基于白光LED的室内无线光通信上下行链路研究

论文摘要

随着LED(Light Emitting Diode)产业的兴起和迅速发展,半导体照明取代传统照明势在必行。而白光LED具有节能、寿命长、可靠性高、调制性能好等优点,使LED在照明同时进行通信成为可能。掌上电脑(Palmtops)以及个人数字助理(APD)等移动电脑设备得到了越来越广泛的应用,人们迫切需要一种信息容量大和部署灵活、维护方便、安全保密的无线通信技术。无线光通信为无线宽带接入的快速部署提供一种灵活的解决方案,这给基于白光LED的室内可见光通信技术带来极大的机遇。本文主要从白光LED的物理特性出发,研究了两类典型的室内LED照明灯的布局对照明和通信的影响、信号的一次反射对整体光功率的影响;研究多种调制方式在室内无线光通信中的性能、高速传输中多径信道产生的均方根时延、以及由此引起的码间干扰;为了解决码间干扰,采用了分集接收以改善高速通信情况下的通信性能;最后,建立了室内可见光通信的上行链路,分析了正交码长度、用户数量对上行性能的影响,并采用多用户检测的方法降低用户间的干扰。主要研究工作如下:(1)以一个典型的室内房间模型为研究对象,从两类典型的室内照明灯布局着手,分析比较了两种布局对室内照明的影响,并结合通信的要求,选择合理的布局。结合所选择的照明灯布局,仿真比较了墙面反射信号的脉冲强度和直流增益,分析反射信号对通信接收信号的影响。(2)分析了采用OOK、PPM和MPPM调制,在传输速率从10M到100M时的接收误码率情况。根据光源的布局,分析了室内各点的均方根时延分布情况,室内具有代表性的三个点的误码率以及在不同传输速率下,采用不同调制方式的光功率损耗情况。(3)针对大角度接收机接收在高速传输情况下接收性能不理想的特点,提出了采用角度分集接收技术,设计了角度分集接收机每个接收分支的角度,通过改变接收机的接收角度,降低多径对通信的影响。分析了角度分集接收的信道,仿真了采用角度分集接收机后的接收误码率。(4)建立了用户上行链路,采用OCDMA技术实现多用户上行,实现了双向通信。分析了光正交码长度、权重以及接收机判决门限对接收性能的影响。仿真分析了单用户检测和多用户检测情况下的误码率。结果表明,采用多用户检测可以在保证一定误码率的前提下增加系统的用户数量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 无线光通信的研究现状
• 1.3 课题研究的意义及内容
• 1.4 全文的组织安排
• 第二章 白光无线通信的光源与调制分析
• 2.1 白光LED的特性
• 2.1.1 白光LED的辐射特性
• 2.1.2 白光LED的调制特性
• 2.2 白光LED照明光源的布局与信号传输路径
• 2.2.1 白光LED光源的布局
• 2.2.2 无线可见光通信传输路径
• 2.3 白光LED室内无线光通信的下行链路
• 2.4 室内无线光通信的调制方式
• 2.4.1 强度调制/直接检测（IM/DD）
• 2.4.2 开关键控（OOK）
• 2.4.3 脉冲位置调制（PPM）
• 2.4.4 多脉冲位置调制（MPPM）
• 2.5 室内无线光通信噪声模型
• 2.6 本章小节
• 第三章 白光无线信道和接收性能分析
• 3.1 室内照明度分布
• 3.2 室内无线光信道分析
• 3.2.1 无线光信道的直流增益
• 3.2.2 墙面反射信号对通信的影响
• 3.2.3 室内光功率分布
• 3.2.4 接收信噪比
• 3.2.5 均方根时延与码间干扰
• 3.3 白光LED无线通信调制性能分析
• 3.3.1 带宽和功率分析
• 3.3.2 离散信道的信道容量分析
• 3.3.3 光功率损耗
• 3.3.4 OOK接收性能分析
• 3.3.5 4-PPM接收性能分析
• 3.3.6 MPPM接收性能分析
• 3.4 采用角度分集接收改善接收性能
• 3.4.1 接收机接收分支的角度设计
• 3.4.2 角度分集接收
• 3.4.3 分集接收的误码率分析
• 3.5 本章小节
• 第四章 白光无线通信上行链路
• 4.1 OCDMA的特点与光正交编码
• 4.1.1 OCDMA的特点
• 4.1.2 OCDMA光正交编码的构造
• 4.1.3 OOC系统信道吞吐容量
• 4.2 OCDMA上行信道模型
• 4.2.1 用户信号发射源设计
• 4.2.2 OCDMA信道模型
• 4.2.3 OCDMA单用户检测
• 4.3 采用OCDMA单用户检测的上行链路性能分析
• 4.4 OCDMA多用户检测
• 4.5 本章小节
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目