集成可见光通信的太阳能LED路灯系统

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太阳能LED路灯实现高效率的绿色能源转换,满足照明需要,是“绿色能源”;可见光通信在通信中无电磁辐射,是“绿色通信”。本文将太阳能路灯和可见光通信结合起来,实现同时具有“绿色能源”和“绿色通信”的“纯绿色”系统。针对太阳能LED路灯系统,本文首先对路灯系统的核心部件——智能控制器进行了硬件和软件设计,实现了一个手机APP远程控制的路灯可见光通信系统硬件平台。在太阳能LED路灯上加上可见光通信电路,可以实现LED路灯的照明和通信复用,更好地实现太阳能LED路灯的绿色能源转化。本文提出了一种用于增加可见光通信链路的3dB带宽的均衡电路设计规则,将微尺寸阵列芯片的VLC系统带宽从94.2MHz提高到815 MHz,将商用LED蓝光芯片到VLC系统带宽从10MHz提高到375 MHz。为了评估路灯的实际通信性能,本文设计了基于Bias-Tee的9W照明LED路灯的VLC系统。测试结果表明,基于Bias-Tee的普通LED灯头无法进行可见光通信;加入均衡电路的聚光LED灯头的VLC系统,其系统带宽从2.34MHz拓展到15.4MHz,当灯头到探测器的距离为6米时,系统的最大通信速率从4Mbps提升到25Mbps(误码率在3.8×10-3以下)。为提高VLC系统的通信距离和系统效率,本文还设计了基于MOSFET的9W照明LED路灯的VLC系统。测试结果表明,光源为普通LED路灯时,GS模式的VLC系统在通信距离为4米时可以得到3Mbps的眼图,GD模式的VLC系统在通信距离为1米时只能得到2Mbps的眼图;其中GS模式的VLC系统效率为87.8%,GD模式的VLC系统效率为95.9%。光源为聚光LED路灯时,两种模式的VLC系统在通信距离为12米时都能得到5Mbps的稳定眼图;其中GS模式的VLC系统效率为89.2%,GD模式的VLC系统效率为96.0%。因此,本文提出的基于MOSFET的可见光通信系统,是一种具有较高效率、较低复杂度、较低成本、适用于较远距离的路灯可见光通信应用系统的解决方案。
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