基于FPGA的室内可见光通信系统设计与实现

可见光通信(Visible Light Communication,VLC)具有通信速率高、绿色环保、安全性高、无需频谱许可等优点,已经成为目前的研究热点。针对可见光通信系统设计复杂及系统通信距离短的问题,文章在接收端加入二级放大电路,进一步改善系统抗干扰能力,同时还研究了室内可见光通信系统的信道模型,并结合高亮发光二极管在室内空间进行了光照强度、接收功率、信噪比及误码率的仿真分析,分析了不同调制方式的抗噪声性能及带宽利用率。将数字信号处理器FPGA(Field Programmable Gate Array,FPGA)作为光通信系统的控制芯片,设计了基于2PPM(Pulse-Phase Modulation,PPM)调制的室内可见光通信系统,通过搭建实验平台验证了该方案下的系统通信性能,在通信距离为3.5m时,误码率小于1×10-5,实验结果表明该通信系统具有误码率低、结构简单等优点,满足高性能室内可见光通信系统的要求。

白光LED室内可见光通信的关键技术

可见光通信是一项新兴基于白光LED的无线光通信技术,具有发射功率高、不占用无线电频谱、无电磁干扰、无电磁辐射和节约能源等优点,能够同时实现照明和通信的双重功能。阐述了可见光通信技术的发展动态,介绍基于白光LED的室内可见光通信系统,并对提高系统整体性能的若干关键技术进行了研究讨论,为白光LED室内可见光通信系统进一步研究提供依据。

室内可见光通信中的分数间隔均衡技术

研究了室内可见光通信系统分数间隔均衡技术,以降低码间干扰对该通信系统性能的影响。针对室内可见光通信系统的传输特点和信号调制特性,建立了室内可见光通信链路模型;在此基础上,提出了分数间隔均衡方法,并利用最小均方误差准则优化设计均衡器。最后,通过计算机仿真,对提出的分数间隔均衡方法进行了性能评估。实验结果表明,相同误码率条件下,T/2分数间隔均衡器比符号间隔均衡器的性能优1～2dB,能够更有效地抑制由信道多径效应等引起的码间干扰,提高信号传输的可靠性。

基于全息反射镜的室内可见光通信光学接收天线

提出了一种新型光学接收天线的设计和制作方法,利用干涉和衍射原理在全息材料上制成具有聚集光束和滤除环境光双重功能的全息反射镜.通过耦合波理论与k矢量闭合法分析了这种光学接收天线的角度选择性、光谱选择性以及任意点的衍射效率,模拟结果表明:全息反射镜在不同点的视场角和光谱带宽分别为0.8°~13.4°和4.4nm^7.4nm,并且整体衍射效率在95.3%以上.与由聚光镜和滤波片组合成的传统光学接收天线相比,全息反射镜体积小、重量轻、成本低、能作为光学接收天线用于室内可见光通信系统中.

室内可见光通信多阵元发射天线优化设计

基于一种新的白光LED发光模型,对室内可见光通信系统多白光LED阵元发射天线进行了优化设计.分析了多阵元发射天线的阵元分布、阵元光轴极角、阵元层间距、阵元数目等参数对室内光功率分布的影响,给出了设计参数的优化选择方法和原则.并通过控制发射光功率的方法,实现了光功率分布为平顶形的多阵元天线设计.通过仿真和实验研究验证了所提出的优化设计方法.

室内可见光通信复合光学接收端设计与分析

本文提出了一种适用于室内可见光通信的新型光学接收端的设计.根据复合抛物面聚光器的聚光特性,将光电探测器与复合抛物面聚光器耦合作为接收子单元,并将这些接收子单元按照特定的几何关系嵌入一个半球面中,得到角度分集型的复合光学接收端,达到水平方向360°,垂直方向180°的大视场.对每个接收单元接收到的光能量,低传输数据时进行相加求和作为最终的接收功率,高数据速率时取各个子单元的最大值作为接收功率.在一个5 m×5 m×3 m的空旷房间中,通过MATLAB对室内可见光通信系统建模仿真.计算结果表明,采用这种复合型光学接收端后,两种不同处理算法下的接收功率相对于直接接收分别提高了11.85和7.47 dB,增益分别为15.31和5.98.信噪比较高,两种情况下的平均值分别为79.17和72.26 dB,且接收信噪比分布平缓,波动较小.这说明采用本文设计的光学接收端,不仅能够得到较大的接收端视场角,同时获得较高的增益和接收功率,以及稳定的接收信噪比,避免了室内可见光通信系统中通信盲区的存在,保证了室内通信性能的稳定性.

基于自适应OFDM的室内可见光通信系统性能研究

为了提高室内可见光通信(VLC)系统性能并充分利用信道带宽资源,将OFDM与自适应技术结合应用于VLC系统中。讨论了系统反馈途径的实现方法,在室内空间环境建模的基础上,对自适应OFDM通信系统的吞吐量和误码率进行了Matlab仿真和分析。

室内可见光通信中的自适应分集接收技术

针对室内可见光通信系统中信道是典型的随参信道、数据传输存在多个路径的特点以及室内人员、物体的移动可能会造成信号路径遮挡的问题,提出一种基于变步长最小均方算法的自适应分集接收技术,结合分集接收技术和自适应信号处理技术各自的优点。通过理论分析和仿真验证,与传统的分集接收技术进行对比,对比结果表明,该技术可有效改善接收端信号质量,减小多径传输引起的码间干扰并提高系统对室内环境变化的适应能力。

室内可见光通信LEDs选择及调制技术的分析

在对室内可见光通信技术展开分析的基础上,本文从单场景和多场景两个角度对LEDs选择问题展开了分析,然后对正交频分复用调制技术和自适应多载波调制技术这两种调制技术进行了探讨,从而保证室内可见光通信系统的照明度和通信速率能够满足要求。

二级级联式室内可见光通信光学接收天线设计

针对室内可见光通信系统的传统光学接收天线无法同时满足高增益和大视场的问题,设计了一种二级级联式光学天线.通过分析信噪比、通信速率与接收天线视场角的关系,发现视场角为40?—60?的光学天线最适用于室内可见光通信系统.通过光学仿真软件Trace Pro的模拟及计算,给出了所设计的二级级联式光学天线的增益随信号光入射角的变化关系.结果表明,相较于传统接收天线,二级级联式光学天线具有更好的光学性能,视场角为菲涅耳透镜单独接收时的4倍.利用Matlab对二级级联式光学天线竖直向上时的接收功率分布进行仿真,结果显示探测器接收到的信号功率提升效果明显,平均值较直接探测时增大了7 d Bm,进一步证实该二级级联式光学天线适用于室内可见光通信系统.

室内可见光通信调制与解调技术的研究进展

近年来,基于发光二极管(LED)的室内可见光通信(IVLC)技术正逐步成为宽带光通信接入领域的研究热点。目前世界各国正在推动5G产业化工作,其中一个关键要求是必须实现更高的数据传输速率。为了进一步提高IVLC的传输速率和系统性能,需要引进更为先进的调制解调技术。文章介绍了IVLC技术的研究背景和系统模型,总结了IVLC中正交频分复用(OFDM)、离散多音(DMT)和无载波幅相(CAP)调制及多输入多输出(MIMO)等技术的研究进展,并对IVLC技术未来的发展趋势和所面临的挑战进行了分析。

白光LED室内可见光通信的关键技术

可见光通信是一项新兴基于白光LED的无线光通信技术,具有发射功率高、不占用无线电频谱、无电磁干扰、无电磁辐射和节约能源等优点,能够同时实现照明和通信的双重功能。阐述了可见光通信技术的发展动态,介绍基于白光LED的室内可见光通信系统,并对提高系统整体性能的若干关键技术进行了研究讨论,为白光LED室内可见光通信系统进一步研究提供依据。

白光LED室内可见光通信的关键技术分析

随着科学技术水平的提高,社会上出现了许多新兴的照明工具,这种照明工具基于白光LED的无线通信技术制作而成,这种照明工具不仅具有照明功能,同时还具有通信功能,白光LED具有节约能源、发射功率高、不占用无线电频谱等优点,必然会成为未来的主流照明工具。光通信技术具有广泛的发展空间,对白光LED室内可见光通信的关键技术分析十分必要。

室内可见光通信信道仿真分析

本文着眼于日益发展的室内可见光通信技术,简要阐明了该种技术的优越性。本文在构建了室内通信模型的情况下,详细地给出了通信系统组成部分的各项参数,结合信道直流增益公式,利用基于定点的迭代算法,通过MATLAB编程实现了直射信道脉冲响应与一次反射信道脉冲响应的估算,并给出了直观图像加以说明。同时,本文通过信道脉冲响应随着光接收机在封闭空间中相对位置变化而变化的几种情形的比较,得出了光接收机越靠近封闭空间中心区域,信道脉冲响应直射分量功率越大,多径时延越短,整体信道传输特性越优的结论,对于通信系统的参数配置起到了一定指导作用。

改善室内可见光通信系统性能的关键技术研讨

在目前的现状下,室内照明技术呈现迅速发展的基本趋势,而相应的通信系统性能也获得了明显改进。对于室内运用的可见光通信系统来讲,关键在于明确系统的基本通信性能,进而给出改善通信系统总体性能的可行技术对策。

室内可见光通信系统自适应均衡技术的研究

白光LED技术与可见光通信技术相结合,可以构建出LED可见光无线通信系统。通过对白光LED作为光源的室内可见光通信信道的分析,研究自适应最小递归二乘法(RLS)的改进算法进行室内可见光通信信道均衡,降低OFDM系统的误码率并提高系统频带利用率。给出了不同信噪比下各个自适应算法的比较图。

白光LED室内可见光通信研究

白光LED的出现和广泛应用极大的推动了可见光信息通信的发展,其不仅凭借发光率高、驱动电压和功耗低、使用寿命长的特点,逐渐取代传统照明设备,在室内照明领域得到广泛应用,而且将其与无线光通信系统结合应用可以满足室内用户的网络需求,所以其自产生起一直受到广泛的关注,而LED自身特征决定,白光LED室内可见光通信的实现对其驱动电源具有严重的依赖性,所以本文结合其驱动电源对白光LED室内可见光通信展开研究,为我国可见光通信的持续深入发展作出努力。

室内可见光通信发光二极管阵列发射性能的研究

提出了一种基于Lambert辐射模型的发光二极管光源阵列发射天线光照度计算模型,对室内可见光通信发射天线进行了优化设计.分析了光源的空间分布形式、光源间距、光源中心光束与系统光轴夹角以及空间分布层间距等因素对光照度均匀性的影响.通过仿真模拟和分析,得到了圆形阵列天线在照度均匀性和通信传输信号稳定性方面都优于相同光源数目的矩形阵列天线,并且提高了10%左右;同时得出了在满足室内照明情形下,发光二极管阵列发射天线照度均匀度随光源间距及光源中心光束与系统光轴夹角的增加均呈现出先增加后减小的变化趋势,因此,光源间距和光源中心光束与系统光轴夹角均存在最优值;照度均匀度随空间分布层间距的减小而增加,并给出了5 m×5 m×3 m普通房间内发射天线阵列设计参数的最优值,使发射性能得到了优化,同时节省光源数13%,降低了成本.这些研究为发射天线系统的设计提供了理论依据,具有实用价值.

RS-Turbo码在室内OFDM可见光通信系统中的仿真

针对室内OFDM可见光通信系统受多径效应干扰易出现误码的问题,文中提出一种在系统中加入级联码以纠正误码的方法。该方法依据RS码的强纠错能力和Turbo码的近香农限特性,将RS码和Turbo码串联组成RS-Turbo级联码。RS-Turbo码用在OFDM调制之前,作为系统的信道编码方式以纠正误码。文中通过MATLAB搭建室内OFDM可见光通信系统模型,仿真比较RS码、Turbo码和RS-Turbo码对系统抗误码性能的影响。仿真结果表明,在多径效应干扰下,使用RS-Turbo码的系统抗误码性能最佳,能有效降低误码率。

一种改善室内可见光通信频闪效应的设计与实现

在无线通信领域中,可见光通信技术凭借其独有的安全性和不受强电磁干扰的特性,被越来越广泛地应用于飞机、高铁、医院、高压电网等特定领域。但在室内有人环境,利用照明LED实现的可见光通信过程中,数据源序列01不均匀会导致LED发生闪烁,引发人眼甚至人体不适的频闪效应。提出一种基于8B/10B的数据链路层编码解决方案,使用Verilog HDL语言仿真编程,以FPGA实现数据编码串行输出,通过对输出数据做FFT频谱分析,查验编码输出数据的频谱分布,明显避开了对人体有不良生理反应的频闪效应范围,符合国际标准IEEE Std 1789-2015。设计方案实现简便、效果优良。