基于摄像头的MIMO可见光无线通信系统-通信与信息系统专业论文.docx

万方数据 万方数据 南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 研究生签名： 日期： 南京邮电大学学位论文使用授权声明 本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文 档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索； 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。 涉密学位论文在解密后适用本授权书。 研究生签名： 导师签名： 日期： 摘要 白光 LED（Light Emitting Diode）具有寿命长、光照强、功耗低、电光转换效率高、对 人眼无伤害、调制特性好等诸多优点，被公认为是新一代绿色照明光源。可见光通信（Visible Light Communication, VLC）就是白光 LED 与通信技术相结合的产物。它的原理是将电信号 调制到白光 LED 上，利用 LED 发出的人眼无法察觉的高速明暗闪烁信号来进行信息的传 送。在 VLC 系统中，白光 LED 兼具通信和照明双重功能，是一种全新的无线通信接入方 式。 目前，VLC 技术的研究中还有很多问题尚未解决。本文主要从可见光通信系统的接收 端入手，针对基于光电二极管接收信号的现有系统所存在的光源布局及多径干扰等问题， 用摄像头替换原有光电二极管进行信号接收。同时，将多输入多输出（ Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）技术引入到更改接收机制后的系统中。本文的主要工作内容如下： 首先，充分调研可见光无线通信的研究现状，探索白光 LED 的发光原理及特性，分析 可见光通信的信道链路组成及信道特性，深入理解 VLC 系统的工作原理，找出现有研究中 存在的问题。 然后，研究可见光并行通信系统及 VLC 系统接收机制。一方面深入研究传统的 VLC 并行通信系统工作原理；另一方面，探索基于光电二极管的光信号接收器的构成及技术要 求，详细分析图像传感器的接收原理，提出基于摄像头的新的接收机制。同时，将 MIMO 技术引入其中，提出基于摄像头的 MIMO 可见光无线并行通信系统。 最后，设计出了一种基于摄像头的 MIMO 可见光无线并行通信系统。同时还对此系统 进行了模拟仿真实验，并提出了一套图像处理算法对接收端采集的信号进行处理。发射端 通过编程模拟出 n 个发射光源，分别发射 n 路不同的码流。接收端用摄像头来采集无线信 号，对采集到的信号使用图像处理技术来识别各个传输通道的信息，并进一步恢复出 n 路 码流。 实验结果表明，实验中出现的少量误码均可被正确纠正，发送端发送的信号码流在接 收端均可被正确地恢复出来。所提出的系统通过更改信号接收机制，规避了基于光电二极 管接收信号的现有系统中所存在的光源布局与同步难题及多径干扰问题。论文提出的多通 道信号传输与接收的方式，提高了光源利用率，因其可操作性而具有实用价值。 关键词: 可见光通信，摄像头，图像处理，多输入多输出，白光 LED I Abstract The white LED has the advantages of longer life, strong illumination, low power consumption, high electro-optical conversion efficiency, no harm to human eyes, good modulation and so on, and it is recognized as the new generation of green lighting source. Visible Light Communication (VLC) is the product combining white LED and communication technology. Its principle is modulating electrical signal onto white LEDs, and transferring the visible light data using the high speed twinkling signal whi