【摘要】：隨著LED燈性能的不斷提升與應(yīng)用的不斷拓展,采用高頻開關(guān)的LED作為光源的可見光通信技術(shù)日趨成熟。白光LED燈在照明狀態(tài)下傳輸數(shù)據(jù)�？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)具有光譜資源豐富,LED燈響應(yīng)靈敏度高,節(jié)能環(huán)保,通信安全等優(yōu)點(diǎn)。緩解了現(xiàn)有無線通信中存在的頻譜資源緊張問題。基于以上研究?jī)r(jià)值,本文研究設(shè)計(jì)了基于FPGA的可見光通信系統(tǒng)。本文主要對(duì)白光LED在兩臺(tái)電腦之間傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。首先掌握了可見光通信系統(tǒng)的研究背景與研究意義和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,其次對(duì)光源白光LED和光探測(cè)器PIN的原理和特性進(jìn)行深入分析,LED的特性包括伏安特性、調(diào)制特性、光譜特性、輻射特性。通過對(duì)可見光通信的鏈路和信道分析,本系統(tǒng)確定采用定向視距鏈路,強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè)技術(shù)(IM/DD)。對(duì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案所涉及的通信協(xié)議,2FSK調(diào)制解調(diào)方法和開發(fā)工具FPGA進(jìn)行深入分析,作為后續(xù)調(diào)制解調(diào)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。接下來對(duì)系統(tǒng)軟件和硬件做具體設(shè)計(jì),系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用FPGA對(duì)PC端發(fā)送的異步串行數(shù)據(jù)進(jìn)行2FSK調(diào)制解調(diào)。調(diào)制解調(diào)器包括分頻模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、調(diào)制模塊、解調(diào)模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、顯示模塊共六大模塊。其中分頻模塊對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻得到fs,f0,f1,f2,ftb五種頻率。其中fs為數(shù)據(jù)接收模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊提供接收發(fā)送時(shí)鐘,f0為調(diào)制模塊基波頻率,f1,f2為調(diào)制模塊載波頻率。ftb為顯示模塊時(shí)鐘頻率。數(shù)據(jù)接收模塊的功能是完成對(duì)異步串行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確接收。調(diào)制模塊的功能是將二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行2FSK編碼。解調(diào)模塊的功能是將2FSK信號(hào)解調(diào)成二進(jìn)制數(shù)據(jù)。顯示模塊顯示接收模塊的數(shù)據(jù),從而直觀的驗(yàn)證接收模塊已正確接收異步串行數(shù)據(jù)。解調(diào)模塊的數(shù)據(jù)也通過顯示模塊顯示,從而驗(yàn)證解調(diào)模塊已實(shí)現(xiàn)解調(diào)2FSK信號(hào)的功能。發(fā)送模塊的功能是將解調(diào)的數(shù)據(jù)發(fā)送到PC接收終端。硬件設(shè)計(jì)包括發(fā)射端和接收端電路設(shè)計(jì)。發(fā)射端的LED驅(qū)動(dòng)電路完成直流驅(qū)動(dòng)LED正常工作并把交流信號(hào)加載到直流偏置電流中的功能。接收電路的功能是將檢測(cè)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),此時(shí)的電信號(hào)為非常微弱(μA數(shù)量級(jí))的電流信號(hào),需要把該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并放大,達(dá)到TTL電平判定的范圍。接收端電路包括前置放大電路,低通濾波電路和主放大電路。系統(tǒng)采用ISE軟件進(jìn)行程序編寫以及調(diào)試,通過專業(yè)EDA仿真工具M(jìn)odelSim對(duì)調(diào)制解調(diào)器的六大功能模塊進(jìn)行波形仿真,通過分析信號(hào)波形驗(yàn)證各模塊實(shí)現(xiàn)期望的功能。采用示波器觀察信號(hào)在各環(huán)節(jié)的波形,分析驗(yàn)證軟硬件端的功能。首先觀察FPGA開發(fā)板出來的調(diào)制信號(hào),驗(yàn)證其完成2FSK調(diào)制功能,其次觀察光電轉(zhuǎn)換后的波形,分析波形參數(shù)的變化以及失真度,采取相應(yīng)補(bǔ)償措施并觀察處理后的波形是否消除失真。最后觀察FPGA解調(diào)通路的波形,驗(yàn)證其完成解調(diào)功能。在對(duì)軟硬件功能都測(cè)試完成后,采用PC端的串口助手作為信源和信宿對(duì)可見光通信系統(tǒng)進(jìn)行整體驗(yàn)證。本文設(shè)計(jì)的基于FPGA的可見光通信系統(tǒng)能夠達(dá)到預(yù)期的在兩臺(tái)PC之間傳輸數(shù)據(jù)的目的。綜上所述,首次提出采用2FSK進(jìn)行信號(hào)調(diào)制解調(diào)的思想,對(duì)照明光傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的信道特點(diǎn)、白光LED和PIN光電探測(cè)器的原理以及特性、異步通信的信號(hào)采樣方式進(jìn)行了深入的研究。分析認(rèn)為,傳統(tǒng)光纖通信中直接采用0、1碼控制光源通斷來承載數(shù)據(jù)時(shí),當(dāng)連續(xù)傳輸0時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響光照強(qiáng)度,提出通過雙頻信號(hào)分別承載0、1來實(shí)現(xiàn)既能照明同時(shí)又能傳輸數(shù)據(jù)的新型VLC信號(hào)2FSK調(diào)制的思路。提出了通過16倍速率進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣以解決異步通信相位不匹配的問題。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案,提出了當(dāng)數(shù)據(jù)收、發(fā)兩端時(shí)鐘不同步時(shí)的解決方案。利用FPGA技術(shù)進(jìn)行了信號(hào)調(diào)制與解調(diào)制設(shè)計(jì),同時(shí)對(duì)光電轉(zhuǎn)換與接收電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。編寫了實(shí)現(xiàn)VLC信號(hào)2FSK調(diào)制的VHDL程序,系統(tǒng)在Xilinx公司的ISE開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行編程,經(jīng)ModelSim軟件仿真,最后將生成的位流文件下載到Spartan XC3S100E芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)制收發(fā)試驗(yàn),系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)效果。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN929.1

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭玲;陳金鷹;嚴(yán)丹丹;史鏡名;;LIFI技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)+的應(yīng)用[J];通信與信息技術(shù);2016年02期

2 宋其巖;趙陽;劉福有;楊婧;;基于大功率白光LED的可見光通信[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2015年13期

3 張晨亮;蘇學(xué)軍;王文;畢濤;;基于白光LED的可見光通信系統(tǒng)研究[J];光通信技術(shù);2015年05期

4 李力;丁威;;LED可見光通信發(fā)射與接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];無線互聯(lián)科技;2015年09期

5 袁衛(wèi)文;蒯震華;呂振彬;;基于LED的高速可見光通信系統(tǒng)研究[J];微型機(jī)與應(yīng)用;2014年19期

6 孫志雄;謝海霞;;基于FPGA的FSK調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2014年09期

7 陳蕉容;黃紅斌;劉偉平;;基于可見光無線傳輸系統(tǒng)的通信接口設(shè)計(jì)[J];光通信技術(shù);2013年10期

8 王濤;;基于51單片機(jī)的LED可見光通信系統(tǒng)[J];電視技術(shù);2013年09期

9 王磊;趙冬娥;黨浩淮;;光電轉(zhuǎn)換放大電路的設(shè)計(jì)[J];伺服控制;2013年04期

10 郝立兵;;基于FPGA技術(shù)的RS232接口時(shí)序電路設(shè)計(jì)[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2012年11期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 向陽;可見光通信MIMO-OFDM關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2015年

2 楊欣華;可見光通信系統(tǒng)建模與實(shí)驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2015年

3 何勝陽;室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 曾會(huì);基于OFDM的室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)接收端實(shí)現(xiàn)[D];南京郵電大學(xué);2015年

2 盧圣睿;基于白光LED的可見光通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];大連海事大學(xué);2014年

3 薛曉滿;白光LED室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)研究[D];電子科技大學(xué);2014年

4 徐丹彤;基于白光LED的可見光通信系統(tǒng)中光接收發(fā)射器的研究與設(shè)計(jì)[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 徐子軒;基于LED照明系統(tǒng)的可見光無線通信系統(tǒng)研究[D];江南大學(xué);2012年

6 梅衛(wèi)平;基于白光LED的可見光通信系統(tǒng)的研究[D];中南大學(xué);2011年

7 張立;基于LED照明燈的室內(nèi)無線光通信雙工系統(tǒng)研究[D];江蘇大學(xué);2010年

8 于志剛;白光LED通信接收系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];暨南大學(xué);2009年

9 魏承功;基于白光LED的室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)研究[D];長春理工大學(xué);2008年

10 胡國永;基于LED的可見光無線通信關(guān)鍵技術(shù)研究[D];暨南大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：2369178