LED-to-LED可见光通信技术研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:PIPI16
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可见光通信VLC(Visible Light Communication)是使用LED(Light Emitting Diodes)作为数据的传输装置进行网络通信。LED具有体积小、重量轻、寿命长、亮度高等诸多优点,此外,LED通信具有绿色环保、无电磁干扰、信息安全、频谱无需申请等优点,使得世界各国纷纷关注并进行相关研究。LED-to-LED可见光通信是一个基于TCP/IP协议的点对点通信平台,使用一个发光二极管实现数据的发送与接收,LED通过其天然特性将数据以光信号的形式发送出去,LED利用其感光特性将光信号转为电压信号实现数据的接收。由于微观上发送数据与接收数据不是同时进行的,所以LED-to-LED通信平台的两端只需一个LED即可同时实现发送端与接收端功能。根据大量实验发现在可见光通信中存在随机误码问题,该问题由环境中光线干扰、光信号衰减等因素导致,并且随机误码具有发生概率高、误码位数低且误码位置和时间点不可预期等特点,高发生率无疑增加了重传次数,降低了传输效率。针对该问题本文提出了一种将低密度奇偶校验码纠错码(Low Density Parity Check Code,LDPC)与RS(Reed Solomon)纠错码进行级联的混合编码方案,RS码具有很强的处理突发错误的能力,LDPC码具有接近香农极限的良好性能,该混合编码能够有效降低甚至避免随机误码问题,进而提高通信传输效率。由于可见光通信中使用的光元器件的物理性质限制,在高速数据传输过程中,常见的光通信LED很难实现信号的高频转换,并且接收端接收信号失真较严重,这无疑限制了高负载率的可见光数据传输。针对可见光通信负载率低的问题,根据现有编码方法的性能对比分析,本文提出了一种使用OOK(On-Off Keying)和FSK(Frequency Shift Keying)混合编码的编码方式,有效的解决了目前传输负载量低的问题。此外,由于FSK相对于OOK有更好的抗干扰能力的特点,本文还提出了一种粗粒度载波传输的辅助传输方式,FSK编码数据由于其具有较好的传输正确率的优点作为粗粒度载波数据,传输概要数据,而OOK由于其具有单位时间传输数据量高的优点作为细粒度基波数据,传输详细数据。根据接收端实际精度需求来解决重传问题,如果粗粒度数据能够满足数据需求那么无须进行细粒度数据重传,进而降低了重传次数。可见光通信具有广阔的应用领域,但目前人们的研究焦点仍然停留在参数性能上面,对其应用领域的考虑缺乏研究。针对可见光通信的功能应用问题,本文提出了一种兼具照明功能的可见光通信方案(Brighten Visible Light Communication,Brighten VLC),该方案能够使得LED始终处于常亮状态,不受可见光通信设备所处运行状态的影响,该方案使得可见光通信能够很好的实现通信兼具照明功能,丰富了VLC的应用领域。
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