室外遠(yuǎn)距離可見光通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、可見光通信(VLC,Visible Light Communication)作為一種新興的通信技術(shù)正在全球范圍內(nèi)掀起研究的熱潮。與其他無線技術(shù)相比，VLC擁有保密性高、無電磁干擾、綠色健康等優(yōu)點(diǎn)。VLC使用的可見光波段屬于空白頻譜，無須認(rèn)證即可使用，有效地拓展了頻譜資源，能夠與無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)兼容和共存。由于VLC技術(shù)和WIFI技術(shù)的互補(bǔ)性，人們又將可見光通信技術(shù)形象地稱為LIFI(Light Fidelity)。與傳統(tǒng)照明光源相比，L

2、ED光源不僅功耗低、尺寸小、壽命長、綠色安全而且具有調(diào)制帶寬高、響應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。LED作為21世紀(jì)的照明技術(shù)將大大推動(dòng)可見光通信系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。目前對(duì)于VLC的研究，主要集中在室內(nèi)短距離高速通信等方向，對(duì)于室外遠(yuǎn)距離VLC系統(tǒng)的研究屈指可數(shù)。室外遠(yuǎn)距離VLC系統(tǒng)的主要研究問題有：（1）光源的捕獲跟蹤（2）信號(hào)的同步接收（3）光鏈路研究（4）調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究。本文在前人基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了室外遠(yuǎn)距離可見光通信的跟蹤捕獲和信號(hào)的同步接

3、收，提出了一種基于衛(wèi)星同步授時(shí)的VLC系統(tǒng)，利用CCD相機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)光源的自動(dòng)跟蹤，最后通過外場實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的通信性能和跟蹤效果。本文主要工作如下：
　　1、對(duì)可見光通信系統(tǒng)進(jìn)行了整體的設(shè)計(jì)。提出了基于GPS同步授時(shí)的準(zhǔn)同步算法。收發(fā)兩端在完成初始化工作后，等待并接收來自衛(wèi)星的同步授時(shí)信號(hào)，通過控制器在幾乎同一時(shí)刻完成發(fā)射和接收，之后等待下次衛(wèi)星授時(shí)信號(hào)進(jìn)行通信。
　　2、提出了一種基于CCD相機(jī)的自動(dòng)跟蹤算法。算法根據(jù)光源在圖

4、像中的位置，生成固定的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和角度控制指令給轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，帶動(dòng)CCD相機(jī)往圖像中心位置轉(zhuǎn)動(dòng)完成跟蹤。
　　3、本文通過詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成了室外VLC系統(tǒng)的平臺(tái)搭建，分別在室外2公里和7.9公里進(jìn)行了同步算法和跟蹤算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明選擇合適的曝光時(shí)間以及接收門限，CCD收到了完整的信號(hào)，實(shí)驗(yàn)效果明顯好于早期不加GPS信號(hào)的實(shí)驗(yàn)。受到CCD相機(jī)的硬件制約，目前通信速率在100bps到200bps之間。可以預(yù)見，如果換做幀頻更高，品質(zhì)更