一种2ASK的水下光通信系统研究

为解决水下声通信的通信速率低,无线电波通信的通信距离短等问题,设计并实现了一种2ASK的水下光通信系统。该水下光通信系统使用2ASK二分键控调制方式进行调制,从而实现一定距离上的高速信号传输。在模型测试中,系统使用小功率蓝光LED进行信号传输,并在接收端处接收到发送信号,从而验证了使用2ASK进行水下光通信的可行性,并通过测试其误码率、信噪比等通信系统的关键参数,为使用BPSK,OFDM等技术的水下光通信系统提供重要参考。     

适用于可见光通信的LED器件

认为研究发光二极管(LED)器件调制特性以及在高速调制状态下的发光特性是提升新型可见光通信系统性能的关键问题之一,LED器件调制特性的提升可以显著拓展可见光通信系统的应用范围。基于LED器件的调频特性,通过分析发光器件和封装的结构及其他关键光电性能,提出建议:通过降低RC时间以及载流子自发辐射寿命,有效改善LED器件的响应速率,提高LED的调制带宽。     

基于蓝绿光Micro-LED的可见光通信芯片调制带宽研究

基于氮化镓微米LED(Micro-LED)的可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术成为近年来的研究热点.通过深紫外光刻技术制备了小尺寸的氮化镓基蓝/绿光Micro-LED芯片,深入研究了40～10μm不同尺寸Micro-LED器件的性能,以及其作为VLC光源的调制带宽能力.研究发现,随着LED器件尺寸的缩小,其调制带宽显著增加.通过在电极间加入电磁屏障以及对LED器件侧壁进行钝化修复,直径为10 μm的绿光Micro-LED亮度可达1×108 cd/m2,直径为20 μm的蓝光Micro-LED的调制带宽可达372.6 MHz.研究结果表明,基于氮化镓的Micro-LED芯片在调制带宽上仍有较大的提升空间,经过进一步的研究,有望推动高速可见光通信的系统应用.     

用于提升可见光通信调制带宽的微尺寸LED性能研究

基于白光发光二极管(LED)的可见光通信、照明两用系统近年来得到广泛的研究,然而普通LED性能制约了可见光通信调制带宽.为进一步提高LED的调制带宽,可采用微尺寸LED.简要阐述了提高LED调制带宽的方法,综述了近年来在优化可见光通信调制带宽的微尺寸LED性能方面的进展,指出了未来微尺寸LED的研究方向.     

基于51单片机的LED可见光通信系统

LED可见光通信是应用前景非常广阔的新兴无线光通信技术.根据可见光通信原理,组建了基于STC89C52RC单片机的LED可见光通信系统,发射板和接收板具有较小体积和较低成本.系统链路采用直射式形式,光强度调制——直接检测技术,通过对白光LED的高速调制,利用串口调试软件验证了PC机间的LED可见光通信.实验结果表明,系统在PC机间能够实现简单的单工数据通信.     

2ASK可见光通信系统的硬件设计与实现

可见光通信(VLC)是一种基于白光发光二极管(LED)的新颖无线光通信技术,它能够将照明以及通信两大功能合二为一。为了提高传输距离,考虑到白光LED本身带宽有限,提出一种二进制振幅键控(2ASK)调制预处理方案,设计与实现了相应的LED调制发射、解调接收系统。分模块阐述了系统各部分的原理与电路结构,并且在硬件实验中探究该通信系统的性能。结果证明,在调制信号频率为50 k Hz时,该系统最大不失真传输距离达到503 cm,满足低速、较长距离通信的要求。     

基于数字信号处理的高灵敏度水下光通信发收机设计与评估

根据水下可见光通信长距离传输的需求,对水下光通信信道进行建模仿真,并设计了一种基于数字信号处理的高灵敏度水下光通信发收机。在发收机中采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）进行开关键控（OOK）调制、编码以及有限长单位冲激响应滤波器滤波（FIR）、自适应门限判决、滑动均值滤波等数字信号处理手段提高系统信噪比及误码性能,并在不同水质环境中进行水下光通信实验,对整体通信系统进行误码率分析,验证系统性能。实验结果表明,在满足误码率等于10^-6条件下,接收机灵敏度可以达到-38 dBm。实验证明该通信系统在码速率5 Mbps、误码率10^-6条件下在Ⅰ类水质中传输距离达到20 m,Ⅱ类水质中传输距离10 m,Ⅲ类水质中传输距离可以达到4.5 m。     

基于MIMO的可见光通信系统研究

可见光通信是利用LED发出的可见光传输信息的,可见光通信兼顾照明和通信,同时LED具备发光强度高、耗能低、无电磁干扰,有着巨大的发展潜力。文章指出,将MIMO技术应用于可见光通信系统,合理地对LED进行布局,可提升系统的可靠性。同时文章研究了可见光通信系统中的调制技术,比较了几种常见的调制技术,分析了各自的优缺点。     

基于MIMO的水下LED光通信系统的设计北大核心

针对水下短距离高速通信技术的需求,提出并设计了一种基于MIMO的高速水下蓝光LED通信系统。详细说明了该系统的软件及硬件电路的设计,并对整个通信系统进行了误码率测试和视频传输测试。     

基于双重调制技术的可见光通信系统研究

LED调制带宽制约着可见光通信(VLC) 系统的数据传输速率。为此,提出一种基于双重调制技术COB(chip on board)封装 的LED灯具,通过实现16级脉冲振幅 调制(PAM),将系统数据传输速率提升4倍;结合脉冲宽度调制(PWM)技术 进行调光,同时兼顾室内的照明及通信。采用Matlab软件模拟仿真视频传输试 验。结果表明,在相同信噪比(SNR)的情况下,基于双重 调制技术的VLC系统的误码率(BER)比传统使用开关键控(OOK)调控技术系 统的BER更低。本文系统在不增加器件带宽前提下,成倍提高了无线通信的 质量与 数据传输速率;从照明与通信的角度优化了VLC系统的信源,具有广阔的 应用前景。     

双光源水下无线光通信系统的研究与实现

随着海洋探测研究的不断深入,水下无线通信技术已成为制约其发展的关键。针对水下高速、远距离无线通信的需求,设计了一种面向海洋商用的水下双向链路通信系统。系统在发射端采用激光LD及LED双发射源,提出了双发射光源的系统设计方案,并通过设计相应的驱动电路验证了方案的可行性;在接收端利用5 mm大面积APD及高灵敏度PMT双接收探测器接收光信号,适用于远距离、高速通信;系统的信息处理部分由FPGA完成,通过网络通讯方式与PC端进行信息交互;最后完成整个系统设计并进行了商用工程化。开展的水下模拟实验表明,系统在通信距离5 m、误码率10?7时,通信速率可达60 Mbps;在远距离通信60 m、误码率10?7时,通信速率达10 Mbps。     

面向可见光通信的硅基InGaN/GaN多量子阱波导定向耦合器光子集成芯片

利用可见光信号作为新型信息载体的光通信技术近些年来得到长足发展,为了开发新一代光子集成芯片作为可见光通信网络的终端器件,满足可见光信号发射、接收、传输与处理的复合需求,该文基于硅基InGaN/GaN多量子阱材料,设计了一种集成可见光波段微型发光二极管(LED)光源、波导定向耦合器、微型光电探测器于一体的光子集成芯片。该芯片利用InGaN/GaN多量子阱材料的发光探测共存现象,实现了上述复合功能。微型LED光源作为发射端,可以发射出蓝色波段的可见光信号,其发光强度受到注入电流的线性调制,可实现调幅可见光通信,适合作为可见光通信的发射端。微型LED光源发射的可见光信号传输进入波导定向耦合器,实现了片内有效传输耦合和光功率平均分配。经过耦合传输的可见光信号进入微型光电探测器,可以监测到与耦合传输的光信号强度相匹配的光电流。最后,可见光通信测试也表明该芯片可实现有效的可见光通信。该研究为发展面向可见光通信网络需求的复合功能光子集成芯片终端提供了更多可能性。     

基于白光LED的可见光通信系统及其实现

研究基于LED新型环保光源,利用OptiSystem软件搭建了一套可见光通信系统,并通过仿真对其进行性能分析,使得可见光系统在提供照明功能的同时,还可以把信号调制到LED可见光光束上进行数据传输,从而实现安全性更高、数据率更高的白光LED可见光通信。     

A flicker-free CMOS LED driver control circuit for visible light communication enabling concurrent data transmission and dimming control

Recent breakthroughs in solid-state lighting technology have opened the door to a variety of applications using light-emitting diodes (LED’s) for not only illumination, but also optical wireless communication. Low-power CMOS technology enables realization of system-on-chip driver circuits integrating multiple functions to control LED device performance, luminance, and data modulation for “intelligent” visible light networking. This paper presents an LED driver circuit architecture, incorporating analog and digital circuit blocks to deliver concurrent dimming control, and data transmission. This is achieved by independent control of output voltage and current using buck converter and current control loops, respectively. This integrated system incorporates the feedback mechanisms to provide uniform light output together with the peak current control, which also prevents flickering. The proposed architecture is flexible enough to take any digital base band modulation format. Designed and implemented in a 180 nm CMOS process, it provides linear 10–90 % dimming control while transmitting data. It also introduces a mechanism which can be applied to the off-the-shelf LED drivers and make them applicable for the visible light communication applications. The power consumption of on-chip circuitry, is negligible compared to the overall power consumption which yields an efficiency of 89 % at 120 mA of load current. The measured bit error rate (BER) varies from 10^?6 at the data rate of 2.5 Mbps to 10^?2 at the data rate of 7 Mbps. All control functions integrated on-chip with the total power consumption of 5 mW.     

可见光多LED并行叠加高速传输功率分配技术研究

利用单个照明灯具内的多个LED灯芯同时发送不同数据,在可见光信道叠加传输后,接收端由单一PD检测汇聚的多路信号,从而实现信息的高速传输。针对叠加传输中LED驱动电压非负特性,提出了基于开关键控OOK调制的接收端检测算法,在此基础上提出了针对LED非线性的信噪比演进和规划的联合功率分配方案。仿真表明该方案在牺牲一定信噪比的条件下使叠加高速通信中LED驱动电压工作在线性范围内并且获得和未规划时相同的误比特率性能;并且和低码率的多灯芯恒定驱动电压方案相比,该方案传输效率更高。      

High-speed real-time visible light communication system based on InGaN/GaN-base multi-quantum well blue micro-LED

Visible light communication (VLC) technology is a new type of wireless communication technology, which employs a light source as the carrier of information to realize illumination and communication simultaneously. This paper adopts a single InGaN/GaN-base multi-quantum well blue micro-light emitting diode (LED) as the light source, designs pre-emphasis circuit, LED driver circuit, impedance matching network, etc., and builds a high-speed real-time VLC system. It has been verified that the LED achieves a 3 dB modulation bandwidth of 450 MHz or more; and the real-time communication rate reaches over 800 Mbit/s at a distance of 2 m. The communication bit error rate (BER) is as low as at a communication rate of 622 Mbit/s. Experimental indicators including 3 dB bandwidth, communication rate, and communication BER are all taken into account. Therefore, this VLC system supports high-quality high-speed real-time communication.     

可见光通信中自适应空间调制研究

针对可见光通信中MIMO系统的信道干扰问题,采用自适应空间调制技术,即发送端任一时刻只有一个发光LED处于工作状态来传输数据,接收端采用最大似然算法恢复原始信号,同时为优化误码率性能,加入自适应Fischer算法,发送端能够根据信道状态信息对各个子载波分配不同的比特,降低误码率.实验结果表明:在传输速率和发送功率一定的情况下,结合Fischer算法的空间调制技术能有效降低系统误码率,改善可见光通信系统的通信性能.     

基于可见光通信的图像传输系统的设计

针对目前可见光通信传输速率低、难以实现图像通信的问题,通过研究高亮度白光LED光强调制原理和光电检测器特性,研制了一种可见光图像传输系统.设计了系统的光发射与接收电路,编写了图像传输与显示程序.通过实验验证,系统实现了通信速率为2 Mbit/s的PC机到PC机的字符及图像传输,为高速可见光通信的发展提供了一种可靠的电路设计方案.     

基于二维码的可见光并行通信系统信号调制技术

为了完善基于LED阵列的可见光并行通信系统,探索与之相配的信号调制方案,进行了实验并得出了相关结论。结合可见光并行通信系统的特点以及快速响应(QR)二维码的特征,采用QR码作为可见光并行通信的信息发送方式,研究了基于二维码的动态可见光并行通信系统的调制方案和译码图像处理技术。实验结果表明,该系统能动态发射QR码图像,便于接收,经过一定的图像处理,能正确译码。     

Fabrication of High-power White LEDs and White Light Uniformity Testing

As the blue and yellow lights are complementary colors, a blue InGaN LED chip is coated hy a yellow phosphor film to generate white light based on luminescence conversion mechanism. The emitted light of a blue LED is used as the primary source for exciting fluorescent material such as cerium doped yttrium aluminum garnet with the formula Y3Al2O12 ： Ce^3＋ （in short： YAG ： Ce^3＋ ）. The matching of the spectrum of the blue LED chips and the YAG ： Ce^3＋ yellow phosphor is studied to improve the conversion efficiency. The packaging methods and manufacturing processes for high power single chip-white LEDs are introduced. The uniformity of the output white light is investigated. Based on the characteristics of the high power white LEDs, some approaches and processes are suggested to improve the light uniformity when they are fabricated. The effectiveness of those approaches on the improvement of LEDs is discussed in detail and some interesting conclusions are also presented.