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LED照明通信系统发射与接收关键技术研究

作　者: 王佳媛
导　师: 邹念育
学　校: 大连工业大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 可见光通信 白光LED 室内照度仿真 系统电路 MPU微处理器
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


LED照明通信技术是一种新型的基于自由空间的光无线通信方式。它克服了无线通信和光纤通信技术的缺点，既拥有着无线通信灵活机动，非视距的特点，又有着光纤通信低窃听，抗扰高的优点。能够满足复杂环境下全天候，全方位的应急通信与保密通信的需求，受到了国内外科研机构的高度重视。由于LED具有寿命长，体积小，耗电少，绿色环保等诸多优点，被认为是成为下一代照明光源的主流照明技术。同时LED又具有响应时间短，调制速率高等特性，使得采用LED作为信号光源进行无线数据传输成为可能。将LED照明技术与光无线通信技术相结合，可构建LED照明通信系统，即在照明的同时实现通信。本文主要对基于LED的可见光照明通信系统展开研究。研究并分析了基于白光LED照明光源的可见光无线通信技术在实际应用领域中的系统组成与结构，并研究了其系统发射与接收的关键技术，解决了实现所面临的关键问题。基于白光LED的光学特性和通信特性的分析研究，设计出白光LED的驱动调制电路和LED照明通信系统的接收电路，建立并研究了室内自由空间光无线传输的信道，并对LED照明通信系统进行了完整的设计并研制出实验系统，为基于白光LED照明通信系统进一步产品化提供了较好的理论与实践基础。主要工作及成果如下：（1）从白光LED的基本特性的分析入手，通过研究LED的发光特性、光谱特性、调制特性等，分析并总结了LED室内照明通信系统的发射与接收的关键技术。（2）通过建立房间模型，采用理论分析与数学模拟，在给定的判别条件下，合理安排LED灯具布局，采用matlab仿真软件对该房间进行室内光环境仿真，得到了室内最佳照明布局，并满足国际照明标准。（3）通过设计大功率LED驱动电路，采用已经商品化的10W LED作为系统照明光源和通信光源，并对其实现了信号的调制，使该白光LED能够在通信的同时提供稳定的照明光环境。合理设计了光电接收电路，实现了对LED白光调制信号的最佳接收。（4）设计了基于微处理器（MPU H8/3069F）的LED可见光通信系统，并搭建了实验系统。实验证实，该系统在室内光照度不大于40lx环境下，通信距离长达15米且误码率为0。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 LED 可见光照明通信技术的发展动态与进展  11-14
    1.2.1 LED 室外照明通信系统  11-12
    1.2.2 LED 室内照明通信系统  12-14
  1.3 研究内容与论文构成  14-16
第二章 LED 用于室内照明通信特性与关键技术  16-29
  2.1 白光 LED 结构和发光原理  16-17
    2.1.1 LED 的发光原理  16-17
    2.1.2 传统 LED 芯片的结构  17
  2.2 实现白光 LED 的技术途径  17-19
  2.3 白光 LED 用于照明  19-23
    2.3.1 发光特性  19
    2.3.2 光谱特性  19-21
    2.3.3 辐射模式  21-23
  2.4 白光 LED 用于通信  23-25
    2.4.1 伏安特性  23-24
    2.4.2 调制特性  24
    2.4.3 电光转换特性  24-25
  2.5 LED 照明通信的关键技术  25-27
    2.5.1 光环境设计  26
    2.5.2 高性能编码技术  26-27
    2.5.3 高速调制驱动电路设计  27
    2.5.4 高灵敏的接收技术  27
  2.6 本章小结  27-29
第三章 室内 LED 照明与接收的光环境设计  29-42
  3.1 室内 LED 照明通信系统的基本结构和特点  29-31
  3.2 室内无线光信道分析  31-34
    3.2.1 室内光信道链接方式  32-33
    3.2.2 室内可见光通信信道的基本类型  33-34
  3.3 室内照明理论与 LED 光源的建模  34-36
    3.3.1 室内照明理论基础  35
    3.3.2 光源的几何造型  35-36
    3.3.3 光源的发光特性  36
    3.3.4 光强的空间分布  36
  3.4 室内光环境仿真  36-41
    3.4.1 白光 LED 照明的照度分布仿真  36-39
    3.4.2 接收功率仿真  39-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章 LED 照明通信系统的研制和实验  42-63
  4.1 LED 照明通信系统的设计方案  42-43
    4.1.1 实验系统的构成设计  42-43
    4.1.2 实验目标  43
  4.2 编码设计  43-44
  4.3 光学聚光器设计  44-46
  4.4 驱动电路与接收电路的设计  46-48
    4.4.1 LED 驱动电路设计  46-47
    4.4.2 LED 接收电路设计  47-48
  4.5 实验系统的搭建  48-52
    4.5.1 LED 的选择  48
    4.5.2 光电探测器的选择  48-49
    4.5.3 发射端和终端的选择  49
    4.5.4 编码解码设备的选择  49-51
    4.5.5 系统搭建中遇到的问题及解决办法  51-52
  4.6 系统实验  52-62
    4.6.1 整机实验系统概述  52-54
    4.6.2 实验方法与实验结果分析  54-62
  4.7 本章小结  62-63
第五章 总结与展望  63-65
  5.1 总结  63-64
  5.2 展望  64-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
附录A 攻读硕士学位期间发表的论文  69

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 光波通信、激光通信
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