可見光通訊技術論文

　　可見光通訊系統具有十分廣闊的應用前景。下面是小編為大家精心推薦的，希望能夠對您有所幫助。

　　篇一

　　室內LED可見光通訊技術分析

　　摘 要：本文主要分析了LED可見光通訊的基本原理及關鍵技術，然後就LED可見光通訊的未來應用進行展望，以期促進LED可見光通訊技術的發展與完善。

　　關鍵詞：室內LED;可見光通訊;應用展望

　　中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A

　　LED可見光通訊系統具有十分廣闊的應用前景。但當前LED可見光通訊技術還不夠成熟，距離商用還有一定差距，仍需要我們不斷加強研究以進一步優化系統的各項效能。

　　一、室內LED可見光通訊原理簡介

　　室內LED可見光通訊的基本原理是利用燈光的“明”和“暗”來分別表示數字訊號“0”和“1”，然後將廣播、影象、音訊、影像等待發射的資訊調製後加載到LED燈光上，通過LED燈光的高頻閃爍將訊號傳送出去。由於LED響應速度極快，不會對人眼造成影響，因此能夠在正常照明的同時實現無線通訊功能。在訊號接收端一般設定有光電探測元件，可以對接收到的可見光訊號進行放大和解調處理，進而將其重新還原成廣播、音訊、影像等訊號。

　　二、室內LED可見光通訊的關鍵技術

　　1.光源佈局

　　一般情況下，光源佈局要考慮兩點：一是組成陣列光源的內部LED燈的數量及排列方式;二是整個室內LED光源的分佈。在室內光源設計中，為滿足國際照明標準，通常將LED光源設計為白光LED陣列形式，構成各LED陣列的LED個數由LED間隔大小決定，而間隔大小需要綜合考慮中心區域的光強度。在LED排列問題上，則要充分考慮訊號接收面的照度要求與光強分佈。同時在設計LED數量及排列時，還要考慮碼間串擾問題。為提高通訊質量，還應結合房間大小及內部設施陳列，儘量使室內同一水平面上的光功率保持一致，防止出現通訊死角。此外，考慮到行人、設施等造成的遮擋，不可避免地會產生一些陰影區，對此可通過增加光源數量來減少陰影效應，但過多的光路徑又會引發嚴重的碼間干擾，因此根據室內實際情況科學設計LED陣列光源是提高通訊效果的關鍵。

　　2.驅動電路優化

　　LED可見光通訊系統設計中有一個非常重要的引數――調製頻寬，它直接影響著LED調製能力的高低，進而決定著無線光通訊系統的傳輸速率。調製頻寬通常取決於有源區載流子複合壽命與PN接面電容，在LED製造過程中，普遍採取的措施為減少載流子複合壽命與控制寄生電容，或者使用多晶片型白光LED，除此之外，通過對驅動電路進行優化設計也能有效地提升調製頻寬。在綜合電磁、噪聲、溫漂、光功率補償等干擾因素的基礎上，LED可見光高速調製驅動電路可設計為以下形式，如圖1所示。

　　其中，BG代表電晶體，Dz代表穩壓二極體，BG1與BG2構成發射極耦合式開關，BG3和Dz構成恆流源電路，能夠穩定地為LED支路供應驅動電流。又因為此電路超出了線性範圍工作，就算輸入端過激勵，也不會出現飽和，故開關速率十分高，理論上這種電路可實現300Mb/s的訊號調製。

　　3. OFDM技術

　　OFDM即正交頻分複用，該技術的主要原理就是把高速序列資料轉變為相對低速的多路並行資料，然後分別對不同的載波加以調製。OFDM技術擁有極強的抗多徑能力，如今已在高速無線通訊中得到了普及應用。在LED可見光通訊中，由於多路徑會導致碼間干擾，嚴重影響系統傳輸速率，因此通過引入OFDM技術來控制碼間干擾是一個十分理想的選擇。

　　目前，已有研?a href='//' target='_blank'>咳嗽閉攵設FDM在LED可見光通訊中的應用提出了一些可行方案，其中比較成熟的一種方案如下：該方案由LED照明陣列、電力線調製器、OFDM解調器3部分構成，信源電訊號在發射端完成OFDM編碼，並通過一直流偏置實現對LED光源的調製。經調製的光訊號在接收端完成解調，並通過提取導頻訊號實現對通道狀態的實時監測和更新。OFDM應用於無線光通訊系統時，需要將高速序列資料以並行方式調製到多個正交子載波上，以減少碼速率、消除碼間干擾，同時還要在各OFDM符號間新增保護間隔，以徹底除去殘餘的碼間干擾。

　　4.通道編碼技術

　　趙俊、陳長纓研發了一種能夠用於LED可見光通訊的mBnB分組編碼技術。該技術所採用的分組碼在通訊領域中已有十分廣泛的應用，通俗而言，就是把原始資訊碼字以m位元為單位加以分組，並按照特定規則，以另外每組為n位元的碼字進行表示，最後將新得到的分組用NRZ或RZ碼的格式傳輸出去。其中，m>n，且兩者都是正整數，通常n=m+1。目前比較常見的編碼形式有1B2B、3B4B、6B8B等。這種編碼技術的優點如下：一是功率譜的形狀相對較好;二是消除了基線漂移現象;三是能夠穩定地進行誤碼監測和字同步。已有研究表明，6B8B編碼的光訊號在0.5m～2.5m距離內的通訊十分穩定，不會因LED數量、串列埠模組分頻等因素而受到顯著影響。採用6B8B編碼，能夠在確保訊號高速傳輸的基礎上，使通訊距離突破2.5m。

　　5.分集接收技術

　　分集接收的基本原理就是在接收機上設定多個方向的光電探測元件，並對不同方向上探測到的訊號加以對比分析，然後選擇其中信噪比最大的訊號來完成通訊，該技術在解決碼間干擾和抗陰影效應方面具有良好的表現。在設計分集接收電路時，需要按照訊號傳輸速率的高低將其分成兩類：在通訊速率較低的情況下***一般將100M以下作為低速率***，使用低速率分集接收裝置，即直接對多個訊號進行疊加，從整體上增強訊號功率。在傳輸速率較高的情況下，考慮到碼間干擾問題，無法對訊號進行簡單疊加，需要增加一個專門的控制電路來進行訊號評估和選擇。通常而言，在高速通訊過程中，直射連結方向的信噪比最高，因此優先將最貼近直射連結的方向作為訊號接收方向。在採用分集接收技術的光接收機上，探測器儘可能均勻地分佈在一個半球面上，從而能夠以較少的探測器數量實現多個方向上的穩定接收效果，除非接收機被整個遮擋才有可能出現訊號中斷。

　　6.自適應傳輸技術

　　自適應傳輸技術能夠有效克服LED可見光通訊中的信噪比波動問題。在自適應收發器的發射端，有一個專門的DSP***訊號處理器***負責機電定向系統的實時控制。DSP在通訊系統中的普及和應用，在一定程度上改善了系統的信噪比，並且靈活性更強。同時，對於白噪聲、多路徑干擾等，也能夠通過相應的訊號處理手段加以解決。在自適應收發器的接收端，由於使用了單一的光電檢測器，使得光前端設計大大簡化，並通過某種定向機制使光能量作用於單個通道，從而減小了接收端視場，有效避免了環境噪聲對通訊穩定性的干擾，增強了系統對多路徑畸變的抵抗能力。

　　三、LED可見光通訊技術的應用展望

　　LED可見光通訊技術有著十分廣闊的應用前景，只要是基於LED的照明和指示裝置均可以通過增加通訊功能而獲得一些全新的用途。例如，在博物館中，可以在LED指示燈中載入相關展品的解說訊號，只要遊客攜帶了具有可見光通訊功能的移動裝置，就能隨時獲取展品的解說資訊;在LED大螢幕或廣告牌上載入相應的訊號後，人們可以直接用手機等裝置下載螢幕上的內容和資訊，如廣告資訊、交通訊息等;在車輛照明領域，可以為汽車前照燈增加資訊傳輸功能，將車輛載重、車牌號、車速等資訊自動傳送到各類交通監測裝置上，輕鬆完成繳費、登記、測速等功能，極大地方便了車輛資訊的採集和管理，同時車輛尾燈也可用於向後面的車輛傳送剎車、路況等資訊，從而大大提高交通運輸的安全性。

　　結語

　　LED可見光通訊技術不佔用無線頻譜資源，可以直接對無處不在的照明燈光加以利用，在節能環保的同時實現高速無線通訊功能。但目前該技術仍處於實驗研究階段，雖然研究人員已經針對光源佈局、驅動電路優化、OFDM、通道編碼等進行了大量的研究工作，但依然有一些技術難關亟待人們去攻克，相信在研究人員的不懈努力之下，LED可見光通訊技術必將在未來社會中大放光彩。

　　參考文獻

　　[1]秦嶺，巨永鋒，杜永興，等.智慧交通中新型可見光通訊系統效能研究[J].公路交通科技，2016，33***7***：114-118.

　　[2]亓沂濱，陳津.基於led的光通訊系統的設計與實現[J].電子技術與軟體工程，2016***14***：51-52.

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