改善室内可见光通信系统性能的关键技术

可见光通信是一项新兴的基于白光LED的无线光通信技术。可见光通信系统可以实现照明和通信的双重作用。通过分析影响白光LED通信性能的因素,对室内可见光通信中提高系统整体性能的若干关键技术进行了研究讨论,为改善白光LED通信系统性能提供进一步努力的依据。     

基于DHPIM调制可见光通信系统的研究

针对智能交通可见光通信系统采用OOK、PPM和DPIM等调制方式系统的接收机信噪比不理想的问题,研究双头脉冲间隔调制(DHPIM),分析DHPIM对系统接收机信噪比的影响。首先介绍DHPIM调制工作原理,比较各种调制方式系统占用的带宽,接着分析比较了几种典型天气条件下DHPIM调制系统接收机信噪比,最后在同一种天气下,分析比较了系统采用DHPIM等多种调制方式接收机的信噪比。仿真结果表明,在同一天气下DHPIM调制系统接收机信噪比高于OOK、PPM和DPIM等调制系统接收机信噪比。因此与OOK、PPM、DPIM相比,DHPIM可显著提高系统接收机信噪比,更适合于智能交通可见光通信系统。     

基于博弈论的无线传感器网络保密容量优化研究

由于无线传感器网络传输数据时的广播性,很容易受到窃听。从信息论的角度,保证节点信道的保密容量,即可实现数据的安全传输。而在无线传感器网络中,节点与节点之间会产生相互干扰,从而影响信道各自的保密容量。使用非合作博弈求解无线传感器网络在节点发射功率受限、节点之间存在互相干扰的情况下选取各自的功率,达到纳什均衡,以获取最佳的收益。仿真结果表明,节点选取纳什均衡时的功率,可获得较好的保密容量,同时提高节点的可持续性。     

可见光通信调制方式及其性能的思考

为了能够使白光LED的室内照明以及通信的双重功能实现,需要根据可见光通信的相关特点,在对双头脉冲间隔调制(DH-PIM)、数字脉冲间隔调制(DPIM)、脉冲位置调制(PPM)、开光键控调制(OOK)的结构情况进行分析的基础上,将一种新型的反向双头脉冲间隔调制(RDH-PIM)的方式提出来.在对各种调制方式的编码结构、平均发射功率以及带宽的要求进行分析和比较后,进行仿真的结果表明,OOK具有的带宽需求最小,RDH-PIM能够获得的平均发射功率最大,同时在带宽利用流程方面RDH-PIM要比PPM和DPIM具有更大的优势.作为一类折中的调制方式,RDH-PIM在进行无线光通信的过程中是具备着一定的应用价值的.     

基于LED的高速可见光通信系统研究

LED照明与可见光通信技术相结合,构建出基于LED的可见光无线通信系统。本文介绍了白光LED的光源特性,分析了均衡技术可以克服LED较低调制带宽和提高信噪比的特性。详细介绍了不同调制体制的高速可见光无线通信系统,并比较了它们的优缺点,最后介绍了高速可见光通信系统的组网,通过对通信链路和系统信道模型进行分析讨论,指出了照明设计和接收机设计时应考虑的因素。     

可见光通信叠加ACO-OFDM调制技术

有限层信息流叠加时频谱能量有效正交频分复用(SEE-OFDM)技术与直流偏置光正交频分复用(DCOOFDM)技术的频谱效率存在差距。针对该问题,提出一种基于SEE-OFDM的叠加非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)调制技术。通过改变不同层信息流的调制阶数,使得叠加ACO-OFDM的频谱效率与DCO-OFDM相等。对系统误比特率(BER)进行理论分析,确定系统BER最小时的调制阶数组合算法,并提取每层信息流在解调时的子载波。实验结果表明,当频谱效率为1.5时,在线性AWGN信道下叠加ACO-OFDM技术的BER性能要优于DCO-OFDM技术与ACO-OFDM技术。     

基于FPGA的多通道可见光通信系统的设计与实现

与传统的射频通信方式相比,可见光的频谱资源丰富,且具有较高的安全性。设计的多通道可见光通信系统分为发射端与接收端,基于Verilog HDL语言对发送端的通道分发模块、透传组帧模块、信道码块分割模块以及接收端的透传解帧模块、通道合并模块进行了详细设计,实现了最大支持16路数据同时收发的多通道可见光通信系统。为满足系统的高速通信,设计优化可见光通信的发射/接收系统电路,在发射端采用前级预加重电路,有效补偿了信道损失;在接收端采用由电阻和电容共同构成的T型放大电路来实现对衰减信号的补偿。最后,联合实验平台进行测试,结果表明设计的多通道可见光通信系统传输误码率不大于10-9,单通道传输速率不低于30 Mb/s,此研究有利于提高可见光通信系统的可靠性、高速性。     

存在多个窃听节点的WSNs可达保密速率研究

当无线传感器网络中存在多个非法窃听节点时,合法节点间通信的安全性就面临着严重威胁;针对此问题,在发送节点不知道其到各窃听节点准确信道状态信息的情况下,优化出可使节点间可达保密速率最大化的最优输入协方差矩阵;此优化问题是一个很难直接求解的非凸优化问题,文中通过一些等价变换将此非凸优化问题转变成一个仅由凸约束集构成的可行性问题,并利用二分法设计了计算最大可达保密速率的迭代算法;最后针对窃听节点的数目以及信道误差的大小对可达保密速率的影响进行了仿真,仿真结果验证了算法的有效性和理论分析的正确性。     

水下调制回复反射光通信的链路性能研究

在现有的水下回射光通信链路研究中,没有考虑调制回复反射器对链路性能产生的影响,为解决上述问题,引入高斯光束经角偶棱镜的调制回复反射器反射后出射光束的数学模型,建立了水下调制回复反射光通信系统的上、下行链路模型.根据上述模型,研究了回复反射器的材质折射率以及光入射角对调制回复反射光通信链路性能,即接收机接收的光子数和链路误码率的影响.仿真结果表明,回复反射器材质折射率、光入射角均对通信链路性能有一定影响,并且光入射角对链路性能的影响更加明显,可为水下网络通信研究提供参考依据.     

节点位置对窃听信道安全容量的影响

随着无线通信技术的不断发展,无线通信中的安全问题已成为制约其发展的重要因素。文中基于香农信息论,从安全区域的角度分析了加入协作干扰后瑞利衰落窃听信道模型的安全性能,并且对窃听节点与协作干扰节点的位置变化与系统安全容量的关系进行了研究,然后在瑞利衰落信道模型下基于地理位置的变化对遍历保密容量进行了数值仿真。结果表明引入协作干扰节点可以提升系统安全容量,且适当增加协作者个数、调整协作者位置以及合理的功率分配都可以增强通信系统的安全性。     

协作通信中基于斯塔科尔伯格博弈的物理层安全分析

物理层安全不是利用传统的密钥加密,而是利用信道的传输特性使得合法的通信双方实现安全传输的方法。无线协作通信中节点行为对物理层安全的影响是至关重要的。本文应用斯塔科尔伯格博弈模型研究节点之间的利益,在中继自私的协作放大转发网络中,得到网络中节点之间的效用平衡的最优解存在条件,并提出一种分布式算法,找到网络平衡下的最优安全性能解。     

无线通信物理层安全技术研究

无线通信天然的多径时变的特性,为其在物理层进行保密传输提供了可能性。文章分析了物理层安全技术的技术背景和研究现状,对于其理论基础,以及关键技术进行了重点的介绍,并对比分析了其中的一些技术方案。近年来,物理层安全技术已经逐步成为研究的热点,在编码技术,协作干扰,密钥产生等研究方向上已经有了相当程度的进展,正在逐步从理论走向应用。     

可见光通信的应用研究

随着节能环保型LED的发明及大量应用,可见光通信技术已成为一种新兴的无线光通信技术。通过阐述可见光通信技术的发展、研究过程、系统组成及原理,重点探索了可见光通信系统在无线宽带接入、特殊场所无线接入、物联网应用、室内购物导航的案例,并对可见光通信的局限性提出了设计解决方案,最后研究和分析了可见光通信的无线传输技术。     

室内可见光通信混合组网方案的设计与实现

本文提出一种基于可见光通信混合的组网方案,该方案中下行数据由LED阵列发送,上行数据通过wi—Fi网络发送。基于该混合组网,还提出一种室分复用机制,实现了多房间之间的室内宽带通信。通过该室分复用机制,混合可见光通信网络的吞吐量可得到显著提高。此外该混合组网中还可实现用户的定位和主动切换。实验平台验证了该混合组网的架构、室分复用和主动切换算法。     

面向物联网的可见光近场通信方法研究

为了满足物联网应用中边缘感知系统信息交互的需求,可以采用传输便捷、功耗较低的近场通信方法。然而,传统的近场通信方法基于电磁波的广播通信,广播通信存在着安全性的先天不足。针对这一安全问题,使用移动设备上的可见光传感器实现了一种面向物联网的可见光近场双工通信系统。在该系统中,上行链路和下行链路采用不同的传感器模块进行数据传输。上行链路由环境光传感器感知光强变化完成数据接收,并且针对可见光源信号不稳定的特点,提出了一种基于可见光通信的状态转化调制STM(State Transaction Modulation)策略。在下行链路中,采用图像传感器扫描移动设备屏幕实现数据传输,并提出了一种能耗自适应的信号传输方法降低下行链路的能量开销。实验结果表明,在上行链路中,STM调制的传输速率高于PWM和PIM调制且能耗大幅降低,在传输序列有重复的情况下吞吐率亦优于DH-PIM调制。     

可见光通信的传感器节点在线调试交互研究

无线传感器网络节点可能会被部署到开发维护人员难以接触的环境中.一旦节点出现故障,需要通过无线网络实施对故障节点的调试修复.然而,一些无线通信故障会导致节点从网络中失联,这时依赖于无线网络的传统调试修复交互手段可能失效.此外,由于传感器网络节点的硬件结构简单,一般也很难提供额外的调试手段.为此,通过挖掘现有传感器节点与光学相机上多种可见光相关模块的潜能,在不修改硬件的前提下,设计并实现了基于可见光通信的混合双工调试交互系统.针对调试交互系统下行链路中,环境光照度传感器感光延时导致数据传输率过低的问题,提出一种基于压缩表达的双头脉冲间隔调制CDH-PIM.针对调试系统上行链路中,感知节点通过光源发送数据无法与光学相机形成图像帧同步的问题,提出一种面向卷帘快门的反馈式帧同步机制.实验结果表明CDH-PIM相较于DH-PIM吞吐量提升11.09%,能耗降低8.70%.上行链路帧同步方案可在30fps条件下达到600b/s的数据传输率.     

基于图像传感器的可见光MIMO通信系统

针对将图像传感器用于可见光MIMO通信时存在的图像矫正、收发通道对准及时钟同步问题,分析了影响数 据帧有效性的因素,提出了一种发射端图形结构与通道分布规则,给出了基于图像传感器的可见光MIMO通信系统时钟同步 方法,并以三星S24D590PL 液晶显示器作为光学MIMO发射端,IPHONE 6S 手机后摄像头传感器作为接收端搭建了实验系 统。实验结果表明,本方案能够实现接收图像的定位和矫正,并自适应计算出MIMO通道数量和各通道坐标,在发射帧率小 于接收帧率的条件下,能够恢复同步时钟和解码数据。     

基于VLC的室内无线视频语音通信系统的设计和实现

根据半导体照明与可见光通信(VLC)相融合的无线接入方式,提出了一种新型室内无线视频语音通信系统;可见光通信提供了从室内接入点到室内终端之间的无线互联,该接入点由照明光源组成,室内终端由用户终端组成;在需要安装VLC系统的地方对LED照明系统进行合适的改造,在照明光源和用户终端之间搭建了一个采用Manchester编解码OOK调制方式的最简VLC系统;介绍了全双工的实现技术及TCP/IP的组网方案等,讨论了室内可见光通信中提高系统整体性能的若干关键技术,并通过试验验证了该系统的可行性。     

多天线通信系统物理层安全可靠传输技术研究进展

多天线通信系统物理层安全已成为近年通信安全领域重要研究方向。本文全面总结了多天线通信系统物理层安全研究的现状,梳理了最新的多天线通信系统中物理层安全传输技术的基本原理和主要方法,指出其适用场景及需要进一步解决的问题,并对未来发展方向进行展望。