LED可见光通信开题报告

武汉工业学院学生毕业设计（论文）开题报告表为二进制OOK(开关键控)编码。

但由于OFDM可以有效地对抗多径传播所造成的符号间干扰，其实现复杂度比采用均衡器的单载波系统小很多。

因此采用OFDM调制技术具有良好的发展前景。

2.LED驱动设计因为LED正向伏安特性非常陡(即正向动态电阻特别小)，于是给LED供电不会像普通白炽灯那样直接用电压源供电，否则电压波动稍微增大，电流就会急剧增大到将LED烧毁的程度。

因此为了能够稳定LED的工作电流，保证LED能够正常并稳定地工作，各种各样的LED驱动电路就应运而生。

在LED可见光通信中，由于几百兆的数据传输速率，要求LED 光源急速点亮与熄灭，必需考虑LED的响应时间，这也对LED驱动电路提出了更高的要求。

3.LED伏安特性由前节我们已经知道了LED具有普通二极管的伏安性，可分为工作区、正向死区、截止区和击穿区四个区。

为了使LED能够达到正常发光的目的，就要保证能够使他的状态稳定在工作区。

4.LED调制特性白光LED的响应时间通常在纳秒级，因此，白光LED可以达到极高的调制速率，这也是LED在可见光通信受到欢迎的原因。

白光LED的最大调制速率是指在一定的调制方法下，LED 输出的光亮度降低至某一个低频参考值的二分之一时刻的频率。

据实际经验知道，不同的LED调制速率是不同的，他基本由LED本身的特征决定。

在LED上通过较低的电流时结电容是限制调制速率的主要原因，也就是零偏压情况下LED的电容值。

而当偏置电流逐渐提高时，这时调制速率就基本由注入到有源区的载流子的寿命来确定。

LED的另一个参数值响应时间也需要我们考虑。

响应时间是用来描述LED亮度随开关闭合反应快慢的。

响应时间我们可以定义为LED由点亮到熄灭或由熄灭到点亮所延迟的时间的长短。

上升时间t1表示LED的由熄灭到点亮时间用的时间也就是指从闭合开光从发光亮度上升到额定功率的10%开始计时直到亮度达到额定功率的90%所需要的时间。

同理，下降时间t2是指LED由发亮到熄灭时间定义为LED由正常点亮，断开开关后，亮度降至额定功率10%所需要的时间。

通过上面分析可以知道在可见光通信系统中信息的高速传播会受到LED的响应时间影响，因此必须能选用合适的LED以符合通信需要的要求，而且在设计LED驱动电路时，也必须考虑怎么样设计才能在最大程度上缩短LED的响应时间。

5.LED驱动电路为满足照明要求LED能够稳定工作，而且必须有很高的开关速率才能兼顾通信。

设计了高速调制驱动电路图如图3-5所示。

晶体管BG l和BG 2组成发射极藕合开关，给LED支路提供稳定的驱动电流。

该电路开关速率更高，理论上可实现传输速率1OO Mb/s，能达到LED 可见通信系统的要求。

C为加速充电放电容，与电感L目的都是为了提高开光速率。

综上分析可以看出，对白光LED调制驱动电路的总的要求是:(1)输出尽可能大的稳定光功率。

输出光功率越大，信号光可传输的距离越长，系统覆盖范围越广。

(2)电路的频带宽度能够覆盖传送电信号的频谱范围，信号具有尽可能小的非线性失真。

在电路的布线方面，由于白光LED通信系统中，信号光谱在可见光波段，并且系统工作在高频情况下，因此发射电路的设计与红外光通信不同。

根据实验的经验，总结出电路设计中要注意以下问题:(1)阻抗匹配问题:比如在我们设计的分压式共射极形式的白光LED的驱动电路中，基极分压电阻分别为3 KSZ和1 KSa时调制电路和驱动电路将达到最佳的电阻匹配，此时调制信号在电路中的反射也会达到最少，也就是说阻抗匹配的时候，信号传输最好，信号畸变最小。

如果电路没有实现很好的阻抗匹配，将会观察到很严重的信号失真。

(2)藕合方式选择:调制信号和驱动电路部分采用电容祸合方式，目的是保持白光LED的静态工作电流不受前面放大电路的影响。

(3)偏置电流的大小:偏置电流大小取决于白光LED静态工作点的选择。

实验中首先测量了白光LED的P-I特性，确定了其正常发光时的线性工作区域。

设置偏置电流的大小等于这一特性曲线线性部分中点对应的电流值，并控制调制信号的峰值位于LED工作P-I特性的线性范围内，否则将产生信号波形的失真。

(4)器件选择方面:由于电路是高频电路，器件的寄生的电感电容对整个电路的影响比较大，所以选择器件时候尽量选择寄生电感和寄生电容小的高频器件，对阻抗要求敏感的地方要选择精度高的器件。

(5)供电方面:对电信号处理电路和白光LED驱动调制电路进行独立供电，并采用专门的供电芯片，可以保证调制驱动电路有非常稳定的工作电压，大大减少了电源的浮动引起的噪声和电源开关瞬间对调制驱动电路的冲击，非常好的保护了这个电路系统。

(6)电路布局:电源、地等要采用平面的形式来减少信号间的电磁干扰，在必须用线走的时候尽量的粗且尽量的短，并且在每个电源的供电引脚出要加上一个或者多个滤波电容，使得进入调制驱动电路的电源更加干净、稳定。

电源通过0.O1}F和扭F的电容接地，可以滤除低频和高频噪声干扰。

(7)信号线走线:信号线应尽量的短，拐弯的地方尽量采用非直角拐弯来减少电磁辐射，高频信号线之间要保持一定的距离，防止信号的串扰。

6.可见光接收电路设计在白光LED通信系统中，光接收机的主要任务是以最小的附加噪声及失真，恢复出经由无线光信道传输后光载波所携带的信息，因此光接收机的输出特性综合反映了整个可见光通信系统的性能。

本节将从光电探测器的选择出发，从电路噪声特性和接收机带宽设计角度研究光接收机的前端放大电路设计方案。

可见光接收电路组成:白光LED照明光源通信系统有模拟和数字两大类，光接收机相应也有两大类，即模拟接收机和数字接收机。

如图(3-6 )所示为可见光接收机的组成框图，它们均由光探测器、低噪声前置放大器及其它信号处理电路组成，是一种直接检测方式。

相对于模拟光接收机，数字接收机更复杂，在主放大器后还有均衡滤波、定时提取与判决再生、峰值检波与AGC 放大等电路。

为了和输入及输出电路有良好的阻抗匹配，组件内还需配置阻抗匹配网络。

为了使光电二极管正常稳定工作，还需配置直流偏置电路。

7.基于白光LED的宽带信号调制传输系统实验本论文选用来自不同生产厂商已经商品化的用作普通照明光源用途的白光LED，利用我们设计的电路，首先在实验室内对其分别进行5 MHz和l0 MHz调制，并对调制光信号进行了接收，观察了高速调制情况下信号的传输接收效果，实验原理图如图( 3-11)所示。

三、总结与未来展望1.全文总结无线光通信技术是一种宽带无线接入技术，是光通信技术和无线通信技术相结合的产物，它以光信号为载体，通过大气空间传送信息。

当前国际上有几种不同的无线光通信技术:自由空间通信(Free Space Optical Communication, FSO )、室内红外通信和可见光通信。

FSO利用波长为850 nm或1550 nm的红外光以及650 nm的红光，发射光源为LD或LED，室内红外通信主要是基于LED红外光，而可见光通信技术则是利用LED可见光(包括红色LED、绿色LED、白光LED辐射光)。

本文则主要研究了基于白光LED可见光通信技术，建立并分析了基于白光LED照明光源的可见光通信技术在实际应用领域中的系统组成与结构，并研究了其实现所面临的关键问题。

基于白光LED的物理特性和发光特性的研究，研究和设计了白光LED的驱动调制电路和可见光接收电路，建立并研究了可见光无线传输信道，并就可见光通信系统的整体设计做了详细分析，讨论了可见光通信技术整体设计中若干关键问题，并得出以下结论:(1)通过优化电路设计，目前己经商品化的用作照明目的的白光LED可以用作通信光源，并可对其实现10 MHz的信号调制，白光LED在提供稳定室内照明的同时有望作为未来宽带数据接入的信号光源。

(2)通过建立分析信道传输模型，计算了白光LED照明光源通信信道参数，合理设计LED 光源的光功率朗伯分布、增加光学透镜折射率、减小接收机视角均可以增加光电探测器的有效接收面积，从而提高信道传输增益。

(3)合理选择和设计光电探测器电路以及前置放大电路，以及设计合适的光学接收系统，实现了对LED白光调制信号的最佳接收。

(4)改变光脉冲的编码方式、使用正交频分复用技术、优化接收端光学系统设计均可降低室内VLC系统中多径传播引起的码间串扰对通信性能的影响。

(5)改变光脉冲的调制方式、接收端采用成像式光学接收系统均可在不同程度上实现对背景光信号的抑制。

(6)对于漫射VLC系统，系统的工作速率依赖于光发射机和接收机视角以及码间串扰的影响，系统设计中必须考虑接收机视角大小的选择问题，经过计算分析可以看出室内VLC系统中接收机FOV的选取范围一般为40500 o综上，本设计的创新性可以归结为以下几个方面:(1)系统全面地对白光LED照明光源通信系统做了深入研究与分析，给出了室内可见光通信系统设计过程中信道模型及其参数、室内LED光源布局、室内光强和接收光功率分布、可见光通信的接收机信噪比的分析计算过程。

(2)从白光LED照明光源通信技术的物理实现角度，对已商品化的不同厂商用于普通照明目的的白光LED的高速调制特性进行了研究，通过优化电路设计，对其实现了10 MHz的带调制。

(3)研究和设计了用于接收可见光载波信号的宽带接收电路，并实现了基于单颗白光L 的宽带信号调制传输实验，利用可见光载波，实现了音频调频信号的短距离传送。

(4)分别从电学和光学角度，从理论上研究分析了白光LED照明光源通信系统中抑制码串扰、背景光噪声的不同方案。