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摘 要

04012214李月朝

指导老师：张在琛

可见光通信是一种兼具照明和通信的新兴通信技术，由于其具有广阔的的应用前景，因此被国内外的研究机构和企业广泛关注。本文设计和实现了DCO-OFDM高速可见光通信系统，并改进了系统方案。

首先，本文对RGB-LED和液晶空间光调制器（Liquid Crystal Spatial Light Modulator，LCSLM）的基本原理以及工作特性进行了分析，并对RGB-LED光源通过LCSLM后的偏转特性进行了理论分析及仿真验证，得出LCSLM可以通过编程控制RGB-LED光源的偏转角度。

然后，本文研究DCO-OFDM可见光通信系统的基带部分的设计与实现。根据可见光系统的框图，对系统基带的基本参数、物理层帧结构和基带结构实现的方案进行了设计。之后对DCO-OFDM可见光通信系统的发射端和接收端的FPGA实现进行了介绍。

接着，本文对DCO-OFDM可见光通信系统的子信道的比特功率分配进行了优化，采用自适应算法，根据每一时刻每一信道的信噪比的好坏采用不同的调制阶数，从而达到更高的数据传输率。对该算法进行理论分析和仿真验证后得出自适应算法可以有效地提高数据传输率。

最后，由于时间因素，本文中暂未对自适应DCO-OFDM可见光通信系统进行FPGA实现，因此，本文中对改进前的系统进行了测试。测试结果表明，VLC系统可以实现传输距离为3m的HD视频实时可靠传输。

关键词：可见光通信，LCSLM，自适应算法，基带算法

Abstract

Visible light communication is a kind of both illumination and communications emerging communications technology, since it has broad application prospects, so wide attention by the domestic and foreign research institutions and enterprises. This paper studies the DCO - OFDM visible high-speed optical communication system and improved.

First of all, in this paper, the basic principle and the working characteristics of the RGB LED and Liquid Crystal Spatial Light Modulator (LCSLM) are analyzed, and after theory analysis and simulation verification of the deflection characteristic of the RGB - LED Light source through LCSLM , draw LCSLM can be programmed to control the deflection Angle of RGB - LED Light source.

Then, this paper studies the design and implementation of the DCO - OFDM baseband part of the visible light communication system. According to the optical system block diagram, basic parameters, the physical frame structure of baseband system and implementation scheme for the baseband structure are designed. After, the FPGA implementation of the DCO - OFDM visible light communication system transmitting terminal and receiving end is introduced.

Then, in this paper, the power allocation of the DCO - OFDM sub-channels of optical communication system is optimized, using adaptive algorithm. According to the stand or fall of every moment every channel’s SNR , it uses different modulation order, so as to achieve higher data transfer rate. After the theoretical analysis and simulation carried out to verify the adaptive algorithm can effectively improve data transfer rate.

Finally, since the time factor, this article is not visible to the adaptive DCO - OFDM optical communication system for the FPGA implementation, we tested before the system was improved. Test results show that the system can realize the transmission of the HD video real-time and reliable transmission in the distance of 3m.

KEY WORDS: Visible light communication, liquid crystal spatial light modulator, adaptive algorithm, baseband algorithm

目录

摘要 I

Abstract III

目录 V

缩略词 VII

第一章 绪论 1

1.1 可见光通信的背景 1

1.2 国内外可见光通信的研究现状 1

1.3 论文组织结构 3

第二章 发射端的改进 5

2.1 发射端驱动电路设计 5

2.1.1 LED工作特性 5

2.1.2 LED驱动电路设计 6

2.2 发射端改进 10

2.2.1 液晶空间光调制器 10

2.2.2 液晶光束偏转的原理和偏转角度的计算 11

2.2.3 偏转角度的仿真与分析 13

2.2.4 发射端的改进方案 14

第三章 可见光通信系统的基带方案设计 17

3.1 ACO-OFDM系统与DCO-OFDM系统 17

3.2 可见光通信系统的基带方案设计 18

3.2.1 基本参数设计 18

3.2.2 OFDM符号子载波分配和导频设计 19

3.2.3 物理层帧结构 20

3.2.4 可见光通信系统的实现结构 22

第四章 DCO-OFDM可见光通信系统的改进 23

4.1 自适应算法的提出 23

4.2 自适应DCO-OFDM可见光通信系统的设计 23

4.2.1 自适应调制参数设计 23

4.2.2 自适应系统的设计 25

4.2.3 自适应系统的仿真 27

第五章 系统测试 31

5.1 时域信号波形 31

5.2 传输速率和BER 33

第六章 总结与展望 35

6.1 总结 35

6.2 展望 36

致谢 37

参考文献 39

缩略词

绪论

可见光通信的背景

随着社会的发展，人们对于通信的实时性、可靠性和快速性的要求越来越高，这就要求了发展速度更高、可靠性更好的数据传输技术。然而，无线频谱资源日益紧缺，频谱资源如图1-1所示[^[1]]，因此，人们需要去开发基于新的无线频谱资源的高速通信技术。由于可见光波段的有巨大的潜在通信容量，既可以用来照明又无需申请频谱资源，因此，可见光通信（Visible Light Communication, VLC）技术成为无线通信领域的研究热点[^[2]][^[3]]。

图1-1 频谱资源图

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