可见光通信系统设计接收部分(附件)
可见光通信VLC（Visible Light Communication）是一种在白光LED（Light Emitting Diode）技术上发展起来的新兴的无线光通信技术。白光LED作为新一代绿色照明光源设备，不仅具有节能环保、寿命长的特点而且还具有响应灵敏度高、易调制等特点。由于VLC具有高速调制特性、安全性高、不占用无线电频谱资源等独特的优势，目前已经成为国内外主流设备商、各个大学和科研机构的研究热点，有着巨大的发展空间，未来的前景非常值得期待。对VLC目前的研究主要分为室内和室外两个领域，本文主要对白光LED室内可见光通信接收端的设计与实现进行了研究, 在室内正常照明情况下，接收端能接收并显示LED 发送的信息。关键词 可见光通信，白光LED，光电转换
目 录
1绪论 2
1.1研究背景概述 2
1.2可见光通信研究现状 2
1.3可见光通信发展趋势 4
1.4可见光通信关键技术 5
1.5本文主要研究内容 6
2白光LED特性及信道分析 7
2.1白光LED的发光原理 7
2.2白光LED的种类 9
2.3白光LED的基本特性 11
2.4信道特性分析 13
3接收端硬件设计 14
3.1接收端系统框图 14
3.2光电传感器 15
3.3信号放大电路 18
3.4数字信号的解调 18
3.5音频信号的解调 22
4系统性能测试 24
4.1数字传输测试 24
4.2音频传输测试 25
4.3通信距离测试 26
4.4抗噪声测试 26
结论 27
致谢 28
参考文献 29
1绪论
1.1研究背景概述
在20世纪60年代，LED开始在照明市场出现。随着生产工艺的改进，其光色逐渐丰富，亮度不断提高，使用寿命也越来越长。
在21世纪，高速数据传输将成为人们日常生活中非常重要的一个需求。人们可以随时随地获得各种各样的多媒体信息。所以，我们必须开 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
发出更为高效的无线传输技术，可见光通信则刚好迎合这一趋势。可见光通信是一种基于白光LED技术而开发的一种新兴的无线光通信技术。白光LED（Light Emitting Diode）作为新一代的绿色光源，不但具有节能、环保、使用寿命长的特点，而且易调制，灵敏度高。如果这种照明光以闪烁的脉冲以人眼无法感知的速度闪烁，则人眼不会察觉到光照度的波动，因此，这项技术有可能给传统照明系统提供数据传输的能力。
1.2可见光通信研究现状
1.2.1国外研究现状
日本第一个提出可见光通信概念并且开始进行研究，以Tanaka、Komine和Sugiyama代表的庆应义塾大学的研究人员首先进行了一系列得基础理论研究[1]。2000年，Tanaka和其他研究人员对室内可见光通信系统进行了进一步的研究，获得了数据率、误码率以及接收功率等之间的关系[2]。2002年，Fan和Komine等对由墙壁反射引起的多径效应对可见光通信系统性能的影响进行了研究[3]。2004年到2005年，Komine等研究了可见光通信系统中码间干扰、光程差对通信系统的性能影响。2009年，日本推出可见光智能广告牌，只要在广告牌附近，使用支持的移动终端产品，即可下载广告牌中的信息。
欧盟把重点放在改善可见光通信系统的性能方面[4]。2009年，牛津大学的HoaLeMinh、DominicO’Brien采用了均衡技术，成功设计了通信速率为100Mbit/s的可见光通信系统。2010年，Heinrich Hertz实验室的研究人员使用普通的商业白光LED构建了一个可见光通信系统，系统传输速率为513Mb/s，这是当时的世界领先水平。
除日本和欧盟外，美国也对可见光通信技术进行了大量的研究。美国建立了UCLIGHT，以开发基于LED照明系统的高速通信和定位系统，UCLight依靠加州大学的四个校区和一个国家实验室。
除此之外，韩国和意大利等国家也对可见光通信做了进一步的研究。牛津大学和三星在可见光通信系统上进行了一系列实验。2012年，意大利圣安娜高级研究所使用雪崩二极管（APD）作为光接收器，实现了波分复用（WDM）和DMT调制技术构建的可见光通信系统1.5Gb/s的单信道传输和3.4Gb/s的多信道传输。2018年3月，全球最大的照明设备制造商飞利浦公司宣布推出LIFI办公灯，可实现30Mb/s的宽带连接速度。
1.2.2国内研究现状
相对于国外来说，我国对于可见光通信技术的研究起步比较晚，但是发展势头很好，近些年来我国的许多学者在可见光通信领域获得了很好的进展，不断地刷新可见光通信传输速率记录。现阶段在可见光通信领域进行研究的主要研究机构包括暨南大学，复旦大学、解放军信息工程大学等。
2006年，来自暨南大学的陈长缨和胡国永等人针对室内可见光通信系统进行了初步的分析和研究，设计了点对点的可见光通信系统。2008年，陈长缨对可见光通信系统中的照明功率不足和短距离数据传输距离进行了具体的分析和研究，成功实现了4Mb/s的数字视频信号传输，传输距离达到了2.5m，该系统使用便携式显示屏幕作为显示设备来同步广播所接收的光信息。2008年12月，陈长缓团队的白光LED通信样机通过了广州市科技局的验收；2009年11月，该样机在深圳高交会亮相；2010年5月，该样机作为中国唯一的白光照明兼通信系统亮相世博会。
2015年，解放军信息工程大学的洪毅教授带领的课题小组在“可见光通信系统关键技术”研究中实现了重大的突破，这是我国第一个可见光863项目，实现了50Gb/s的传输速率，创造了新的世界纪录，并且是当前最高国际通信速率的五倍。
可见光通信技术在短短十多年的时间内迅速发展，传输速率不断提高，从几十Mb/s到500Mb/s不等，再到800Mb/s，再到Gb/s，信息从离线传输到实时传输，调制方式从低阶到高阶，从点对点通信系统开始到现在的多输入输出（MIMO）系统，技术不断提高，应用也越来越广泛[5]。
1.2.3标准化方面
对于可见光通信的标准化，日本的工业和学术机构在2003年就建立了可见光通信联盟（VLCC）。2007年，VLCC提出可见光识别系统标准作为基于可见光源的定位系统的标准。2008年，VLCC和IrDA（红外数据协会）与红外数据协会合作。
美国电气和电子工程师协会IEEE还建立了一个可见光通信工作组，IEEE 802.15.7WPAN第7工作组，旨在研究可见光通信技术标准的制定。2009年，IEEE 802.15.7工作小组首次召开会议，着手起草可见光通信标准。2011年12月，可见光通信工作小组制定了一个完整的包含物理层和媒体访问控制的短距离可见光通信标准[6]。本标准详细描述了可见光通信中的调制编码方式，媒体接入方式，亮度调整和信道划分。
目 录
1绪论 2
1.1研究背景概述 2
1.2可见光通信研究现状 2
1.3可见光通信发展趋势 4
1.4可见光通信关键技术 5
1.5本文主要研究内容 6
2白光LED特性及信道分析 7
2.1白光LED的发光原理 7
2.2白光LED的种类 9
2.3白光LED的基本特性 11
2.4信道特性分析 13
3接收端硬件设计 14
3.1接收端系统框图 14
3.2光电传感器 15
3.3信号放大电路 18
3.4数字信号的解调 18
3.5音频信号的解调 22
4系统性能测试 24
4.1数字传输测试 24
4.2音频传输测试 25
4.3通信距离测试 26
4.4抗噪声测试 26
结论 27
致谢 28
参考文献 29
1绪论
1.1研究背景概述
在20世纪60年代，LED开始在照明市场出现。随着生产工艺的改进，其光色逐渐丰富，亮度不断提高，使用寿命也越来越长。
在21世纪，高速数据传输将成为人们日常生活中非常重要的一个需求。人们可以随时随地获得各种各样的多媒体信息。所以，我们必须开 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
发出更为高效的无线传输技术，可见光通信则刚好迎合这一趋势。可见光通信是一种基于白光LED技术而开发的一种新兴的无线光通信技术。白光LED（Light Emitting Diode）作为新一代的绿色光源，不但具有节能、环保、使用寿命长的特点，而且易调制，灵敏度高。如果这种照明光以闪烁的脉冲以人眼无法感知的速度闪烁，则人眼不会察觉到光照度的波动，因此，这项技术有可能给传统照明系统提供数据传输的能力。
1.2可见光通信研究现状
1.2.1国外研究现状
日本第一个提出可见光通信概念并且开始进行研究，以Tanaka、Komine和Sugiyama代表的庆应义塾大学的研究人员首先进行了一系列得基础理论研究[1]。2000年，Tanaka和其他研究人员对室内可见光通信系统进行了进一步的研究，获得了数据率、误码率以及接收功率等之间的关系[2]。2002年，Fan和Komine等对由墙壁反射引起的多径效应对可见光通信系统性能的影响进行了研究[3]。2004年到2005年，Komine等研究了可见光通信系统中码间干扰、光程差对通信系统的性能影响。2009年，日本推出可见光智能广告牌，只要在广告牌附近，使用支持的移动终端产品，即可下载广告牌中的信息。
欧盟把重点放在改善可见光通信系统的性能方面[4]。2009年，牛津大学的HoaLeMinh、DominicO’Brien采用了均衡技术，成功设计了通信速率为100Mbit/s的可见光通信系统。2010年，Heinrich Hertz实验室的研究人员使用普通的商业白光LED构建了一个可见光通信系统，系统传输速率为513Mb/s，这是当时的世界领先水平。
除日本和欧盟外，美国也对可见光通信技术进行了大量的研究。美国建立了UCLIGHT，以开发基于LED照明系统的高速通信和定位系统，UCLight依靠加州大学的四个校区和一个国家实验室。
除此之外，韩国和意大利等国家也对可见光通信做了进一步的研究。牛津大学和三星在可见光通信系统上进行了一系列实验。2012年，意大利圣安娜高级研究所使用雪崩二极管（APD）作为光接收器，实现了波分复用（WDM）和DMT调制技术构建的可见光通信系统1.5Gb/s的单信道传输和3.4Gb/s的多信道传输。2018年3月，全球最大的照明设备制造商飞利浦公司宣布推出LIFI办公灯，可实现30Mb/s的宽带连接速度。
1.2.2国内研究现状
相对于国外来说，我国对于可见光通信技术的研究起步比较晚，但是发展势头很好，近些年来我国的许多学者在可见光通信领域获得了很好的进展，不断地刷新可见光通信传输速率记录。现阶段在可见光通信领域进行研究的主要研究机构包括暨南大学，复旦大学、解放军信息工程大学等。
2006年，来自暨南大学的陈长缨和胡国永等人针对室内可见光通信系统进行了初步的分析和研究，设计了点对点的可见光通信系统。2008年，陈长缨对可见光通信系统中的照明功率不足和短距离数据传输距离进行了具体的分析和研究，成功实现了4Mb/s的数字视频信号传输，传输距离达到了2.5m，该系统使用便携式显示屏幕作为显示设备来同步广播所接收的光信息。2008年12月，陈长缓团队的白光LED通信样机通过了广州市科技局的验收；2009年11月，该样机在深圳高交会亮相；2010年5月，该样机作为中国唯一的白光照明兼通信系统亮相世博会。
2015年，解放军信息工程大学的洪毅教授带领的课题小组在“可见光通信系统关键技术”研究中实现了重大的突破，这是我国第一个可见光863项目，实现了50Gb/s的传输速率，创造了新的世界纪录，并且是当前最高国际通信速率的五倍。
可见光通信技术在短短十多年的时间内迅速发展，传输速率不断提高，从几十Mb/s到500Mb/s不等，再到800Mb/s，再到Gb/s，信息从离线传输到实时传输，调制方式从低阶到高阶，从点对点通信系统开始到现在的多输入输出（MIMO）系统，技术不断提高，应用也越来越广泛[5]。
1.2.3标准化方面
对于可见光通信的标准化，日本的工业和学术机构在2003年就建立了可见光通信联盟（VLCC）。2007年，VLCC提出可见光识别系统标准作为基于可见光源的定位系统的标准。2008年，VLCC和IrDA（红外数据协会）与红外数据协会合作。
美国电气和电子工程师协会IEEE还建立了一个可见光通信工作组，IEEE 802.15.7WPAN第7工作组，旨在研究可见光通信技术标准的制定。2009年，IEEE 802.15.7工作小组首次召开会议，着手起草可见光通信标准。2011年12月，可见光通信工作小组制定了一个完整的包含物理层和媒体访问控制的短距离可见光通信标准[6]。本标准详细描述了可见光通信中的调制编码方式，媒体接入方式，亮度调整和信道划分。
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