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XXXX 大 学

研 究 生 论 文 开 题 报 告

学 号 S1XXXXXX 姓 名 XXXX

学位级别 硕 士

专 业 电XXX术

研究方向 电XXXXX 单 位 光XXXXX 导师姓名 XXXX

. 专业.专注 .

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填表日期 2015 年 2 月

论文 题目 论文工作计划 包文 括字 ：总 文结 献等 阅工 读作 、的 课进 题度 调计 查划 、 实此 验栏 方由 法研 、究 理生 论填 分写 析 、 基于白光LED的室内可见光通信系统与应用研究 一、 研究背景和意义 1. 研究背景 二十一世纪，在我们的日常生活中，高速数据传输将扮演着重要的角色。人们将在任何时间任何地点得到大量多样的多媒体信息。然而，对于无线电波来说，频率需要授权将是主要的限制因素，因此，必须开发出更有效的无线传输技术。而可见光通信正迎合了这个趋势。可见光通信(VLC，Visible Light Communication)是一种在白光LED技术上发展起来的新兴的光无线通信技术。白光LED(Light Emitting Diode)作为新一代绿色照明光源设备，不仅具有节能环保、寿命长的特点而且还具有响应灵敏度高、易调制等特点[1]。如果对该类照明光用以人眼无法感测的速度进行闪烁的脉冲来进行发光强度调制，而又不使光照度的波动被人眼感觉到。那么，则有望给传统的照明系统增加数据传输能力。在2000年，日本应庆大学中川正雄和SONY计算机科学研究所的春三真一郎提出了利用白光LED的高灵敏、易调制特性进行高速数据传输这一创新思想，开辟了采用照明光进行数据通信的新方向[2]。白光LED在用作室内照明的同时又可以作为室内短距离通信的信号发射端，但是目前商用的白光LED有着很大的局限性，采用荧光粉激发的白光LED和红绿蓝三色混合的LED的调制带宽都比较低，一般在1MHz左右[3-5]。低带宽以及数据传输速率根本不能满足现代高速数据传输的要求，这也严重制约了可见光通信的快速发展。当具体用于室内通信时，考虑到光源布局以及阴影遮挡问题，抗码间干扰能力以及接收灵敏度是必须考虑的影响系统性能的关键因素[6]。 与光纤通信和无线通信相比，可见光通信具有发射功率高、无电磁干扰、无需频率授权、节约能源、无人身伤害等优点，可广泛应用于电磁环境要求苛刻的矿井、医院、飞机、智能家居等方面，因而可见光通信技术具有极大的发展前景。 2. 研究意义 在半导体照明必将取代传统照明的趋势下，全球的白炽灯、荧光灯将被LED灯代替。与传统的照明设备相比，白光LED具有功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保等优点，被视为第四代节能环保型照明产品。白光LED的另外一个突出优点是响应时间非常短，因此可以用LED进行超高速数据通信。在我国，可见光通信技术的发展比较晚，没有得到足够的重视，然而日本、韩国、美欧等科技强国对此非常重视，由于能够带动规模庞大的经济产业，美国已将可见光通信技术. 专业.专注 .

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作为一种战略性科技进行大力扶持。为赶上其他科技强国并引领可见光通信技术，促进我国社会经济的可持续发展，积极跟进、研究、发展可见光通信技术成为当前刻不容缓的任务。 目前，室内可见光通信研究中以理论研究和单一的点对点通信研究居多，对室内可见光通信的应用研究和对具体的实验环境影响因素考虑较少。综合考虑室内光源布局，对提高室内可见光通信质量的稳定性具有重要意义，采用有效的均衡编码技术积极拓展通信带宽，提高数据传输速率，针对接收端运用分集接收技术搭建室内可见光通信系统，测试影响系统性能的关键因素，提高系统的抗干扰能力和高速传输能力，开展室内可见光通信的应用研究，对室内可见光通信真正走向实际应用具有重要意义，同时，为后续研究提供一定的参考价值。 二、研究现状及分析 1. 室内可见光通信的研究现状 室内LED可见光无线通信技术主要应用在室内无线宽带接入网中。日本是VLC技术的先行者，室内白光LED无线通信的研究在日本首先开展。日本KEIO大学的Tanaka等人和SONY计算机科学研究所的Haruyama，在2000年提出了利用LED照明灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统[15]。他们以Gfeller和Bapst的室内光传输信道为传输模型，将信道分为直接信道和反射信道两部分，并认为LED光源满足朗伯(Lambertian)照射形式，且以强度调制直接检测(IM—DD)为光调制形式进行了建模仿真，获得了数据率、误码率以及接收功率等之间的关系。认为当传送数据率在10Mbps以下的系统是可行的，码间干扰(InterSymbol Interference，ISI)和多径效应是影响系统性能的两大因素。 2001年，Tanaka等人在原来的基础上分别采用OOK-RZ调制方式与OFDM调制方式对系统进行了仿真，结果表明：当传送数据率在100Mbps以下时这两种调制技术都是可行的，当数据率大于100Mbps时，OFDM 调制技术优于OOK-RZ调制技术。2002年，Tanaka和Komine等人对LED可见光无线通信系统展开了具体分析 ，分别以OOK-RZ、OOK-NRZ、m-PPM 调制方式进行仿真分析，得到了不同条件下的误码率大小 。同年Komine等研究了由墙壁反射引起的多径效应 对可见光无线系统造成的影响，分别以OOK、2-PPM、4-PPM、8-PPM调制方式进行仿真，结果表明：在数据率小于60 Mbps， 采用8-PPM调制方式可有效克服墙壁反射引[16]起的多径效应。 同年，Komine等提出了一套结合电力线载波通信和LED可见光通信的数据传输系统 。 2005年， Komine等利用基于最小均方误差算法的自适应均衡技术来克服码间干扰(ISI)，仿真表明在数据率为400 Mbps以下时，FIR均衡器和DFE均衡器都可有效减少ISI的影响，当数据率高于400 Mbps时，DFE均衡器更能有效克服ISI。 2006年，Sugiyama提出了SCI-PPM调制方法；2007年，他通过脉冲宽度调制(PWM)，研究了光源的亮度控制对通信性能的影响[17]。同年Int Univ Bremen大学的Afgani对基于单LED强度调制OFDM技术进行了研究，理论和实验表明在一米范围内，OFDM技术能够有效消减峰平比(peak-to-average)。 2007 年，Haas 研究了基于正交相移键控(QPSK)调制COFDM(coded OFDM)技术。在90cm范同内，系统可达到2x10-6的误比特率[18]。牛津大学的O'Brien 研究了均衡技术，将系统速率提至75Mbps。飞利浦实验室提出一种新的调制技术. 专业.专注 .