1、基于FD的室内可见光通信系统调光控制技术摘 要本文研究了OFDM在不同应用场景下的室内可见光通信系统，以及介绍了各种调光控制技术，并结合OFDM技术应用在可见光中领域。针对可见光通信对高速数据传输的要求，将OFDM技术引入可见光通信，并针对可见光通信对传输信号极性的相关特性，研究了单极OFDM系统在可见光通信中的应用。详细分析了可见光OFDM系统的工作原理，从多个角度分析比较了几种0FDM系统的性能。为了满足可见光通信对通信和照明的双重要求，本文研究了光OFDM系统中采用的调光控制技术的系统性能和调光性能，并提出了最适合室内可见光通信的光OFDM系统的调光控制方案。结果发现。更符合节能理念的绿
2、色照明室内VLC高速数据传输调光控制方案。本文的创新工作是将可见光通信系统的调光控制技术应用于目前国内外尚未报道的U-0FDM系统。本文提出了一种更有效的ZACO-OFDM系统，来作为0FDM传输系统应用于室内可见光领域。实践证明，该系统在不牺牲系统可靠性的前提下，可以提高系统的电能效率，节约能源。关键词：OFDM；ZACO-OFDM；ZACO-OFDM；VLC；调光控制技术ABSTRACT In this paper, the indoor visible communication system of OFDM under different application scenarios i
3、s studied, and various dimming control technologies are introduced, which are applied in the field of visible light in combination with OFDM technology. Aiming at the requirement of high speed data transmission in visible light communication, OFDM technology is introduced into visible light communic
4、ation, and the application of unipolar OFDM system in visible light communication is studied according to the correlation characteristics of visible light communication to transmission signal polarity. The working principle of visible light OFDM system is analyzed in detail, and the performance of s
5、everal 0FDM systems is analyzed and compared from multiple angles. In order to meet the dual requirements of visible light communication for communication and lighting, this paper studies the system performance and dimming performance of dimming control technology used in optical OFDM system, and pu
6、ts forward the dimming control scheme of optical OFDM system which is most suitable for indoor visible light communication. The results were found. More in line with the concept of energy-saving green lighting indoor VLC high-speed data transmission dimming control scheme. The innovative work of thi
7、s paper is to apply the dimming control technology of visible light communication system to the U-0FDM system which has not been reported at home and abroad. In this paper, a more effective ZACO-OFDM system is proposed to be used as a 0FDM transmission system in the field of indoor visible light. Pr
8、actice has proved that the system can improve the power efficiency of the system and save energy without sacrificing the reliability of the system. Key words: OFDM; ZACO-OFDM; ZACO-OFDM; VLC; dimming control technology目录摘 要1Abstract2第1章 绪论51.1室内可见光通信技术发展背景51.2可见光通信技术的优势51.3可见光通信技术国内外发展现状61.4课题的提出与研究
9、意义7第2章0FDM技术82.1 0FDM技术综述82.2 0FDM技术原理8第3章 室内可见光OFDM系统93.1室内可见光0FDM技术综述93.2室内可见光0FDM技术原理10第4章 可见光0FDM信号单极化方法114.1可见光0FDM单极化原理114.2直流偏置光0FDM系统(DCO-0FDM)114.3非对称限幅光0FDM系统(ACO-0FDM)114.4单极光OFDM系统(U-OFDM)134.5改进非对称限幅光0FDM系统(MACO-0FDM)14第5章室内可见光0FDM通信系统调光控制技术145.1调光控制技术简述145.2调光控制技术原理155.2.1连续电流调节调光控制(CC
10、R)155.2.2脉冲宽度调制调光控制(PWM)155.3基于光0FDM系统的调光控制研究165.3.1基于AC00FDM系统的调光控制165.3.2基于UOFDM系统的调光控制175.4最优化光0FDM系统调光控制18第6章 总结与展望216.1全文小结216.2论文的主要工作226.3论文的创新点22参考文献23致 谢25第1章 绪论1.1室内可见光通信技术发展背景可见光通信技术(简称VLC)具有丰富的频谱资源，在传输过程中几乎没什么能量损耗，具有低功耗的优良特性，尤其使在传输信息方面，这种方式具有很高的安全性。基于室内传输这样一个前提下，选择短距离传输及高速接入技术是目前发展的趋势，VL
11、C是众多方案中最有吸引力的选择，射频通信与VLC可以优势互补。随着世界科学技术的进步，相应的固态照明技术也得到了突破性的发展，尤其是LED的发现，是具有独特意义，并且是划时代的，具有很广阔的实际应用价值。我们发现LED光源的亮度很高，并且该装置很稳定且不易损坏，正常使用的寿命非常久，从电学方面来说，它的开通和关断的响应时间很短，最重要的一点就是整个结构的组成很简单，元器件的成本不高，性价比很高且适合大面积推广，同时其颜色多种多样也成为其卖点之一特别适合众多不同场景的使用，收获很多场景的青睐，并且它还具有环保、使用清洁能源等多方面的优点，目前已经开始大规模取代传统的白炽灯和市面上大部分的节能灯，
12、作为一种新的照明工具之一。因为LED的出现并且具有上述的众多优势，在日常生活中得到大面积的推广和普及。目前基于LED的照明灯具和LED显示板已经在市面上随处可见。像家庭用的照明灯目前都已经换成节能环保的LE灯，还有商场的门口用的基于LED灯组的LED显示板，它是由很多的LED单元组成的一个巨大的显示系统，他可以自由组合和拆卸，还能对显示的内容进行自主设置，灵活多变而且整个装置的功耗很低，非常适合日常使用。虽然目前LED的使用已经令人满意，但科技创新的脚步永远不会停止。目前许多科学家们已经开始进军基于LED的可见光通信领域，希望在其照明发光的基础上，对可见光进一步利用，通过这种可见光来进行通信，
13、并且已经取得了许多突破性的进展。日常生活中LED设施无处不在，它的出现就伴随着可见光频谱资源的产生，具有很高的使用价值，由于可见光具有可通信的特点，再加上LED目前主要应用于室内的照明环境，因此我们想把LED设备充分利用，即把LED发光和室内通信结合到一起，作为室内数据传输的一个选择方案。并且由于室内的面积有限，传输距离相对比较短，传输环境一般来说比较空旷，这使LED可以作为室内可见光通信数据传输的一个比较好的选择方案，具有传输速度快的优良特性，这样也增加了LED可见光设备的吸引力和竞争力 2,3。综合目前的研究方向来看，针对白光LED的可见光通讯的热度最高，逐步成为人们的研究首选，并且具有很
14、强的实际意义，在无线短距离传输领域将会是一个新的研究方向，具有很高的应用价值。1.2可见光通信技术的优势在目前来说，可见光通信是一种新的无线通信技术，相比于传统的射频无线通信来说，可见光具有很多传统射频技术无法实现的的优点，具体表现在以下三个方面：较低的电磁辐射，良好的室内设备使用环境以及良好的使用安全性。(1)我们知道无线频谱资源现在越来越稀缺，近年来提出的可见光通信，对通信频谱层面来说是内容的拓展和补充。并且目前越来越多的移动设备的使用，大大减少无线频谱的可用资源，针对目前的现状，我们需要对无线频谱进行扩展，这就要求我们积极研发新技术、新设备来解决这一窘境。通过了解发现，可见光能够提供很多
15、的频带宽度的资源，正好可以解决目前无线频谱不够用的难题。通过对可见光的使用和开发，解决无线频谱资源越来越少的现状已经成为一种必然趋势。(2)可见光通信技术是利用发光器件比如荧光灯或者发光二极管，这种技术传输信息的方式是通过光来传播的，考虑到对人体的影响，我们特别了解到可见光无辐射作用，所以对人体健康来说这种无线通信技术是绿色环保的。因此我们在现有的可见光通信技术的基础上，采用LED灯来代替光源，因为LED灯具有可高速调制的特点，兼顾通信与照明这两个功能，而且我们知道LED灯一直都是节能环保的代表。由此可以看出，在照明、通信、控制这三个方面，可见光通信系统实现了三者的有机融合，为人类提供了一种新的更加节能环保且可控的光通信技术。(3) 在应用场景层面，可见光通信技术也具有得天独厚的优势，也是目前使用的无线通信的完善和补充。可见光通信系统的工作原理我们在上面已经讲过，可以看到它没有一般射频通信技术工作时伴随的电磁污染现象，因此可以应用于医院、高精度工业控制生产等领域；其次，由于它是照明与通信的两者的结合体，兼顾两者的应用场景，即可在照明领域异军突起，具有新颖的特点和优势，也可在通信领域大放异彩，具有很大的带宽，同时也可以便于家庭智能家居设备的安装和适配
