可见光通信的研究与发展

可见光通信是一种新型的无线通信技术。传统的无线通信技术例如蓝牙、Wi Fi等采用射频信号传输数据信息,而可见光通信在发射端采用白光发光二极管作为光源,在接收端采用光电传感器作为检测器进行数据传输。本文全面分析了可见光通信的优势,列举了可见光通信技术在国内外的应用研究与发展,并给出了目前可见光通信发展中面临的一些挑战。     

可见光通信的多接入及应用发展

可见光通信作为一种新兴的绿色健康的通信方式,得到了广泛关注。凭借其独特的优势,未来可见光通信必定是一种在各个领域大放异彩的可靠的通信方式。分析了多用户检测对多接入的可见光通信多址干扰的抑制作用,以及OFDM对多径干扰的抑制作用。列举了当下研究热门的可见光应用场景,如:水下可见光通信、煤矿井下报警预警系统、室内定位等,希望为未来可见光通信的研究提供一定的参考。     

可见光通信与未来无线技术

目前的无线网络速度已经突破了300Mb/s，但这些技术仍旧不够成熟，很多时候实际传输速度会远低于这个理论的传输速度。而最新的可见光通信技术则可能带来更稳定的高速度无线网络。     

浅谈基于白光LED可见光通信的研究现状及应用前景

可见光通信的研究是当前人民和社会最为关注的话题,所谓可见光通信就是采用白光LED来实现信息的传递以及照明功能的技术.本文通过了解白光LED可见光通信的发展过程和白光LED可见光通信的研究现状来分析探讨白光LED可见光通信的发展趋势,希望通过本文的研究和概述能够促进白光LED可见光通信技术的可持续发展.     

基于DDC算法的可见光通信的非线性补偿技术

在可见光通信系统中,由于电子放大器和光学器件的非线性会降低系统的性能。为解决可见光通信系统的非线性问题,本文提出一种基于密度和距离(Densityanddistance-basedclustering,DDC)的算法,该算法利用调制星座点间的密度和不同簇间的距离,能准确地聚类出接收端非线性失真后的星座点位置。实验结果表明,相比传统的K-均值(K-means)算法,在可见光通信系统非线性较大时,本文提出DDC算法能更有效的解决可见光通信的非线性问题,具有更好的误码率性能。     

基于可见光通信的室内定位算法设计

文章提出了一种基于单发光二极管（Light Emitting Diode,LED）和反向传播神经网络（Back Propagation Neural Network,BPNN）的室内定位算法。针对该算法的设计,首先通过接收器实现对光功率的接收,其次利用接收到的可见光功率向量,反向实现对传播神经网络待测点的位置范围进行精准定位,最后将此范围作为约束条件,利用多元线性回归对其带充电位置进行更加精准的定位。经实验结果证明,在3.0m×3.0m×3.5m的室内范围当中,本文设计的算法平均定位时间在0.002 8 s,平均定位误差在5.01 cm。     

室内电力线通信和可见光通信融合信道参考模型

室内电力线通信PLC和可见光通信VLC融合系统的设计需要对融合系统的参考模型进行研究。传统的电力线通信和可见光通信融合信道的分析模型没有对融合系统的信道模型参数进行确定,因此模型只能定性地描述融合信道的一般特性。通过对典型场景下融合信道的实际测量,提出了电力线通信和可见光通信融合系统的参考模型,该模型由一小组参数决定。基于最小二乘法对模型参数进行拟合,进而得到融合信道模型参数,继而增加了融合信道模型的实用性。 搭建的融合系统验证了参考模型的正确性,结果表明所提出的融合信道模型能很好地描述实测的融合信道传输特性。     

室内可见光通信盲均衡技术研究

为了降低室内可见光通信的误码率和由于多径效应导致的码间串扰,提高系统的传输特性,研究了可见光通信系统的盲均衡算法。对室内可见光通信（Visible Light Communication,VLC）系统信道进行了建模分析,利用一种改进的冲激响应算法推导计算了室内可见光通信的冲激响应。针对最小均方算法（Least Mean Square,LMS）等需要训练序列、占用信道带宽的缺点,提出了一种基于Sigmoid函数的变步长恒模（Covariance Matrix Adaptation,CMA）盲均衡算法补偿信道损耗。实验结果显示：采用了改进的CMA算法后,系统的收敛速度更快,收敛后的稳态误差减小,均衡器对系统的跟踪效果优良,通信系统的误码率也大大下降,抗噪声能力显著提高,可以有效地改善室内VLC系统的码间串扰问题。     

基于可见光传输的多路数字音频通信系统

针对现有点对点数字通信系统传输距离近、成本高等问题,采用白光LED设计并实现了基于可见光传输的多路数字音频通信系统。该系统结合音频编解码芯片TP3067实现多路音频信号的复用传输,采用FPGA作为主控制器控制编码信号的时隙。实验结果表明,该系统可实现最高2.048 Mbit/s的传输速率,最多可传输32路音频信号,且传输稳定。     

煤矿井下可见光通信系统设计

针对井下现有通信网络存在有线网络易损坏、无线网络通信质量较差等问题,设计了一种井下LED可见光通信系统。该系统利用煤矿井下现有的照明电力线作为传输介质,通过改造LED照明系统,建立可见光通信基站,并配合矿灯移动节点,构成了覆盖巷道和工作面的通信网络,实现了照明和通信双重功能。与井下现有的通信系统相比,该系统无自然光的干扰,且不受电磁波干扰,在安全性、可靠性和稳定性等方面具有明显优势,同时成本相对较低,在井下具有较高的实用价值。     

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。     

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。     

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。     

可见光通信物理链路的基准保密容量比较研究

在5G演进过程中,可见光通信的物理层安全问题逐渐受到关注与讨论。然而,现有研究范式尚局限于基于传统朗伯型LED光源的可见光通信保密链路的讨论,对于实际商用非朗伯光源下链路的保密特性,特别是非朗伯链路配置下的基准保密容量,尚缺少量化比较研究。针对上述问题,文章延伸了已有可见光保密链路建模方案;量化展示了室内环境下,典型非朗伯可见光保密链路的基准特性差异。量化结果显示,相比较传统朗伯波束情况,典型非朗伯波束可将基准保密容量的空间动态范围从0~10.78 bps/Hz压缩至0~6.40 bps/Hz,相应地基准保密容量均值从初始的5.25 bps/Hz减少至2.78bps/Hz。因此,在设计及优化可见光通信保密链路过程中,应综合考虑光源多样波束特性对保密容量的影响,可将其作为潜在的优化维度。     

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。     

APSK调制在基于OFDM可见光通信系统中的性能分析

在基于正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)的可见光通信(Visible light communication, VLC)系统中,发光二极管(Light emitting diode,LED)的非线性特性是影响系统性能的一个重要因素。为了减小LED非线性的影响,将幅度-相移联合键控(Amplitude-phase shift keying, APSK)调制与OFDM技术相结合的传输方式引入可见光通信系统中。本文介绍了APSK调制的原理及其在基于OFDM调制的可见光通信系统中的应用,建立了基于APSK-OFDM调制的可见光通信系统模型,并与常用的基于正交幅度调制（Quadrature amplitude modulation, QAM）的OFDM系统性能进行了对比。仿真结果表明,在OFDM系统中,如果信道是理想的,QAM调制的性能要比APSK调制的性能好;但当考虑到LED的非线性特性时,后者的性能要明显优于前者。     

基于LED室内光无线通信光源设计的比较及优化

针对现有室内光无线通信系统中光源设计方案在提供无线信号覆盖均匀性及商用实现上的不足,提出了分布式的光源设计改进方案。通过增加LED阵列的分组数目,以分组为单位增加光源的均匀分布程度,给出了两种具体的分布式设计方案。仿真结果表明,在使用LED芯片数量保持相等的基础上,分布式方案比传统方案具有更高的无线信号覆盖均匀性、更低的商用实现复杂度,同时能够彻底避免覆盖低谷。     

智能小区宽带通信接入网的实现探讨

伴随着通信技术的深入研究，以及计算机网络通信技术的不断更新和发展，人们生活水平稳步提升，对智能化小区的要求也不断提高，特别体现在宽带接入网络的建设与发展层面上。本文分析了信息化时代智能小区对宽带网络的需求，研究了智能小区宽带通信接入网的技术，并探讨了智能小区宽带接入的实现。