基于LED的可见光通信系统通过LED照明器件发出的高速明暗可见光信号来传输信息,在满足日常照明要求的同时,可以实现高速的无线数据传输。与传统的无线射频通信系统相比,可见光通信(本文后续提到的可见光通信均指LED可见光通信)系统使用波长介于380 nm至780 nm的可见光。该系统具有抗干扰能力强、光谱频段宽、通信速率高、无电磁干扰、安全保密性好、无需频谱许可证等诸多优点,较无线红外和紫外通信系统具有信号功率高、无健康安全威胁等优势,已经成为当前的研究热点之一。本文研究可见光通信的关键问题之一——链路问题。如果按照光发射-接收的时间顺序,可见光链路包括可见光通信光源,可见光传输和可见光接入三个部分。论文的工作主要包括以下几点。1.可见光通信链路的传输段,主要包括干扰和噪声两方面问题。本文结合泊松随机网络理论和可见光信道模型,研究分析了可见光通信的信道特性,提出了不同环境下信道模型的解析表达式。结合背景光噪声特性的实际数据分析,提出了基于Hilbert-Huang变换的太阳光噪声抑制方法。研究了可见光通信系统数据传输速率和通信距离的变化特性,并根据该特性设计了实时调整数据传输速率的传输方法。结合泊松随机网络理论,本文给出了可见光信道信干噪比期望的近似表达式,同时还对可见光接收信号的近似概率分布进行研究,提出了可见光信号接收功率,可见光干扰功率,可见光平面多径反射功率等多种重要信道参数的近似概率分布表达式。利用可见光信道模型设计搭建实验平台,测量分析了可见光通信信道中背景光噪声的功率谱分布特性和时间变化特性,以及可见光信号到达接收端的功率近似概率分布特性。基于这些实验测量数据提出了基于Hilbert-Huang变换的太阳光噪声抑制方法,有效降低了太阳光噪声对于信息传输的影响;研究了可见光通信系统数据传输速率和通信距离的变化特性,并根据该特性实时调整数据传输速率,提高了室外可见光通信系统的可靠性。2.可见光通信链路的光源段。本文研究了LED光源阵列的设计问题,研究了基于指向角和光源波束角的通信性能优化方法,根据通信与照明的性能度量,设计单个白光LED、两个白光LED,以及包含多个白光LED的光源阵列的光源布局方式,并结合实验测量数据研究分析了室内LED光源阵列的通信性能,研究了基于LED光源阵列指向角和光源波束角的优化技术。该技术可以通过改变LED信号光源的指向角调整特定区域的数据传输速率,在满足室内全方位、全覆盖照明需求的同时,提高室内可见光通信系统接收平面给定区域内的数据传输速率和信噪比。3.可见光通信的接入段,本文提出了基于RGB三基色LED阵列信号光源的无线接入技术。基于可见光信号不能穿透墙壁传播和LED信号光源的覆盖区域较小的特点,结合红绿蓝三基色白光LED照明器件的光谱特性,本文采用空分波分结合复用技术,提出了适用于RGB三基色LED阵列信号光源的无线接入技术,在满足室内外照明标准要求的同时,实现多用户的无线接入和高速数据传输。该技术不会干扰现有的射频通信网络,单个区域内多个用户间并不存在信号干扰,而且由于单个LED信号光源的覆盖区域较小,仅存在较小的无线接入干扰。