方法的特性开展了研究，提出了一种频率分布较为集中并且时钟分量丰富的新型 变周期归零调制码型。设计并实现了光学链路误码测试，测试结果表明，采用变 -7 周期归零码的部分开关键控调制，8.3Mbps速率下误码率低于10 ； （3）、设计并实现了LED光学无线互联网接入样机。下行采用15瓦白光LED 光源，上行采用1瓦红外850nmLED光源，实现了上行速率1Mbps，收发距离1 米时下行速率2.3Mbps，收发距离0.1米时下行速率8.3Mbps。 （4）、提出了一种基于载波监听和白光LED转发机制的随机接入协议，采用 软件仿真得到了最优退避竞争窗口值，大大降低了上行数据传送的碰撞几率。采 用Verilog语言描写了该协议，实现了3用户的网内接入，归一化网络吞吐量达 到80%以上。 关键词：白光LED、光学无线通信、多径效应、移动接入、多用户接入协议 Abstract White LED lights are gradually replacing the traditional incandescent and fluorescent lamps for their long life expectancy, low power consumption and small size. Another important property of white LED lights is that LEDs can be switched at high speed, up to mega hertz, indicating they can be not only used to illuminate, but also function as a signal emitter for optical wireless communication. This optical wireless can realize data transmission through illuminating devices, thus no electric magnetic interference is caused, and it is easy to secure transmissions against casual eavesdropping. This optical wireless can be used in military base, hospital, airplane and home environment. A new optical wireless duplex communication system based on white LEDs