可见光通信中基于FPGA的信号处理技术研究与实现

作     者：王绪峰 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张民

授予年度：2014年

学科分类：0711[理学-系统科学] 07[理学] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0803[工学-光学工程] 

主      题：可见光通信 RS纠错码 以太网 多接收 

摘      要：白光LED作为第四代半导体照明光源,具有寿命长、光照强和能效高的特点,是未来国家大力推广的照明产品。同时,在无线频谱资源日益枯竭的大背景下,可见光波段具有400THz的带宽,而且无需申请频谱资源牌照,不存在电磁干扰,对人体无害等优点。随着LED制造工艺的提升,目前白光LED有着极高的响应灵敏度(微秒级),因此,可以用来传输高速数据。兼顾照明和室内通信的可见光通信成为近几年快速兴起的一种室内无线宽带接入技术,具有重要的研究价值和应用前景。 可见光通信(VLC)在国内还处于起步阶段,目前的研究成果主要集中在信道模型分析、调制方式等方面。对于纠错码技术和多接收技术在VLC中应用的研究几乎是一片空白,目前实现VLC系统的科研单位也屈指可数。将纠错码技术和多接收技术引入到VLC系统具有重要的意义。 本文提出了一种全双工可见光通信系统模型,阐述了常用的光通信调制技术(OOK、PPM和DPPM)和纠错码技术(Turbo码、LDPC码和RS码)。实现了OOK、PPM调制,通过对比分析,最终选择了2-PPM作为系统调制方式。 本文提出了基于PPM调制和RS纠错码的可见光通信系统方案。设计实现了基于伽罗华域GF(28)的乘法器和RS(160,128)纠错码,并利用Modelsim仿真工具验证了RS码的纠错性能。完成了有无RS码情况下的通信系统误码率测试,得出如下结论：使用RS纠错码的BER性能要明显优于无RS纠错码,在保证系统的正常传输误码率低于10-6时,无RS码时,传输距离可达1.5m;而在有RS码时,传输距离可增加至2.2m,效果非常的明显。在距离大于2.4m时,RS码不再起到纠错的作用。 本文提出了基于以太网的可见光通信系统方案。设计实现了MII控制器,包括MDIO接口控制、MAC与PHY之间数据传输模块、4B/5B编码和异步FIFO缓存器,并利用Modelsim仿真工具验证了MII接口的正确性。完成了720P高清视频的传输测试,传输速率10Mb/s,通信距离3.2m。 本文探讨了多接收技术引入VLC的价值,并对每接收机平均增益与接收机数量的关系、不同接收机下系统误码率分别进行了仿真。考虑到接收机的成本问题和误码率,提出了采用4接收作为最佳接收方案。