基于室內(nèi)可見光的混合通信系統(tǒng)研究與設(shè)計.pdf

1、過去的十年間，多媒體設(shè)備的更新?lián)Q代促進(jìn)著室內(nèi)無線通信技術(shù)的發(fā)展。自2013以來，Wi-Fi（無線保真）連接技術(shù)迅猛發(fā)展，每天有超過50億臺的設(shè)備連接到了Wi-Fi，致使系統(tǒng)嚴(yán)重超負(fù)荷運(yùn)行。大量的無線設(shè)備使用會導(dǎo)致無線電頻譜的過度消耗。目前的無線通信標(biāo)準(zhǔn)將無法滿足未來十年室內(nèi)無線通信流量的巨大需求。如今，Wi-Fi占據(jù)著全球60％的流量，物聯(lián)網(wǎng)通信安全和頻譜擁擠將會是未來通信發(fā)展所面臨的兩大挑戰(zhàn)。因此，我們迫切需要一種經(jīng)濟(jì)、安全而快速的無

2、線通信媒介。值得引人注意的是，可見光通信所提供的頻譜可以是無線電頻譜的幾千倍。利用可見光進(jìn)行室內(nèi)通信，可以解決頻譜擁擠的挑戰(zhàn)和對高速傳播媒介的需求。實踐證明，通過可見光通信方式可以使得用戶在網(wǎng)絡(luò)擁擠的情況下依然能達(dá)到數(shù)百M(fèi)B的數(shù)據(jù)傳播速率。
　　德國物理學(xué)家Harald Haas教授引入了一種新的技術(shù)，稱之可見光無線通信(Li-Fi)。Li-Fi（光照上網(wǎng)技術(shù)）是一種無線通信系統(tǒng)，利用可見光代替?zhèn)鹘y(tǒng)的無線射頻Wi-Fi作為信號載體

3、。Li-Fi是一種利用發(fā)光二極管無線傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)。Li-Fi目前也是最具前景的一項技術(shù)之一，它能實現(xiàn)高速率和高容量地進(jìn)行通信。這與5G（第五代）技術(shù)的最終目標(biāo)是一致的。盡管可見光通信有很多優(yōu)點(diǎn)，但是它也存在一定的局限性，例如，上行問題，強(qiáng)光或弱光影響使用問題，建筑物遮蓋限制使用等問題。此外，可見光通信Li-Fi/VLC（光照上網(wǎng)技術(shù)／可見光通信）需要有強(qiáng)大的系統(tǒng)實現(xiàn)其高速的回程連接。
　　本論文核心的部分是提出了室內(nèi)可見光混合通

4、信系統(tǒng)。該混合系統(tǒng)的提出，能夠解決室內(nèi)可見光通信兩大系統(tǒng)級問題。一方面，該系統(tǒng)通過服務(wù)商回程網(wǎng)絡(luò)為室內(nèi)通信提供高速、高容量的回程連接?；诠饫w系統(tǒng)的相干無線電OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)非常經(jīng)濟(jì)實用，它能夠為完成光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的仿真分析，以及利用不同的調(diào)制技術(shù)和不同的組件對系統(tǒng)性能進(jìn)行分析。除此之外，我們對實驗做了軟件建模，對比測試室內(nèi)環(huán)境下內(nèi)可見光和光纖通信的性能。另一方面，該系統(tǒng)能夠通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上行連接，而且，能夠在沒有可見

5、光作為通信介質(zhì)的情況下切換通信頻道。為了實現(xiàn)上行連接和信道切換功能，我們提出了“信道自動切換單元ACSU(Auto Channel Switching Unit)”這一解決方案。該單元的主要作用是，在可見光信道關(guān)閉或者變?nèi)醯那闆r下，切換流量到Wi-Fi信道。我們在Xilinx ISE(可編程邏輯設(shè)計)中進(jìn)行了切換單元的場景模擬，通過實際實驗對室內(nèi)無線光纖線通信的Wi-Fi信號進(jìn)行了性能測試。實驗結(jié)果表明，混合通信系統(tǒng)能夠解決室內(nèi)可見光通