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井下白光LED无线通信系统研究

李鑫  
【摘要】:随着白光LED发光二极管技术的不断成熟和发展,它所具有的节能环保、发光亮度高、使用寿命长、能够对抗电磁干扰等诸多优点,已经得到了人们越来越多的关注,并且得到了非常广泛的应用。白光LED无线通信技术是随着白光LED发光二极管技术的发展所新兴的一种结合了照明和无线通信双重作用的新技术,而白光LED无线通信在井下的应用则是一个全新的领域。由于井下环境复杂,存在严重的粉尘,并且要实现系统上下链路的双向通信,这些都对白光LED无线通信技术提出更高的要求。 本文在现有白光LED无线通信技术的基础上,将白光LED无线通信技术应用到了井下这个全新的环境当中,针对井下的实际环境,提出了井下白光LED无线通信系统的具体实现方案,分析了井下白光无线通信的优缺点和井下白光照明的光照度分布情况,研究了井下白光无线通行系统的信道环境,此外还针对井下白光通信的上下链路的不同特点,采用了不同的调制方案,并对不同的系统模型和调制方案进行了分析和研究。 由于井下环境中存在严重的粉尘,所以对井下通信信道的分析不能沿用现有的室内白光通信系统的信道模型,不仅需要考虑反射作用对光强的衰减,而且要考虑井下粉尘导致的光的散射所引起的信号的衰减。因此,本文将基于定点的无线迭代算法和米氏散射原理应用到了井下信道的研究中,建立了井下的信道模型,研究了井下通信信道的信道脉冲响应的具体算法,并对其进行了相应的仿真,得到了井下信道的信道脉冲响应分量。另外,针对井下无线通信上下行链路不同的信道特点,分别采用了SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access)和ACO-OFDM(Asymmetrically Clipped Optical-Orthogonal Frequency Division Multiplexing)及PAM-DMT(Pulse Amplitude Modulation-Discrete Multiple Tone)三种调制方式进行了对比仿真,实现了上下链路的双向通信,大大减轻了多径干扰对无线光通信的影响,改善了系统的性能。 仿真实验结果表明,将白光LED照明设备应用到井下通信当中,不仅能够实现无线通信的目的,而且还能提高井下的照明水平,改善井下的工作环境,并且将上下链路不同的调制方式应用到井下信道中,不仅提高了整个链路克服多径效应的能力,还能够降低下行链路接收信号的误码率并简化上行链路发射设备的复杂度。


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