照明通信共用的室内光学相机通信系统关键技术研究
随着无线网络技术的进步，频谱资源短缺，以LED作为信号发送端的可见光通信（VLC）系统引起了广泛的关注。相较于传统的无线电通信方式，VLC具有频谱宽、保密性好、抗电磁干扰等优势，具有广阔的应用前景。光学相机的革新及普及，使得以光学相机作为信号接收端的光学相机通信（OCC）系统引发了广泛的兴趣。本文将室内照明的灯具与OCC系统相结合，实现照明通信共用的室内OCC系统。 本文首先搭建了室内OCC系统，针对OCC系统的信号发送端，分析和比较了基于Bias-Tee的LED驱动电路和基于MOSFET的LED驱动电路的性能，结果表明，在保证正常照明的前提下，基于MOSFET的系统具有较大的传输距离，更适合室内使用场景。信号的接收端使用卷帘快门光学相机，当LED快速频闪时，就会在相机拍摄的图像上留下亮暗交替的条纹，识别当前条纹的亮暗即可获取发送端发送的数据。通过这种方法，实现了高于相机帧率的通信，提高了光学相机通信系统的数据传输速率。 为了解决传统视距通信（LOS）方案光路遮挡导致无法通信的问题，以及非视距通信（NLOS）信号质量受反射面反射率影响造成性能下降的问题，使用单输入多输出（SIMO）技术和前置后置摄像头搭建两个信道。为了获取发送端发送的数据，分别提出了前置信道和后置信道的信号解调方法，并提出了自适应的边缘增强算法提高了系统的性能。为了保证通信质量，提出了自适应的信道选择方案，在传输距离为1.8m、有效数据传输速率为1.72kbps时，只要前后置任一信道的误码率为2.0×10-6，系统的误码率为2.0×10-6。 为了在保证正常照明的前提下提高室内OCC系统的数据传输速率，使用四电平脉冲幅度调制（4PAM）调制方式调制信号，并使用恒定功率四电平脉冲幅度调制（CP-4PAM）编码消除了LED的频闪，实现了传输距离1.8m、有效数据传输速率为1.86kbps的OCC系统。此外，对移动状态下4PAM调制OCC系统的性能进行了研究，并提出了均值抗灰度波动算法来改善系统的性能，与传统的多项式拟合方法相比，均值抗灰度波动方法有更好的误码性能。另外，本论文提出并比较了三种信号判决方法，其中，“拉0”法有最好的误码性能和最低的复杂度。
可见光通信;光学相机通信;单输入多输出;四电平脉冲幅度调制;数据传输
华南理工大学
硕士
物理电子学
黄华茂
2022
中文
TN929.1
2022-12-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）