基于蓝绿光Micro-LED的可见光通信芯片调制带宽研究

基于氮化镓微米LED(Micro-LED)的可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术成为近年来的研究热点.通过深紫外光刻技术制备了小尺寸的氮化镓基蓝/绿光Micro-LED芯片,深入研究了40～10μm不同尺寸Micro-LED器件的性能,以及其作为VLC光源的调制带宽能力.研究发现,随着LED器件尺寸的缩小,其调制带宽显著增加.通过在电极间加入电磁屏障以及对LED器件侧壁进行钝化修复,直径为10 μm的绿光Micro-LED亮度可达1×108 cd/m2,直径为20 μm的蓝光Micro-LED的调制带宽可达372.6 MHz.研究结果表明,基于氮化镓的Micro-LED芯片在调制带宽上仍有较大的提升空间,经过进一步的研究,有望推动高速可见光通信的系统应用.     

脉冲宽度调制的可见光通信系统研究

提高短距离无线通信的速率与精度,设计了基于脉冲宽度调制的可见光通信系统。向系统内输入待传输数据,由系统内发射模块的信号源接收此数据,并向调制单元发射其数字信号,调制单元结合脉冲宽度调制与脉冲振幅调制两部分,对该数字信号实施振幅与宽度调制,并向LED驱动器发送调制后信号,LED驱动器接收此调制信号,并驱动LED阵列以对应可见光信号传输该调制信号;由系统内接收模块的光电探测器检测到此可见光信号,转换成电压信号,并经放大与滤波处理后,传输至模数转换器转换该放大电压信号为数字信号,由解调单元解调该数字信号,得到原始传输数据输出,完成此待传输数据的短距离可见光无线通信。结果表明,该系统可实现不同形式数据信息的通信传输,平均传输比特率可达到67.031 Mbit/s,传输后所得数据几乎与原始数据吻合,数据的传输速率与传输精度均较高,实际应用效果理想,能够保障短距离无线通信的高速率与高精度。     

基于窄带通放大电路的单向可见光通信系统

窄带通 放大电路可以简化系统,提高信号增益和信噪比(SNR)。本 文利用简易元器件构成窄带通放大 电路制作了单向可见光通信(VLC)系统。分析发现,数字脉冲间隔调制(DPIM)方式的频谱 特性只需 要比较窄的通频带便可以实现数据传输。本文设计的单向VLC系统采用LED发出的可 见光作为数据载体,雪崩光电二极管(APD)作为光敏器件,结合DPIM调制方式和窄带通放 大电路,实现了VLC。实验测试的结果表明:可以在5m直视距离内无聚光装置实 现传 输速率约为45.8 kbit/s的单向数据传输。本文设计的VLC系统稳定性 好、成本低,具有较好的应用前景。     

可见光通信中自适应DFT-spread-OFDM性能研究

综合考虑可见光通信(VLC)中LED灯调制带宽受限及 非线性效应等问题,提出采用离散 傅里叶变换(DFT)-spread-OFDM与自适应调制OFDM相结合的一种自适应DFT-spread-OFDM ,保证通信可靠性的同时, 提高通信速率,通过仿真与实验相结合的方式,研究对比了自适应DFT-spread-OFDM与常 规 DFT-spread-OFDM及常规自适应调制OFDM之间的优劣。仿真和实验结果表明,自适应 DFT-spread-OFDM,能够取得良好的综合性能,较常规DFT-spread-OFDM能够实现更高速 率的通信,较常规自适应调制OFDM能够取得更佳的峰均功率比的(PAPR,peak-average power radio)性能。     

基于预失真四进制辐移键控调制的可见光通信系统

白光LED不仅可以用来照明还可以作为通信系统的光源,近年来随着光电器件性能的提高,室内可见光通信系统的研究成为热点。但照明用白光LED受自身器件特性限制,有效带宽仅为1MHz,为了在有限的带宽内提高通信速度和通信质量,设计了一种预失真的四进制辐移键控(4ASK)调制方案。在系统的发射端采用RC均衡和预失真电路,用以缓解LED带宽不足的情况;通过模拟实验得到最优化的参数后,搭建了可见光通信(VLC)传输系统的硬件电路。实验结果表明,在1m的传输距离内,系统最快传输速率可达到20MHz/s,误码率(BER)小于10-6。     

可见光通信调制方式及其性能研究

为了实现白光LED室内照明以及通信的双重功能,根据可见光通信的特点,在分析开关键控调制(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、数字脉冲间隔调制(DPIM)以及双头脉冲间隔调制(DH-PIM)结构的基础上,提出一种新型反向双头脉冲间隔调制(RDH-PIM)方式。分析比较了各种调制方式的编码结构、带宽需求以及平均发射功率,推导了系统误时隙率表达式。仿真结果表明,OOK具有最小的带宽需求,RDH-PIM可以获得最大的平均发射功率,且带宽利用率明显优于PPM和DPIM。作为一种折中的调制方式,RDH-PIM在无线光通信中有一定的应用价值。     

一种基于大功率LED照明灯的可见光通信系统

基于强度调制及直接检测(IM/DD)原理,利用18×1 W大功率白光LED照明灯,以开关键控和二进制非归零码(OOK-NRZ)调制方式实现了可见光通信(VLC)系统的室内单向下行通信.为优化LED光源的布局,对光链路视线(LOS)信道损耗进行了理论分析,对LED光源建模并进行光线追迹仿真.系统采用基于TCP/IP的VL...     

可见光通信单极性非对称限幅光OFDM技术研究

为了提升非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM )的频谱效率,提出了一种单极性非对称限幅 光OFDM(UACO-OFDM)调制技术。UACO-OFDM是由ACO-OFDM和单极性OFDM(U-OFDM)两种 光OFDM信号组成,不同长度的信号在发送端按照一定规则进行叠加。然后通过发光二极管(LED)进行 传输,在接收端只用1个光电检测器(PD)接收光信号,采用干扰消除方法依次对不同信号 进行解调。当 调制阶数相同时,UACO-OFDM的频谱效率要高于ACO-OFDM。在频谱效率相等的情况下,对 UACO-OFDM和其他传统光OFDM调制方式的误比特率(BER)和峰均比(PAPR) 性能进行对比分析。 仿真结果表明,UACO-OFDM的BER性能更优。与频 谱能量有效OFDM(SEE-OFDM)相比,当子载波 数为64时,两者的PAPR性能比较接近;当子载波数为256024时,UACO-OFDM比SEE-OFDM的PAPR分别低2dB和5dB以上。     

相位调制技术对可见光通信系统性能的影响研究

针对可见光通信系统中误码率较高的问题,提出基于相位调制技术的可见光通信系统。首先分析可见光通信系统的光源布局并构建优化模型,对LED功率因子优化,提升功率分布匀称度;然后使用白光作为信号发射源,利用光电检验器作为接收机,使用希尔伯特变换原理得到正交滤波器组的互激反映模式,构建出相位调制技术的可见光通信系统模型;最后运用已得的高斯信道误码率,经过调整信噪比数值,对其进行误码性能分析。仿真实验结果表明,与传统方法相比,本文方法能够减少系统传输误码率,保证用户及时获取信息,具备很强的应用价值。     

可见光通信中的无载波位相调制技术

为了保证可见光通信(VLC)系统能够为智能终端提供高速率、低能耗的数据传输服务。该文基于脉冲位置调制(PPM)技术,提出了一种新型的无载波位相(CPP)调制技术,即通过运用正交滤波器提高了PPM的传输速率。而针对采用CPP调制在VLC系统中功率效率显著降低的问题,提出了全新的时变偏置有效地降低了系统的功耗。最后仿真结果表明,采用时变偏置的CPP系统同采用直流偏置相比,在获得相同BER性能且带宽受限的情况下可以节省2 dB的信噪比。而同时考虑信号时隙之间的相关性,时变偏置可以进一步提升约1.5 dB的BER性能。     

便携式点对点可见光通信终端的实验研究

利用开关键控-非归零码(OOK-NRZ)调制编码技术,设计并实现了一对基于ARM7处理器(LPC2148)的便携式点对点可见光通信(VLC)收/发终端。发送端由编码器、光源驱动器及单个白色发光二极管(WLED)构成,接收端由可见光探测器、信号处理电路及解码器构成。实验研究了WLED的发射谱和可见光探测器的响应谱,测试分析了VLC信道的时域和频域的电-光-电(EOE)响应。阐述了系统结构和原理,编写了通信软件并制定了相关协议,实现了系统的软、硬件集成。利用研制出的通信装置,建立了点对点通信链路,并开展了数据通信实验。结果表明,在发送端,为了最大化地降低误码率(BER),WLED的调制系数应设置为0.68~1.00,即在一定的交流调制信号幅度下,需要向WLED提供合适的直流偏置电压;在接收端,在一定的阈值判决门限电压下,VLC传输呈带通特性。在所优化选择的系统参数下,系统的通信距离为0.5m,可达到的最快信息传输速率约为4 Mbps,BER小于10-6。利用多个WLED构成阵列光源,系统可进一步满足更长距离的通信需求,从而在室内、外短途通信方面具有潜在的应用价值。     

基于MPPM调光控制的混合可见光通信系统研究

在本文中,为适应照明的调光需求,提出了一种具 有高频谱效率的调光控制方案,这是也是可见光 通信(VLC)的关键需求。提出的方案将正交频分复用(OFDM)与多脉冲位置调制(MPPM) 相结合, 不仅支持高速可见光通信,同时满足了用户对照明源的亮度调节的需求。这种混合调制方法确保系统具有MPPM的调光功能,且引入的OFDM传输可以有效地提高频谱效率。更重要的是,MPPM跟OFDM的传输不会互相干扰,而且接收端对两种信号的检测互不干扰,实现简单。仿真结果表明,该 方案可以支持较宽的亮度范围,并支持高频谱无线光通信。     

可见光混合二维CAP-DPIM调制

为了提高基于白光LED的可见光通信系统传输性能,本文围绕提高频谱效率及可靠性展开研究,提出一种兼顾功率效率和频谱效率的混合调制方案。该方案采用无载波幅度相位调制(CAP)与脉冲间隔调制(DPIM)相结合,发送端在DPIM的脉冲时隙上加载直流偏置CAP信号(DCO-CAP),生成混合调制信号,接收端采用提出的修正硬判决检测算法及最大似然检测完成混合调制信号的串行解调。考虑室内环境光的影响,推导了基于Lambertian光照模型并在高斯信道下二维DCO-CAP-DPIM方案的误比特率(BER)及误帧率(FER)解析表达式,仿真实验验证了理论解析式的准确性以及提出的修正 硬判决检测算法的有效性。对于8m×6m×3m实验场景,通过数值仿真,分析对比了DCO-CAP,以及不同混合调制在相同频带利用 率下的性能,结果表明:当频谱效率相同时,混合二维DCO-CAP-DPIM调制系统较单一调制可靠性提高2－12dB。且调制参数相同时,基于硬判决的修正算法使系统可靠性提高5dB。     

基于FPGA实现的自适应OFDM VLC仿真系统

采用现场可编程门阵列(FPGA)技术搭建了一个自适应正交频分复用(OFDM)可见光通信(VLC)仿真系统。该系统实现了自适应高阶OFDM调制和高速数据速率传输,正交振幅调制(QAM)的调制阶数M有16、64、256、1024四种方式,数据传输速率为16.8~42.0Mb/s。     

离散多音调制可见光信道非线性失真及参数优化

为了改善离散多音调制(DMT)点对点可见光通 信(VLC)性能,首先给出了 DMT技术原理并建立了实验装置,进而研究了16-相位键控(16-PSK)DMT信号直 流偏压和探测器偏置电阻对VLC信道非线性失真的影响。为了使VLC信道工作于良好的线 性区,优化得到了不同通信距离下系统的最佳直流偏压和探测器偏置电阻。在VLC信道响 应存在非线性失真和调节系统参数使其工作于线性区两种情况下,在0.2Mbit/s数据传输速 率下分别开展了通信实验,并测试了系统在不同通信距离处的误码率(BER )。结果显示,BER可 由未做参数优化时的10－1量级降至10－3量级;且在20~90cm通信距离范围内 BER几乎恒 定,表明系统稳定性也得到了明显改善。本文的实验测试和分析结果为进一步优化系统参数 及改进通信性能提供了数据依据。     

基于可见光通信的一对多视频广播系统

利用自主研发的软硬件搭建了基于可见光通信(VLC )的一对多视频广播系统。通过传输流(TS,transport stream)音视频数据流解决了通信信道 不可靠的问题,通过广播流量控制算法和控制指令的设计解决了多媒体数据广播传输时服务 器和客户端速率不匹配带来的超大缓存需求问题。可见光收发模块采用荧光型LED和PIN探测 器作为光源和探测器。系统拥有蜂窝网络结构,每个蜂窝可以有多个用户,客户可以同时接 收广播信号且不会相互干扰。通过实验实验证了系统的可行性。测试结果表明,本文系统支 持1对多的1080P视频数据光学无线广播传输,每个用户的接收带宽为 2Mbit/s,传输距离为2m。     

New spatial quadrature modulation scheme forindoor visible light communication systems

In this paper, a new spatial quadrature modulation ( NSQM ) scheme is proposed to improve the error performance of indoor visible light communication ( VLC) systems. NSQM is different from generalized spatial quadrature modulation ( SQM) in two aspects. First, the transmitted optical signal is directly detected at the receiver, which does not need to estimate the indices of the transmitted antenna. Second, an optimization approach is used with NSQM to minimize the upper error bound of the transmitted signals. In addition, several NSQM schemes are described in detail. Numerical results show that the proposed NSQM scheme achieves superior error performance compared with the SQM scheme.     

可见光控门禁的研制

可见光通信作为一种无线光通信技术,是目前短距离无线通信技术研究领域的一个热点方向。本文将该技术应用在无线控制门禁的研究和设计。设计制作了可见光控门禁的光钥匙和光控锁,分析测试了白光发光二极管(LED)和光电二极管(PD)在中、高频段的光电转换特性,并结合测试结果编写了可见光控门禁的光密码的发送、接收和调制解调、编解码以及门禁控制程序等。门禁工作采用10kHz的开关键控-不归零码(OOK-NRZ)的调制白光,收发效果稳定,抗电磁干扰、安全性高和功耗低,通信距离适中,有很好的应用推广价值。