VLC系统中LED调制响应的研究与仿真

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基于LabVIEW的VLC—LED模组结温非接触式测量系统设计

基于LabVIEW的VLC—LED模组结温非接触式测量系统设计作者：郭杰马军山饶丰来源：《软件导刊》2018年第10期摘要：可见光通信中LED模组结温影响其光、色、电特性及工作寿命，对模组结温的测量及管理十分重要。

因LED模组管脚存在无法接触测量的缺点，LED结温非接触式测量方法广受关注。

在研究双光谱参数测量LED结温的基础上，开发了VC-LED模组结温的非接触式测量系统。

该系统主要由恒流源控制、光谱数据采集和数据分析处理3个模块组成。

经实验验证，双光谱参数法与中心波长法相比，两者结果偏差在3℃以内。

采用该系统测量LED模组结温，不但直观、准确，且不需要接触LED管脚，实现了LED模组结温的非接触测量。

关键词：结温测量；非接触式；LabVIEW；发光二极管阵列；曲线拟合DOIDOI：10.11907/rjdk.181963中图分类号：TP319文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2018）010-0117-04英文摘要Abstract：In visible light communication， the junction temperature of LED module affects its color and electrical characteristics and lifetime， which is very important for measuring and managing the junction temperature of modules.Because of the failure to contact the LED module pins， the non-contact measurement method has attracted people′s attention. Based on the non-contact LED Array junction temperature testing method，a non-contact detection system for VLC-LED module junction temperature is developed. The system consists of three modules，i.e.， control of current source， spectral data acquisition and data analysis and processing. Experimental results show that the deviation between the two spectral parameters method and the central wavelength method is less than 3 degrees. Therefore， using this system to measure the junction temperature of LED module is not only intuitive and accurate， but also does not need to contact the LED pin， thus achieving the non-contact measurement of the junction temperature of the LED module.英文关键词Key Words：junction temperature measurement；non-contact junction temperature detection；LabVIEW； light emitting diode arrays；curve fitting0 引言可见光通信（VLC）技术由于其较强的抗干扰性、环保、低耗能等优点，成为目前通信领域的研究热点[1-3]。

室内VLC白光LED调制带宽拓展

第 &( 卷第 . 期 IB7G&( JBG.
红外与激光工程 KH9L5L:M 5HM N5C:L 3HO6H::L6HO
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摘要 CDEFGHIJKLMN: OPQRSTUVWXDYZ[L N3T \]^_`abcd Vefgh:ijk\l N3T V^_`afKmnopRSTqWXVefVrst ruvwxy z{|} # U k\~ N3T V7 QsvwT:rhHoD \Vw:k\~ N3T 7 # VW0 Q @! VW0:k\~ N3T + ¡ ¢6-HBH+L:XYLH+XB+0:LB BH+B99+Z:<6HO:J[\+]]^27£¤ !? V_6X`C V¥¦ § _ : ¨ © _ (G,,*)+?:¥¦ª«¤ @ 4:¬uEFGH®¯}¥¦ª«V°Nt 关键词 EF= £±\®¯= k\l N3T= yz 中图分类号 aJ.!.G*! 文献标志码 b &'( #)G@($$`K[Nb!)#$&(G).!)))&

基于LED半功率角的VLC混合室内定位算法研究

摘要：提出一种基于ＬＥＤ半功率角的ＶＬＣ混合室内定位算法，该算法结合ＬＥＤ半功率角特点，在ＬＥＤ
半功率角覆盖范围内时，光信号强度大、信道条件好， Байду номын сангаас 号受到的路径损耗影响小，使用半功率角ＲＳＳ
ｃｈａｎｎｅｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｉｔｈａｓｌｉｔｔｌｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｓｉｇｎａｌａｎｄｃａｎａｃｈｉｅｖｅａｃｃｕｒａｔｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
ＡＯＡＤａｌｇｏｉｒｔｈｍｔｏｌｏｃａｔｅｏｕｔｓｉｄｅｔｈｅｃｏｖｅｒａｇｅｏｆｔｈｅＬＥＤＳＡＨＰｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｐｏｏｒ
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基于ＬＥＤ半功率角的ＶＬＣ混合室内定位算法研究

地面可见光通信技术的研究与应用

地面可见光通信技术的研究与应用近年来，随着人类社会信息化的不断推进，通信技术发展也越来越快速。

在传统的无线通信技术之外，地面可见光通信技术近年来也逐渐成为了热门的研究领域，引起了越来越多科研工作者和企业的重视和投入。

本文将介绍地面可见光通信技术的发展现状、原理以及应用前景。

一、地面可见光通信技术的发展现状地面可见光通信技术（Visible Light Communication，简称VLC）是一种利用可见光进行信息传输的通信技术。

与无线电通信相比，VLC的安全性更高，通信速率和容量也更大，而且对环境的污染更小，未来有着广泛的应用前景。

VLC技术最早的应用可以追溯到19世纪的照相术，但直到上个世纪末才被重新引起人们的重视。

随着LED技术的进步，VLC的通信速率也得到了显著提升，这使得它成为了新一代的研究热点。

目前国内外的许多大学和研究机构都在进行地面可见光通信技术的研究，并取得了一定的进展。

比如，日本东京大学已经开始试验使用红外LED进行VLC通信，通信距离可以达到约1.6米，速率可高达58Mbps。

中国也在该技术领域取得了重大突破，华南理工大学研发出了一种可以提高LED使用寿命和降低通信误码率的调制方式，使得VLC技术在工业控制、智能家居、公共场所等多个领域得到了广泛应用。

二、地面可见光通信技术的原理地面可见光通信技术是利用LED灯发出的闪烁光信号进行通信的一种技术。

LED（Light Emitting Diode）灯是指通过半导体晶体管发出光线的一种电子光源灯。

在VLC技术中，通过向LED灯加入变化的电流或电压等控制信号，控制LED灯的亮度和频率，使其发出可以传输信息的可见光信号。

接收端则用光电元件来解码并还原信息。

此外，为了提高VLC技术的通信速率和覆盖范围，还需要一些参数如调制方式、波长选择、光通道设计等方面的优化。

目前VLC技术调制方式包括单脉冲、多脉冲、OFDM等方式，LED灯的波长也需要选择在可见光范围内（波长在380nm至780nm之间），并降低LED灯的颜色纯度以扩大通信范围。

VLC系统的光源布局设计与仿真研究

布，因此必须对光源的布局进行合理的设计，使得室内接收光功率的分布趋向均匀．本文给出了室内光通信的传榆模型，分析了布局设计与接收光功率分布的关系，并给出了房间内的四个通信光源的最优化布局设计．通过对
光源布局与接收功率关系的仿真，验证了本文提出的最优化光源布局设计方法．
ｗｉｈｉｅｅｔｌｙｕｆｌｈｉｇ．ｏｗｅｎｅｏｓｅｌｏｔｌｌｈｉｇｌｙｕｉｉｚｅｒｎｅｏｃｉｅｔｔｅｄｆｒｎａｏｔｇｔｓＳｅｄｔｅｋａｌｐｉｉｔｎａｏｔｔｍｎｍｉｅｔａｇｆｒｅｖｈｏｉｎｍａｇｏｈｅｄｐｗｅ．ｅｃａｎｌｏｒＴｈｈｎｅｄｌｆｉｄｏｐｉａｏｍｏｅｏｒｏｔｌｍｍｕｉａｉｎｗａｈｗｎｉｉｐｐ￣Ｔｅｒｌｔｎｂｔｅｅｌｙｕｆｏｎｃｃｎｃｔｓｓｏｎｔｓａｅｈａｉｅｗｅｎｔｏｔｏｈｅｏｈａｏｌｈｉｇｎｈｅｅｖｄｏｔｃｌｐｗｅｓｄｓｕｓｄｉｔｓａｄｔｅｒｃｉｅｐｉａｏｒｗａｉｓｅ．ＡｎｏｔｇｎｃｐｉｌｄｓｇｆｌｈｉｇａｏｔｗａｒｐｓｎｔｅｍａｅｉｎｏｉｔｓｌｙｕｓｐｏｏｅｏｈｇｎｄａｓｍｐｉｎｔａｅＶＬＣｓｓｅｈｄｆｕｉｈｉｇｅｉｅ．ｅｒｓｌｆｃｍｐｔｒｓｍｕａｉｎｓｏｔａｉｏｔｍａｓｕｔｈｔｔｏｈｙｔｍａｏｒｌｔｓｄｖｃｓＴｈｅｕｔｏｏｕｅｉｌｔｈｗｈｔｔｓｐｉｌｇｎｓｏｈｄｓｎｉｆａｉｌｒｈｉｉｌｇｔｏｅｉｅｓｂｅｆｅｖｓｂｅｌｈｍｍｕｉａｉｎｓｓｍ．ｇｓｏｔｉｃｎｃｔｔｏｙｅＫｅｒｓＶｉｉｌｇｔｏｙｗｏｄ：ｓｂｅｌｈｍｍｕｉａｉｎＷｈｔＤ；ｙｕｆｉｈｉｇｉｃｎｃｔ；ｏｉＬＥＬａｏｔｌｔｅｏｇｎ

vlc-505原理

vlc-505原理VLC-505原理VLC-505是一种基于可见光通信技术的设备，它利用可见光作为传输介质，实现数据的高速传输和通信。

本文将详细介绍VLC-505的原理及其工作机制。

一、VLC-505的原理概述VLC-505采用了一种被称为可见光通信的技术，通过调制可见光信号来实现数据的传输。

它利用LED灯或激光器等光源发射出的光信号，经过调制后传输数据，接收端通过光传感器接收并解调光信号，从而获取到传输的数据信息。

二、VLC-505的工作原理1. 光源发射：VLC-505利用LED灯或激光器作为光源发射器，发射出可见光信号。

LED灯具有体积小、功耗低、寿命长等优点，适用于短距离传输；而激光器则具有高亮度、高聚焦性等特点，适用于长距离传输。

2. 光信号调制：在VLC-505中，光信号通过调制来携带数据信息。

常用的调制方式包括振幅调制(AM)、频率调制(FM)和脉冲位置调制(PPM)等。

调制技术的选择取决于具体的传输需求和环境条件。

3. 光信号传输：经过调制的光信号通过空气传输到接收端。

由于可见光的传播路径通常是直线传播，因此在传输过程中需要保持发射端和接收端的可见性。

4. 光信号接收：接收端利用光传感器接收经过调制的光信号。

光传感器是一种能够将光信号转化为电信号的器件，它能够对光信号进行解调和检测。

5. 数据解调：接收端通过解调技术将接收到的光信号转化为原始的数据信息。

解调技术的选择要与发射端的调制方式相匹配，以确保准确地还原传输的数据。

6. 数据处理：解调后的数据进行必要的处理和解码，以获取最终的传输信息。

这一步骤可以包括纠错码处理、解密等操作，以提高数据的完整性和安全性。

三、VLC-505的应用领域VLC-505在各个领域中都有广泛的应用，以下是其中几个典型的应用领域：1. 室内定位：VLC-505可以利用室内灯光设备进行定位，通过接收光信号的强度和方向信息，实现室内定位和导航功能。

2. 数据传输：VLC-505可以实现室内环境下的高速数据传输，适用于需要保障安全性和抗干扰能力的场景，如医疗机构、银行等。

可见光通信技术(VLC)的原理和应用

可见光通信技术(VLC)的原理和应用1. 简介可见光通信技术（Visible Light Communication，简称VLC）是一种无线通信技术，利用可见光波段传输数据。

与传统的射频通信技术相比，VLC具有更高的带宽和更低的功耗。

本文将介绍VLC的原理以及其在不同领域的应用。

2. 原理VLC利用LED等光源作为发送端和接收端的组件。

在发射端，将数字信号传输到LED，并将其转换为光信号。

在接收端，使用光敏电池或光敏二极管接收光信号，并将其转换为电信号，再进行解码。

VLC的原理可分为以下几个部分：2.1 调制VLC通常使用OFDM（正交频分复用）技术进行调制，将数据信号分成多个子载波进行传输，以提高传输效率和抗干扰能力。

2.2 编码和解码在发送端，使用多种编码技术对数据进行编码，以提高数据传输的可靠性和纠错能力。

在接收端，使用相应的解码算法进行解码，以还原原始数据。

2.3 光通信传输发送端通过LED将光信号传输到接收端。

由于光的传播速度较快，VLC可以实现高速率的数据传输。

2.4 光电信号转换接收端使用光敏电池或光敏二极管将光信号转换为电信号。

然后，通过相应的电子电路进行信号放大和解码。

3. 应用3.1 室内定位VLC可以用于提供室内定位服务。

通过在室内空间中部署VLC发射器，并在移动设备中安装相应的接收器，可以实现对移动设备的精确定位。

这对于室内导航和定位服务非常有用。

3.2 照明系统VLC可以与照明系统相结合，实现室内照明和数据传输的双重功能。

LED灯可以同时作为光源和通信设备，将数据传输到接收设备，并提供照明。

3.3 车联网VLC可以应用于车联网领域，用于车辆之间的通信和车辆与基础设施之间的通信。

通过在车辆和道路上部署VLC设备，可以实现车辆之间的高速数据传输和实时通信。

3.4 室外通信VLC不仅可以应用于室内环境，也可以用于室外通信。

在室外环境中，VLC可以为城市提供高速、安全的通信网络，并可以用于无线电和移动通信基站之间的连接。

可见光通信LED非线性后均衡技术研究

可见光通信LED非线性后均衡技术研究可见光通信（VLC）是一种使用可见光作为通信介质的无线通信技术。

与传统的无线通信技术相比，VLC具有许多优势，如高带宽、免注册、低成本等。

然而，由于VLC系统中光信号传输时受到多径传播、强光干扰和非线性失真等因素的影响，导致了传输信号的失真和性能下降。

因此，非线性后均衡技术的研究对于提高VLC系统的传输性能具有重要意义。

在VLC系统中，LED作为光源发射光信号，但LED会受到电流和温度的影响，导致其输出光功率和频率响应非线性。

这种非线性特性会导致传输信号的失真和干扰。

因此，需要采用非线性后均衡技术来对传输信号进行补偿和恢复。

非线性后均衡技术主要分为两种类型：预编码和均衡。

预编码是在发送端对数据进行处理，根据接收端的非线性特性进行预先编码，使接收端可以更好地恢复原始数据。

均衡是在接收端对接收到的信号进行处理，通过估计信道响应和非线性特性来进行权衡和补偿，从而提高系统性能。

目前，已经有很多研究对VLC系统中的非线性后均衡技术进行了研究和应用。

其中一种常用的非线性后均衡技术是基于最小均方误差准则的预编码技术。

该技术通过优化预编码矩阵，可以在接收端减小非线性失真，并提高信号的传输性能。

此外，还有基于神经网络和模糊逻辑控制的非线性后均衡技术，这些技术可以通过学习和训练来优化非线性补偿过程，提高系统性能。

然而，目前对VLC系统中非线性后均衡技术的研究还存在一些问题和挑战。

首先，不同的LED设备具有不同的非线性特性，因此需要针对具体的设备进行非线性后均衡技术的研究和设计。

其次，由于可见光通信系统的特殊性，如多径传播和反射等，会导致信号失真更加严重，需要更加精确的非线性补偿算法。

另外，VLC系统中光源的功率和波长调制也会影响非线性信号补偿的效果，因此需要更加细致和灵活的算法设计。

总之，可见光通信LED非线性后均衡技术的研究对于提高VLC系统的传输性能具有重要意义。

通过预编码和均衡等技术的应用，可以提高信号的质量和系统的可靠性。

基于大功率白光LED的可见光通信

基于大功率白光LED的可见光通信简介可见光通信（Visible Light Communication，简称VLC）是一种使用可见光波长实现数据传输的技术。

随着LED发光技术的发展，以LED为光源的VLC技术越来越受到关注。

其中，基于大功率白光LED的VLC系统，有着很高的传输速率和抗干扰能力，因此成为了VLC技术的主流之一。

系统结构基于大功率白光LED的VLC系统由发射端、传输通道和接收端三部分组成。

发射端发射端的主要任务是将电信号转换成能够被人眼所感知的光信号，并将光信号加工成适合传输的光脉冲。

其中，光信号的产生需要使用白光LED光源和适当的光学器件；光脉冲的形成则需要使用调制器件，常见的调制方式有强度调制、频率调制和相位调制。

传输通道传输通道是指光信号在传输过程中所经过的介质，通常包括自由空间、光纤和传输介质等。

不同的传输通道会对光信号的传输性能产生不同的影响，需要选择合适的传输通道，以保证光信号的传输质量。

接收端接收端的主要任务是将接收到的光信号转换成电信号，并去除掉可能存在的噪声和干扰。

其中，光信号到电信号的转换需要使用光电转换器件，常用的有光电二极管和光电倍增管；去除噪声和干扰，则需要使用信号处理器件，如滤波器和放大器。

技术优势基于大功率白光LED的VLC技术有着以下的技术优势：高速传输基于大功率白光LED的VLC系统，可以通过调整光脉冲的调制方式，实现高达几百兆比特每秒的传输速率。

这一速率远高于蓝牙和Wi-Fi等无线通信技术，可以满足更高速率的数据传输需求。

抗干扰能力强基于大功率白光LED的VLC系统，对于外部电磁波干扰和光波干扰的抗干扰能力极强，能够在复杂的通信环境中保证数据传输的可靠性和稳定性。

安全性高基于大功率白光LED的VLC技术，可以实现点对点的点对点通信，通信信号无法穿墙而过，可以有效地避免信号被窃听和跟踪，从而保证通信的安全性。

应用场景基于大功率白光LED的VLC技术，可以应用于以下领域：室内定位利用基于大功率白光LED的VLC技术，可以实现对室内人员、物品进行精确定位，可以广泛应用于室内导航、安防监控、智能家居等领域。

基于ITS-VLC的LED视觉检测与跟踪系统[实用新型专利]

专利名称：基于ITS-VLC的LED视觉检测与跟踪系统专利类型：实用新型专利
发明人：文尚胜,李竞宜,关伟鹏,陈邦栋,江佳佳,陈昕申请号：CN201820874506.9
申请日：20180607
公开号：CN208386554U
公开日：
20190115
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种基于ITS‑VLC的LED视觉检测与跟踪系统，包括作为发射机的LED交通灯、作为接收机的车载高速摄像机；LED交通灯包括若干发光二极管以及用于驱动发光二极管的LED驱动电路，发光二极管经过LED驱动电路调制后同步随机发出一定频率的光；车载高速摄像机包括依次连接的镜头、传感器、A/D转换器、DSP，镜头以两倍于发光频率的速率拍摄道路图像，传感器捕获含有LED交通灯的图像，读入视频数据后，通过A/D转换器将图像的模拟信号转换成数字信号，DSP再对数字信号进行加工处理，使用图像处理技术，检测出发射机。

本实用新型利用现有设备改造实现，解决了传统设备只能跟踪部分发光二级极管的缺点。

申请人：华南理工大学
地址：510640 广东省广州市天河区五山路381号
国籍：CN
代理机构：广州市华学知识产权代理有限公司
代理人：李斌
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基于ITS-VLC的LED视觉检测与跟踪方法及其系统[发明专利]

专利名称：基于ITS-VLC的LED视觉检测与跟踪方法及其系统专利类型：发明专利
发明人：文尚胜,李竞宜,关伟鹏,陈邦栋,江佳佳,陈昕
申请号：CN201810578665.9
申请日：20180607
公开号：CN108736972A
公开日：
20181102
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于ITS‑VLC的LED视觉检测与跟踪方法及其系统，该方法包括：利用高速摄像机捕获LED交通灯中发光二极管同步随机发射的光，通过图像处理技术实现LED交通灯的初步视觉检测；利用初步视觉检测得到的根据边缘分割的矩形候选区，通过计算所定义的差异密度和平均强度跟踪连续帧中的LED交通灯；通过光流法在基于边缘信息分割得到的候选区中无法搜索到LED交通灯时，在原始图像中重新搜索新的LED交通灯候选区，直到基于边缘信息的图像处理方法能够顺利检测到LED交通灯。

本发明利用现有的系统设备改造实现，算法简单可行，解决了传统方法只能跟踪部分发光二级极管的缺点，具有广阔的市场价值。

基于白光LED的VLC系统设计

基于白光LED的VLC系统设计李芳菊【摘要】基于白光LED的调制性和高灵敏性，提出了一种白光LED灯的短距离信号传输VLC系统设计。

系统由发射模块和接收模块组成，分别采用两个STC89C52芯片作为控制器，LED照明光波作为传输信号的载波，用光敏二极管、LCD显示屏实现信号的接收、光电转换和显示。

系统最终检测表明，本设计实现了室内可见光短距离数据传输，并验证了系统的实用可靠性。

%Based on the white LED light with regulation and high sensitivity, design of VLC systemis presented on the informa⁃tion transfer. Two STC89C52 processors are used as the controllers of emission module and receiving module, using LED light is uti⁃lized as information carrier, photodiode and LCD is utilized to realize the conversion of the information and display. Finally it shows that the design can complete the visible short message data transmission, can be practical, and verify the practical reliability of the system.【期刊名称】《渭南师范学院学报》【年(卷),期】2016(031)019【总页数】5页(P39-43)【关键词】可见光通信;白光LED;字符传输【作者】李芳菊【作者单位】渭南师范学院数理学院，陕西渭南714099【正文语种】中文【中图分类】TG156由于电脑和手机等智能设备的快速崛起，使得移动数字终端范畴发生革命性巨变。

LED照明产品热仿真技术

LED照明产品热仿真技术散热设计是LED照明产品开发关键技术之一。

热仿真是电子产品散热设计一项主要内容，广泛用于预测许多电子产品散热方案可行性、优化电子产品散热设计以及为需要进展热测试电子产品确定最有效测试方案等。

准确快速热仿真可以缩短产品开发周期、降低开发本钱。

本文系统论述了LED照明产品热仿真根本原理与方法，并给出了热仿真典型案例，对于LED照明产品热仿真具有重要参考意义。

一、LED照明产品热仿真概述1、数值计算方法热仿真是一种利用数值计算对流动与传热问题进展求解方法，是与试验(测试)与理论分析相并列第三种分析方法。

数值计算就是把计算域内有限数量位置(网格节点)上因变量值当作根本未知量，并根据需要求解控制方程(微分方程)提供一组关于这些未知量代数方程，以及求解这组方程算法，从而在每一个网格节点上直接求解控制方程方法。

电子产品热仿真需要求解控制方程主要包括质量守恒方程(连续性方程)、动量方程(运动微分方程)、能量方程以及求解湍流N-S方程所需要补充方程等。

2、热仿真软件理论上所有CFD(Computational Fluid Dynamics：流体动力学)软件都可以作为电子产品热仿真软件。

CFD软件大体可以分为通用CFD软件、工程化CFD软件与电子散热专用热仿真软件三类。

一般情况下，通用CFD软件(如FLUENT 等)对用户专业知识背景要求较高，并且软件操作较复杂。

电子散热专用软件是专门针对电子产品散热设计开发热仿真软件，对用户CFD专业知识背景要求较低，操作也较简单，并且提供了大量电子散热常用组件，这类软件主要包括Flotherm 与Icepak 等。

工程化CFD软件性能介于通用CFD软件与电子散热专用软件之间，其采用工程化操作界面，操作较简单，计算能力较强。

如CFdesign 与FloEFD都能够方便地导入CAD 模型，并且还增加了局部常用电子散热组件。

3、热仿真特点热仿真与热测试区别主要包括：(1)热仿真不需要样品，所以可以在产品开发前期预测产品方案可行性；(2)热仿真边界条件为理想条件，如准确环境温度及环境风速等，而热测试环境温度及风速很难实现精准控制；(3)考虑到计算速度与精度，热仿真模型需要对产品实际模型进展简化。

基于全广义空间调制的协作VLC方案设计与实现

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FGSM利用信号的空间特性，将信号能量分散到多个发射天线中，以实现更远的传输距离和更高的吞吐量。
FGSM技术适用于多种无线通信系统，如Wi-Fi、4G和5G等，具有广泛的应用前景。
全广义空间调制分类与特点
FGSM可以根据不同的分类标准进行分类，如根据调制方式、调制信号特征等。
根据调制方式，FGSM可以分为线性调制和非线性调制。线性调制是指使用线性函数对信号进行调制，而非线性调制则使用非线性函数。
讨论
针对实验结果和比较分析，对协作VLC方案的应用场景、未来发展趋势等方面进行了讨论和展望，为进一步研究提供了思路和建议
。
05
CATALOGUE
结论与展望
研究成果总结
1
提出了一种基于全广义空间调制的协作VLC方案，实现了更高的光谱效率和传输可靠性。
2
通过对不同调制方式和空间复用技术的综合比较，得出了全广义空间调制在协作VLC系统中的优越性。
根据光源节点的特性和场景需求，选择合适的调制方式，如强度、相位等。
传输协议设计
设计适合VLC场景的传输协议，包括数据包的格式、传输速率等。
接收端设计与信号处理算法
接收端设计
根据场景需求和光源节点的分布，设计合适的接收端数量和布局。
信号处理算法
采用适合VLC场景的信号处理算法，如滤波、解调等，确保信息的正确解码和提取。
3
设计了一种基于全广义空间调制的协作VLC实验系统，并进行了实验验证，证明了系统的可行性和优越性。
研究不足与展望未来研究方向
虽然全广义空间调制在协作VLC系统中具有较高的性能优势，但其实施难度也较大，需要进一步研究如何简化系统结构，降低成本和功耗。

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黑龙江工业学院学报JOURNAL OF HEILONGJIANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY第19卷第8期2019年8月Vol. 19 No. 8Aug. 2019文章编号：2096-3874(2019)08 -0026 -05VLC 系统中LED 调制响应的研究与仿真张静，陶彬彬（皖江工学院，安徽马鞍山243031）摘要：可见光通信（VLC ）系统中发光二极管（LED ）的调制响应对系统传输速率及性能有重要的影响，首先，通过Multisiml3电路仿真软件模拟发光二极管（LED ）的等效电路，并进行频率响应的仿真，得到LED 调制带宽与LED 的时间常数RC 之间的关系；然后，通过Optisystem7 对可见光通信系统进行建模仿真，得出不同时间常数RC 情况下，不同数据传输速率下的眼图，从而分析LED 调制响应对可见光通信系统性能的影响。

关键词：可见光通信;发光二极管（LED ）；调制带宽;传输速率作者简介:张静，硕士，讲师，皖江工学院。

研究方向:信号处理。

中图分类号:TN929.12文献标识码:A引言可见光通信（Visible Light Communication ,VLC ），是指通过利用发光二极管（LED,Light Emit ting Diode ）发出快速的、且人眼无法察觉的闪烁信号,来传输信息以实现通信的。

与无线电射频通信相比，可见光通信（VLC ）具有绿色环保，于人体无害，且无需频谱资源，又保密性很高，兼具通信和照明的双重功能⑴。

因此，可见光通信得到了全球许多研究者的关注,VLC 技术也得到迅速发展。

但是，可见光通信系统数据传输速率的提高也存在着诸多的限制因素，而其中最为主要的便是LED 的调制带宽⑵。

LED 的调制带宽是决定可见光通信系统基带信号传输速率的一个很重要的因素，由于LED 的频率响应特性决定了可见光通信VLC 系统的调制带宽,而调制带宽又直接影响着数据传输速率的大小,导致可见光通信系统很难实现高速通信⑶O 目前，普通的商用发光二极管的3dB 带宽都低于10MHz,这在很大程度上限制了可见光通信系统的数据传输速率叫研究发光二极管LED 器件的调制特性及在高速调制状态下的发光特性是提升可见光通信系统性能的关键问题之一丄ED 的调制特的提升可以显著拓展可见光通信系统的应用范围⑷。

以发光二极管LED 的调制特性为切入点，研究分析LED 的调制响应。

通过Multisiml3电路仿真软件，仿真LED 的频率响应，通过光学仿真软件Optisystem7对可见光通信系统进行模拟，仿真 LED 的调制响应对系统性能的影响。

1 LED 的等效模型与带宽B可见光通信是利用可见光（波段为380nm -780nm ）光源将要发送的数据信息加载到可见光上在空气中进行传输,然后在接收端通过光电转换器件将接收的可见光信号转变为电信号,从而可以实现信息的无线传递⑸，在发送端特别关键的元器件就是发光二极管LED 。

发光二极管LED 的等效电路模型如图1所示⑷。

其中，由Rd 和C 所构成的并联网络是发光二极管LED 的PN 结电阻和PN 结电容,Rs 是等效串联电阻,L 是引线等引起的寄生电感。

LED 利用PN 结发出光子，而PN 结的结构又直接影响着发光二极管LED 的发光特性,LED 的时间常数RC 等于载流子的寿命t = R d C 也影响着LED 的调制响应⑺O• 26 •第8期VLC 系统中LED 调制响应的研究与仿真2019 年图1 LED 的等效电路仿真电路如图2所示,通过参数扫描，改变PN 结电阻R2的值分别为10Q 、20Q 、30Q,分别对应不同的时间常数R2C1,得到如图3所示的LED 频率响应曲线，最上面一条曲线为10Q 的PN 结电阻的情况下对应的频率响应曲线，最下面一条曲线为30Q 的PN 结电阻所对应的频率响应曲线。

从图3可以看出,PN 的结电阻R2的值越小,频率响应曲线右移,功率下降到最大值二分之一所对应的带宽越大。

因此，可以通过通过减小PN 结电阻值的大小的方式来降低RC 时间常数，进而可以拓展信号的带宽B 。

R1LI图2频率响应仿真电路发光二极管(LED)的调制带宽是指器件在加载调制信号时，其所能承受的信号最大的频带宽带。

一般定义为，即在输入信号的幅度不变的情况下,LED 输出的交流光功率下降到某一低频参考频率值的一半时(-3dB 带宽)的频率就是LED的调制带宽B ⑷,LED 调制带宽是可见光通信系统信道容量和传输速率的决定因素,受到器件实际的调制深度、伏安特性等众多因素的影响“屈Of-3dB =( 1 )由公式(1)可以看出,LED 的调制带宽与其时间常数RC 和其载流子的寿命t 有关，且呈反比关系⑼，时间常数RC 和载流子的寿命t 越小,LED 的调制带宽就越大。

在Multisiml3中建立LED 等效电路并接入交流信号，仿真图如图2所示，并且通过改变PN 的结电阻R2的值，进而改变时间常数RC 的值，来仿真分析LED 的频率响应,得出调制带宽B 与时间常数RC 的关系。

频率脚应Device Parameter Sweep350LED 的频率响应曲线W.C0M 13.60M20 SOM 24.40M Frequency (Hz)28.00M 31.6OM 33.8QM 42.4GMPi.WZ).图32 LED 带宽对通信系统性能的影响公式(2),其中，C 为信道的容量或者最大的信息传输速率,B 为信道的带宽,S/N 为信噪比。

由香农公式［公式(2)］可知,信息的最大传输速率受系统带宽B 的影响，与带宽B 成正比，带宽B 越大，可以获得更高的数据传输速率,若带宽很小, 传输速率过大，只能牺牲信噪比作为代价，这样就会影响通信系统的传输性能。

C = Blong2(l + 晋)(2)通过光学仿真软件Optisystem7［10］对可见光通信(VLC)系统进行建模仿真，仿真图如图4所示。

VLC 系统包括发射部分、接收端和无线信道。

图4中发射部分包括随机序列发生器、非归零脉冲发生器、发光二极管(LED)；接收端包括光电探测器PIN,低通滤波器等，并辅以测量器件：眼图分析仪、光频谱分析仪、光时域分析仪、示波器来观察信号，分析系统的性能。

• 27•第8期黑龙江工业学院学报2019 年图4 LED 调制响应原理图仿真实验1。

将RC 时间常数和载流子的寿命t 均设置为le-008秒，通过改变全局参数，分别设置比特率为:10Mb/s,30Mb/s,50Mb/s 情况下进行仿真，得到的眼图如图5,图6,图7所示。

从图5,图6,图7 可以看出,数据传输的速率越高，眼图眼睛睁开越小，传输系统的性能就越差。

因为，带宽B —定的条件下，高的传输速率是要以牺牲系统性能为代价的。

图 5 10Mb/s仿真实验2。

将RC 时间常数和载流子的寿命t 均设置为le-009秒，通过改变全局参数，分别设置比特率为50Mb/s 、100Mb/s 、200Mb/s 情况下进行仿真，得到的眼图如图8,图9,图10所示。

从图8,图9,图10可以看出数据传输速率越高，眼图眼睛睁开越图 6 30Mb/s图 7 50Mb/s将图5,图6,图7与图8,图9,图10相对比, 结果可以发现,RC 时间常数为le -009秒,系统的• 28•第8期VLC系统中LED调制响应的研究与仿真2019年传输性能明显好于RC时间常数为le-008秒情况下的系统。

因为RC时间常数越小，调制带宽B 就越大，进而可以在达到更高的数据传输速率的情况之下,获得更好的系统传输性能。

图850Mb/s图9100Mb/s图10200Mb/s从以上的实验仿真分析可以发现:若要获得更高的数据传输速率，且不影响系统的传输性能,只有通过改变LED的调制带宽B来做到。

带宽B 越大，传输速率可以达到越高。

带宽B越大，系统的传输性能就越好。

小结通过建模仿真可以验证,LED的调制带宽B 与其时间常数RC和载流子的寿命t有关,且呈反比关系,时间常数RC和载流子的寿命t越小,LED 的调制带宽就越大。

LED的调制带宽影响通信系统的传输速率，带宽越大，系统的传输速率越高,带宽越大，系统的性能越好。

因此,可见光VLC通信系统性能的提高,可以通过设法提高发光二极管LED的带宽的方式来提高系统的数据传输速率和系统的性能。

参考文献[1]胡俊松.可见光通信收发模块的设计与实现[D].武汉:中南民族大学,2013.[2]迟楠.基于先进调制的高速可见光通信技术[J].中兴通讯技术,2014,20(6)：16-20.[3]迟楠.LED可见光通信技术[M].北京:清华大学出版社,2013：27-30.[4]朱石超，赵丽霞.适用于可见光通信的LED调制器件[J].中兴通讯技术,2014,20(6)：29-32.[5]赵婷,李洪祚，等.可将光通信中高阶调制格式研究[J].长春:长春理工大学学报(自然科学版),2013,36(5):105-107.[6]Shatalov M,Chitnis A,Koudymov A,et al.Differential carrier lifetime in AlGaN based multiple quantum well deep UV light emitting diodes at325nm[J].Japanese Journal of Applied Physics,2002,41(10B):LI146-LI14&[7]宋小庆，魏有财.VLC系统偏置电流对LED调制带宽的影响分析[J].红外与激光工程,2017,46(12).[8]蒋余成，刘智.基于LED的可见光通信系统预均衡技术研究[J]•长春:长春理工大学学报(自然科学版)，2017,40(3):94-97.[9]迟楠.LED可见光通信关键器件与应用[M].北京:人民邮电出版社,2015.[10]郭建强，高晓蓉，等.光纤通信原理与仿真[M].西安:西安交通大学出版社,2013:94-99.•29•第8期黑龙江工业学院学报2019年Simulation of LED Modulation Response in VLC SystemZhang Jing,Tao Binbin(Wanjiang University of Technology,Maanshan,Anhui243031,China) Abstract:The modulation response of light emitting diode(LED)in VLC systems has an important impact on the transmission rate and performance of the system.First,the equivalent circuit of light emitting diode (LED)is simulated by the Multisiml3circuit simulation software.And the simulation of frequency response is carried out to obtain the relationship between the LED modulation bandwidth and the LED time constant RC. Then,the visible light communication system is modeled and simulated by Optistem7,the eye pictures at different data transmission rates under different time constant RC conditions are obtained,and the influence of LED modulation response on the performance of the visible light communication system is analyzed.Key words:visible light communication；light-emitting diode(LED)；modulated bandwidth；transmission rateClass No.:TN929.12Document Mark：A(责任编辑:蔡雪岚)・30・。