人眼不可感知的可见光通信关键技术研究
发布时间：2023-06-17 22:15
可见光通信(Visible Light Communications,VLC)技术作为一种新兴无线传输技术,因其广阔的频谱资源、无电磁干扰、安全且可兼顾照明与通信等优点广受关注并迅速发展。VLC利用380 nm-760 nm波长的可见光进行通信,通信时会引起晃眼、闪烁等令人不适的感觉,导致VLC在照明受限的场景(如昏暗的卧室、影院)中不能应用。因此,与基于RF的通信技术(如Wi Fi)相比,目前VLC不是一个“永远在线”(“Always-on”)的通信技术。通信光导致人眼不适的问题是VLC发展的阻碍之一。本文提出人眼不可感知的可见光通信(Imperceptible VLC,iVLC)的概念,研究iVLC系统关键技术,致力于实现“Always-on”VLC系统。在一般照明通信场景下,通过兼顾照明和通信的多种技术,下行VLC可以做到对人眼无闪烁影响。但是对于照明受限场景,VLC通信会引起晃眼问题。因此,通俗地描述目前状况,即为:灯灭了,VLC通信就断了。上行VLC也会引起晃眼问题,目前一般的解决方案是采用RF、红外作为上行通信链路。2016年美国达特茅斯学院研究团队的实验证明,可以在看似无...
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
英文缩略词
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 可见光通信研究现状
1.2.2 可见光通信对视觉的影响研究现状
1.2.3 心理物理学在光电系统的应用研究现状
1.3 论文的主要内容及组织结构
第2章 心理物理学、光学及VLC收发元件基础
2.1 心理物理学理论
2.1.1 Weber定律和Fullerton& Cattell定律与最小可觉差
2.1.2 Talbot-Plateau定律和Bloch定律与闪烁融合阈值
2.1.3 Fechner定律和Stevens定律与心理感知量
2.2 人类视觉系统
2.2.1 人眼结构及光学过程
2.2.2 视网膜感光细胞种类及功能
2.2.3 明视觉、暗视觉和中间视觉
2.3 光学度量
2.3.1 辐射度量
2.3.2 光谱光视效函数
2.3.3 光度量
2.4 VLC收发元件原理
2.4.1 LED发光原理
2.4.2 光电检测器接收原理
2.5 本章小结
第3章 基于JID的人眼不可感知的VLC
3.1 引言
3.2 最大不可觉差
3.2.1 最大不可觉差的通用刺激形式
3.2.2 最大不可觉差的光亮度形式
3.2.3 最大不可觉差的发光出射度形式
3.3 iVLC系统二维特征信道模型
3.3.1 iVLC光感知子系统
3.3.2 iVLC通信子系统
3.4 iVLC系统的LED平均发射功率界
3.4.1 LED平均光功率上界
3.4.2 LED平均光功率下界
3.5 iVLC系统性能分析
3.5.1 BER性能
3.5.2 平均发射功率可行域
3.5.3 通信速率
3.6 本章小结
第4章 iVLC系统中同步、检测及辅助信号增强技术
4.1 引言
4.2 iVLC系统同步技术
4.2.1 定时偏差及采样时钟偏差
4.2.2 iVLC系统帧同步方法
4.2.3 基于PPM符号特性的同步方法
4.3 iVLC系统同步技术仿真分析
4.4 iVLC系统检测技术
4.4.1 脉冲能量阈值检测
4.4.2 上升沿检测
4.4.3 PPM符号检测
4.5 iVLC系统检测技术仿真分析
4.6 iVLC系统中使用反射镜辅助的信号增强方法探讨
4.6.1 反射镜辅助的iVLC二维特征信道模型
4.6.2 反射镜辅助的iVLC系统仿真性能及待研究的问题分析
4.7 本章小结
第5章 iVLC系统中DNN辅助算法
5.1 引言
5.2 深度神经网络简介
5.3 DNN模型
5.3.1 ANN与 DNN结构
5.3.2 DNN的模型及关键技术
5.4 iVLC二维特征多次反射信道模型
5.4.1 iVLC光感知子系统信道模型
5.4.2 iVLC通信子系统信道模型
5.5 DNN辅助的iVLC系统的LED平均功率界
5.5.1 两种光感知场景的iVLC平均发射光功率上界
5.5.2 基于DNN的 iVLC系统平均发射光功率下界
5.6 MQK-DNN-HPPC
5.7 基于MQK-DNN-HPPC的 iVLC通信系统性能分析
5.7.1 收敛性分析
5.7.2 BER性能
5.7.3 平均发射功率可行域
5.7.4 同步性能
5.7.5 通信速率
5.7.6 最大上行链路数
5.8 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
作者简介及在攻读博士期间取得的科研成果
致谢
本文编号：3834242
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
英文缩略词
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 可见光通信研究现状
1.2.2 可见光通信对视觉的影响研究现状
1.2.3 心理物理学在光电系统的应用研究现状
1.3 论文的主要内容及组织结构
第2章 心理物理学、光学及VLC收发元件基础
2.1 心理物理学理论
2.1.1 Weber定律和Fullerton& Cattell定律与最小可觉差
2.1.2 Talbot-Plateau定律和Bloch定律与闪烁融合阈值
2.1.3 Fechner定律和Stevens定律与心理感知量
2.2 人类视觉系统
2.2.1 人眼结构及光学过程
2.2.2 视网膜感光细胞种类及功能
2.2.3 明视觉、暗视觉和中间视觉
2.3 光学度量
2.3.1 辐射度量
2.3.2 光谱光视效函数
2.3.3 光度量
2.4 VLC收发元件原理
2.4.1 LED发光原理
2.4.2 光电检测器接收原理
2.5 本章小结
第3章 基于JID的人眼不可感知的VLC
3.1 引言
3.2 最大不可觉差
3.2.1 最大不可觉差的通用刺激形式
3.2.2 最大不可觉差的光亮度形式
3.2.3 最大不可觉差的发光出射度形式
3.3 iVLC系统二维特征信道模型
3.3.1 iVLC光感知子系统
3.3.2 iVLC通信子系统
3.4 iVLC系统的LED平均发射功率界
3.4.1 LED平均光功率上界
3.4.2 LED平均光功率下界
3.5 iVLC系统性能分析
3.5.1 BER性能
3.5.2 平均发射功率可行域
3.5.3 通信速率
3.6 本章小结
第4章 iVLC系统中同步、检测及辅助信号增强技术
4.1 引言
4.2 iVLC系统同步技术
4.2.1 定时偏差及采样时钟偏差
4.2.2 iVLC系统帧同步方法
4.2.3 基于PPM符号特性的同步方法
4.3 iVLC系统同步技术仿真分析
4.4 iVLC系统检测技术
4.4.1 脉冲能量阈值检测
4.4.2 上升沿检测
4.4.3 PPM符号检测
4.5 iVLC系统检测技术仿真分析
4.6 iVLC系统中使用反射镜辅助的信号增强方法探讨
4.6.1 反射镜辅助的iVLC二维特征信道模型
4.6.2 反射镜辅助的iVLC系统仿真性能及待研究的问题分析
4.7 本章小结
第5章 iVLC系统中DNN辅助算法
5.1 引言
5.2 深度神经网络简介
5.3 DNN模型
5.3.1 ANN与 DNN结构
5.3.2 DNN的模型及关键技术
5.4 iVLC二维特征多次反射信道模型
5.4.1 iVLC光感知子系统信道模型
5.4.2 iVLC通信子系统信道模型
5.5 DNN辅助的iVLC系统的LED平均功率界
5.5.1 两种光感知场景的iVLC平均发射光功率上界
5.5.2 基于DNN的 iVLC系统平均发射光功率下界
5.6 MQK-DNN-HPPC
5.7 基于MQK-DNN-HPPC的 iVLC通信系统性能分析
5.7.1 收敛性分析
5.7.2 BER性能
5.7.3 平均发射功率可行域
5.7.4 同步性能
5.7.5 通信速率
5.7.6 最大上行链路数
5.8 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
作者简介及在攻读博士期间取得的科研成果
致谢
本文编号：3834242
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