基于ARM无线光传输系统设计.doc

绪 论 研究背景及研究意义 LED通信(LED Communications)同时具有无线通信和光通信的特征，指的是把LED当做信息发射源。LED通讯的产生缘于半导体行业和通信技术的的飞速发展。 现在有各式各样的照明设备，比如荧光灯，白炽灯等，LED与之相比在光通信有以下几个方面的优势。 1.与其他的照明设备相比，LED有较高的功率，这在光通信正是作为发射光源所需要的。 2.LED的光强度可以在速度很高下进行调制，LED的调节速度甚至可以达到us量级，并且其可调幅度大，而在通信中调节速度是影响通信的一个至关重要的因素;而荧光灯的亮度基本上不可以调节，对于白炽灯可以通过控制两端电压来控制亮度，但是有一个较为严重的缺点是它在发光同时会发出很高的热量，并且亮度调节速度也最高达到ms量级，满足不了在光通信的需求。 3.LED的光谱中心波长可以根据所需要的波长而进行控制，可以通过改变工艺来达到改变波长的目的，但是白炽灯和荧光灯的波长是不可以通过工艺来人为的进行改变，它们的中心波长是固定的。 4.相比于其他的光照设备来说，LED只需采用低电压下的恒压源或者恒流源，而像白炽灯就要采用高压交流电源，就不可以作为调制信号的光源。 综上可以看出，现阶段的照明条件下，相比于其他的照明设备LED更适合作为光通信得光源，LED在光通信的广泛使用，也使光通信的新领域变得欣欣向荣，在以后也许只需要点亮一个LED就可以用接收数据，可以预见的是LED通信在未来的通信行业将占有不可动摇的地位。 研究现状 1.2.1国际研究现状 自英国爱丁堡大学的教授哈拉尔德·哈斯发明LED通信后，许多的国家从此将LED通信技术作为一项重要的研究课题，并且在2003年，对于LED可见光通信国际学会专门做了一次研讨会，在此后包括日本在内的许多发达国家对LED通信技术投入了大量的人力物力，日本的“可视光通信联盟”，美国的“智能照明计划”等，更是让可见光通信进入大众化的全新视野。 在2008年，欧盟设置家庭吉比特接入计划(OMEGA)，这项计划结合了可见光通信技术，在信息速率更是达到了1Gbps。2013年，德国海因里希赫兹研究院、英国爱丁堡大学与牛津大学等国际机构更是将可见光通信的带宽扩展为180MHz，实时速率512Mbit/s，离线速率10Gbit/s的惊人的数字。 1.2.2我国的研究现状 在我国可见光通信是近些年刚发展起来的一项技术，虽然我国的LED通信技术比起发达国家起步较晚，但也在许多的科研人员不懈努力下取得了一些骄人的成绩，比如信息工程大学、北京大学和清华大学带宽速率提高到了与国际同步的先进水平。近些年来国内的无线可见光技术更是取得了惊人的发展。在2014年8月28日，在广州举办的全球可见光通信大会，这次会议标志着我国可见光通信的研究与产业化进入与发达国家一样的快速发展行列。因此有望通过战略联盟制定统一的标准、专利、专用IC、单元系统和通信协议。在某一项新的技术诞生时，人们通常会对这项新技术的认识不足，开始的时候也许只是会做一些基础的改变，而不能进行大胆创新。 就像电话的发展，从最初的人们只是想可以进行远距离的交谈传递消息，现在手机的功能不仅仅局限于此了，“微信，手机游戏、视频、支付”等这些功能也许连最初发明手机的人也没想到吧。 通讯技术进一步发展成熟，光通信系统的应用规模也将会继续壮大，呈现新的应用领域。我们坚信，从产生、应用、发展、扩充到再发现、再发展，这项技术的应用将出现我们目前想象不到的结果。 第二章 LED通信技术 2.1 LED的结构与发光原理 LED的核心部件就是一个半导体晶片，形成PN结之前，费米能级进入导带和价带。选用同种材料，导致N型半导体和P型半导体的禁带宽度基本相同。P型半导体和N型半导体接触形成PN结，由于电子空穴浓度差，电子由N区向P区扩散，而空穴由P区向N区扩散。在PN结外加一个正向偏压（P正N负），P区的空穴大量的注入N区，N区电子大量的注入P区，这样，在P区和N区靠近界面的地方电子和空穴复合发出光。PN结在正向偏置时，N区的电子与P区的空穴克服内建电厂的作用，越过结区，此时扩散运动超越漂移运动，从P到N区产生净电流。电子和空穴在扩散运动中产生复合作用，释放出光能，实现发光。这种发光是电致发光，是一种自发辐射，发出荧光，这就是发光二极管的工作原理。 图2.1 常见LED灯珠的结构图 图2.2 LED原理图 2.2 LED的物理特性 伏安特性、调制特性和电光特性是LED三个基本的物理特性。下面是对LED的三个特性的重点分析。 LED伏安特性：LED伏安特性是指电压随着电流变化的关系特性曲线，LED的伏安特性如下图所示。 图2.3 LED伏安特性曲线 通过图中可以看到，一般伏安曲线包括正向特性曲线与反向特性曲线，LED的正向特