【摘 要】
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随着通信技术的日益发展,各项数据业务已经成为了人们日常生活中必不可少的部分,通信需求日益膨胀,无线频谱资源也随之紧缺,已经成为了通信领域内亟待解决的问题。除了提高管理水平和利用各种高阶调制方式和复用方式最大化地提升对频谱资源的利用率之外,使用频谱资源相对丰富的可见光通信（visible light communication,VLC）频带作为对主流射频通信的补充,也成为了一种扩充频谱资源的有效措施
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随着通信技术的日益发展,各项数据业务已经成为了人们日常生活中必不可少的部分,通信需求日益膨胀,无线频谱资源也随之紧缺,已经成为了通信领域内亟待解决的问题。除了提高管理水平和利用各种高阶调制方式和复用方式最大化地提升对频谱资源的利用率之外,使用频谱资源相对丰富的可见光通信（visible light communication,VLC）频带作为对主流射频通信的补充,也成为了一种扩充频谱资源的有效措施。VLC因其丰富的频谱资源、可靠的通信保密性、低廉的设备成本、高速的传输速率、以及优秀的抗电磁干扰能力,成为了近年来无线通信领域内的一个研究热点。要使可见光通信具有吸引力,低成本、高速率的系统设计方案就成为了目前可见光通信研究的重点之一。超奈奎斯特（Faster-Than-Nyquist,FTN）传输理论作为一种非正交传输方案,通过人为引入一定程度的码间干扰,再利用系统计算能力补偿的方式提升通信速率。随着通信领域内对于提升速率的渴求日益加重,FTN因其优越的特性,受到越来越多的重视。目前,光通信研究领域内对FTN传输理论的应用主要集中在光纤通信领域,可见光通信领域内的相关研究较少,尤其在硬件电路设计和系统实现方面较为薄弱。本文在超奈奎斯特传输理论和可见光通信现有的研究基础上,设计了一种超奈奎斯特可见光通信（Faster-Than-Nyquist visible light communication,FTN-VLC）系统,搭建了对应的实验平台并完成了性能测试。主要研究内容如下:（1）分析了FTN通信理论在VLC系统中的应用需求,讨论了基带信号的选择以及作为信号发射源的发光二极管（light-emitting diode,LED）的选型,并设计了一种使用FTN传输方式的VLC系统;（2）在理论分析和系统设计的基础上,利用FPGA开发板和配套的电子元器件,搭建了FTN-VLC系统的硬件平台,并对该平台进行了测试;（3）使用硬件编程语言Verilog HDL语言编写了基于直接数字合成（Direct Digital Synthesize,DDS）技术的信号合成程序,利用Model Sim仿真软件对该程序进行了逻辑功能验证和仿真验证。同时利用MATLAB软件编写了接收端的解调程序。最后,对所设计的FTN-VLC系统实验平台进行了软硬件联合测试。测试结果表明,在12 cm的传输距离下,该系统平台可以实现通信速率为1 Mbit/s的FTN信号传输,相较于同等条件下的常规奈奎斯特可见光通信系统提升了大约20%的频谱效率。
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