高速可见光通信关键技术

　　本书主要介绍基于LED的高速可见光通信的技术原理。首先，给出了可见光通信的基本概念，追溯了其发展历史，同时对其研究趋势进行了展望；其次，分别从高速可见光的系统结构、信道建模、调制技术、均衡技术、编码技术、复用技术和新材料技术等方面具体介绍了实现高速可见光通信所采用的先进技术与关键算法；接着，介绍了高速VLC通信系统实验，给出了基于本书介绍的技术理论基础之上的实验成果；最后，对高速可见光通信技术的未来进行了展望。本书适合从事通信领域尤其是可见光通信研究的工程技术人员以及高等院校通信工程等相关专业的研究生和教师阅读。

　　迟楠，复旦大学教授、博士生导师。担任中国光学学会纤维与集成光学专委会常委委员、中国通信学会光通信专委会委员、中国电子学会光通信与光网络专委会委员。先后获得教育部新世纪优秀人才、上海市曙光学者、上海市十大IT 新锐和上海市三八红旗手。长期从事高速光通信和高速可见光通信方面的研究，主要研究高谱效率多维多阶光调制技术和数字信号处理技术。共发表SCI论文230余篇，SCI累计他引2 000余次，Google Scholar引用5 300余次。申请专利37项（其中12项已被授权）。应邀在国际国内学术会议做报告32次（其中国际学术会议26次）。出版了《LED可见光通信技术》《LED可见光通信关键器件与应用》两本专著和《基于数字信号处理的相干光通信技术》（合著）。

目　录
第　1章 概 述　001
1．1　LED市场趋势　002
1．2　可见光通信发展历史　004
1．3　国际研究趋势　010
1．4　本书章节组成结构　011
参考文献　012
第　2章 高速可见光通信系统结构　019
2．1　可见光通信系统　020
2．2　可见光通信发射机　021
2．2．1　LED的背景及原理　021
2．2．2　LED种类　022
2．2．3　LED驱动　024
2．3　可见光通信接收机　025
2．3．1　可见光探测器　025
2．3．2　蓝光滤膜　027
2．3．3　探测器电路设计　029
2．3．4　自适应接收技术　029
2．3．5　时钟提取及恢复电路　030
2．3．6　接收机后均衡技术　031
2．4　本章小结　031
参考文献　032
第3章　可见光信道建模　033
3．1　LED频率响应模型　034
3．1．1　白光LED频率响应模型　034
3．1．2　蓝光滤波后LED频率响应模型　035
3．2　各种LED的调制带宽　036
3．2．1　LED的调制带宽　036
3．2．2　各种LED的调制带宽　038
3．3　多径反射建模　039
3．3．1　室内光通信的链接方式　040
3．3．2　可见光通信信道建模　041
3．3．3　可见光通信系统性能的基本分析　044
3．4　可见光大气湍流信道建模　045
3．4．1　大气湍流模型　045
3．4．2　背景干扰与噪声统计特性研究　049
3．5　可见光系统中的非线性　052
3．5．1　LED非线性　052
3．5．2　抗非线性的方法　053
3．6　本章小结　062
参考文献　063
第4章　VLC系统先进调制技术　065
4．1　通断键控调制技术　066
4．2　脉冲位置调制和脉冲宽度调制技术　067
4．3　脉冲幅度调制技术　068
4．4　离散多音调制技术　070
4．5　正交频分复用调制技术　071
4．6　无载波幅度相位调制技术　073
4．7　离散傅里叶扩频的正交频分复用调制技术　074
4．8　本章小结　075
参考文献　076
第5章　可见光通信预均衡技术　079
5．1　预均衡原理　080
5．2　频域软件预均衡　082
5．2．1　时域均衡器　082
5．2．2　FIR滤波器原理　083
5．2．3　基于FIR滤波器的预均衡器设计　084
5．2．4　基于OFDM的软件预均衡技术　091
5．2．5　软件预均衡技术仿真　092
5．3　准线性预均衡技术　092
5．4　硬件预均衡　098
5．4．1　单级桥T型幅度均衡器　098
5．4．2　双级联桥T型幅度均衡器　101
5．4．3　硬件预均衡电路仿真结果　102
5．4．4　硬件预均衡电路测试结果　105
5．5　本章小结　108
第6章　可见光通信后均衡技术　109
6．1　时域均衡算法　110
6．1．1　CMA算法　111
6．1．2　CMMA算法　113
6．1．3　M-CMMA算法　114
6．1．4　DD-LMS算法　114
6．2　频域均衡算法　115
6．2．1　导频辅助信道估计算法　115
6．2．2　SC-FDE算法　117
6．2．3　ISFA算法　118
6．3　本章小结　119
参考文献　119
第7章　复用技术　121
7．1　多用户接入与双向可见光通信系统　122
7．1．1　多输入单输出系统　122
7．1．2　双向传输系统　127
7．2　VLC多维复用系统　130
7．2．1　波分复用技术　131
7．2．2　副载波复用技术　133
7．2．3　偏振复用技术　139
7．3　可见光MIMO技术　141
7．3．1　可见光成像MIMO　142
7．3．2　可见光非成像MIMO　145
7．4　本章小结　148
参考文献　149
第8章　新材料和芯片技术　151
8．1　新型Micro-LED器件　152
8．1．1　Micro-LED的结构　152
8．1．2　Micro-LED 的调制特征　153
8．2　新型表面等离子体器件　158
8．2．1　SP增强LED发光效率和调制带宽的原理　159
8．2．2　SP-LED的设计和制备　163
8．3　新型集成探测器　165
8．3．1　集成PIN阵列的设计及制作　166
8．3．2　基于MRC算法和集成PIN阵列的可见光通信系统　166
8．3．3　基于空间平衡编码和集成PIN阵列的可见光通信系统　169
8．4　本章小结　177
参考文献　177
第9章　高速可见光通信系统实验　181
9．1　正交频分复用调制技术　182
9．2　基于频域均衡的单载波调制技术　186
9．3　无载波幅度和相位调制技术　189
9．4　离散多音调制技术　194
9．4．1　DMT原理　195
9．4．2　验证实验　196
9．4．3　高速实验　199
9．5　脉冲幅度调制技术　202
9．6　几何整形QAM　205
9．6．1　抗噪声性能　205
9．6．2　抗高频衰减性能　206
9．6．3　抗非线性性能　208
9．6．4　系统传输实验　210
9．7　本章小结　214
参考文献　214
第　10章 高速可见光通信技术发展趋势　217
10．1　光电前端芯片　218
10．1．1　PIN光电探测器　219
10．1．2　前置放大器　219
10．1．3　滤波器　220
10．1．4　主放大器　220
10．2　编码与信号处理芯片　220
10．2．1　DSP技术的应用与发展　221
10．2．2　FPGA的应用与发展　222
10．3　未来展望　222
10．4　本章小结　224
参考文献　224
中英文对照表　227
名词索引　229