基于VLC的异构网络接入技术与通信系统研究

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可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术是继无线电磁波通信技术之后兴起的又一较为可靠的通信方式,它的产生源自于发光二极管(Light Emitting Diode,LED)在民用市场的普遍应用,使得只要有LED照明设施的地方就可以传输无线数据信号,为人们增加了一种常用场景下的便捷数据传输方式。当前,在室内基于可见光通信的融合异构网络中,光信道建模、上下链路的全双工通信、异构组网融合架构、最优网络决策、多用户群判决接入等关键技术都是VLC技术的核心研究方向,而如何根据用户的数据需求,并与当前网络性能相结合,从而在多个候选网络中提供最优网络接入,是当前需要考虑的重点问题。本文的主要内容描述如下:首先,本文阐述了VLC技术以及基于VLC构建的室内异构融合网络的研究背景与意义,介绍了该技术在国内外的研究现状,分析了室内可见光通信信道特性,包括直射链路特性和非直射链路特性。最后,分析了多网络动态切换的过程与判决方式,介绍了三种基于室内网络判决与选择的算法。其次,针对室内VLC异构网络架构中的网络动态接入问题,建立室内异构网络信道模型,在直射链路区域使用层次分析加权和算法计算出当前最佳接入网络,并使用指数标度建立比较判决矩阵,更符合人思维判断,更适用于基于用户体验质量(Quality of Experience,QoE)的异构网络接入判决。在非直射链路区域使用改进适应的匈牙利算法的分配方式,使其更适用于VLC室内场景的用户动态接入情况。通过与其他方案仿真对比,证明本文的方案能够显著减小整体的网络切换次数,同时可让用户接入当前位置下最优的网络,使用户QoE得到提升。最后,针对室内VLC异构网络特性,设计基于VLC+WiFi的室内异构网络通信硬件系统,首先阐述了该硬件的设计目的、具体实施方式以及可持续发展意义,并分别介绍了发射端、中继端以及接收端的系统设计原理和流程;其次,介绍了该系统的电路设计、元器件的选择、芯片的选择以及部分电路的计算,并展示了硬件电路PCB设计版图以及实物图;最后,对该硬件进行系统测试以及应用场景的分析;分析表明,该硬件通信系统通过多种不同的组合方式,可适用绝大多数的室内可见光通信场景,满足室内可见光通信模式的多样化,未来潜力巨大。
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