邱瑞文
中时讯通信建设有限公司
摘要：LED可见光无线通信技术通过光无线通信技术和LED照明的相互配合，是当前研究的重点内容。本文主要分析了LED可见光无线通信的关键技术，并探讨了其发展方向供参考。
关键词：LED；无线通信；关键技术
LED技术是通过固态半导体器件电致发光的技术，可见光通信系统是通过发光二极管或是荧光灯表现出无法被肉眼看见的高速闪烁传输信号，通过英特网电线装置照明来相连，连接电源之后运作，LED可见光无线通信技术可以符合下一代多媒体通信技术的要求。
1 可见光无线通信的关键技术
1.1可见光通信发射与接收技术
这两种技术一般使用强制调制/直接检测（IM/DD）形式，因该检测形式有着简单的硬件结构，成本相对不高，普遍应用。它作为非最优化检测技术，能够让可见光通信研究的实用性更强，对比以往的无线检测系统，该检测形式的灵敏度不高。要设置专门的收发器于可见光通信上，所以需要健全该技术，另外还要装设有效的LED驱动电路及接收激光检测电路。
1.2可见光链路技术
光传播的方向性非常强，那么在这个过程当中，链路会被路径当中物体阻碍。无线光链路一般有两种方式，分别为非视距链路以及视距链路。视距链路形式中的光线传播时出现障碍物时，无法同射频电磁波展开衍射或是绕射，其鲁棒性不高。非视距链路形式中，采用反射镜能够让反射之后的光功率的衰减值较大，进而使得链路可靠性更强。还需要使对应的接收机灵敏度与信号的处理技术进行提升。这两类链路技术较好的应用于室内通信当中，视距链路的接收信号功率占很大部分，且非视距链路一般是时延扩展信道。可见光通信设计时需要将反向链路的情况考虑进来，通过光线传播可逆性，接收机与发射机间形成反向链路。此方式理论上可行，在实际应用时要对其实用性进行考虑，接收端与信源端在体积规模方面以及复杂程度上有许多差异，那么就要设计反向链路为不对称的形式，此设计会使下行信道容量增大，从而能够使数据高速传输，同时还能够将链路的控制信息进行传递。
1.3可见光通信和传统无线通信结合
下一代无线通信的关键技术普遍被认为是多输入多输出技术与正交频分复用技术。对比传统SISO系统，MIMO系统应用多天线传输，其空间自由度更多，按照各种应用情况使用的增益不同，一般增益包括有分集增益、阵列增益、干扰增益以及空分复用增益。缺点是数据传输间有干扰存在，要应用最大似然检测于接收端，如此才可以得到最好的性能，同时还是对应计算复杂度得以提升。一般接收算法有MMSE接收算法与ZF接收算法，MMSE接收算法可根据预编码技术将干扰全部清除，能够将计算复杂度以及噪声抑制两方面更好的权衡，另外处理矩阵之后的接收端所有子数据流不会被别的数据流影响。
OFDM技术为多载波调制技术，能够完成数据流的并行传输。该技术能够让所有频点占用宽带不大，信道相应相对平坦，所以能够对坑频率选择性衰弱。该技术使用的为傅里叶变换技术，结构不复杂，此外该技术能够同别的多址接入形式结合，在配置上灵活性非常强，但因该技术为多载波调制技术，发射信号是各个独立子信道叠加起来的，所以子信道相位同样时，峰值会非常大，使得很高的峰值平均功率比。子载波呈互相正交，频率的差异会干扰到子载波。
那么采用OFDM技术使通信链路当中的电学频谱利用率提升，应用MIMO技术能够使信道容量增加。但是对比传统通信技术来说，光通信具有其特点，那么设计该技术时还需要对光链路的特点进行充分考虑，例如光通信当中空间复用技术，成像与非成像分集使用等。
2 关键技术研究
2.1新型光源
不少高级的LED灯能耗虽然不足一般灯泡的1/20，耐久度为白炽灯及荧光灯的100倍和10倍，照明效果十分稳定。白炽灯和LED灯等气体照明根据各种发光机理，节能绿色LED灯为固态照明技术。当前欧洲各国都在探讨下一代新型固态照明及新型能源驱动发光器。那么需要研究的就是光源怎样可以在室外环境中稳定工作。
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2.2调制和复用技术研究
调制和复用技术研究包括基于LED新型脉冲位置调制、波分复用调制、OFDM调制、线性化和通信质量提高以及接收阵列等都是非常关键的研究课题，通信容量以及通信质量的重点问题就是调制和复用技术。
2.3成像接收耗电问题
光无线通信系统按照各种接收端分成两类，分别是基于摄像头的成像接收以及基于光电二极管的非成像接收。如果使用手机终端设备摄像头接收成像，耗电会比设备的一些系统要大，如wifi和蓝牙等。那么成像可见光系统耗电也是要考虑的问题之一。可见光通信能够研制出许多手机应用app，比如传感和人体识别等。
2.4可见光泄露安全性
一般来说，因可见光无法穿过墙体等，可见光的安全度十分高，光纤遮挡的情况下，通信系统会被终端，那么长期以来认为在安全保密性高的场合使用。但通过具体研究来看，因光线在空气当中散射情况，其中会有信息泄露问题出现。比如LED灯照明通信的过程中，室内玻璃、门缝以及窗帘等位置都可能泄露信息，所以，可见光泄露的安全问题需要被重视。
2.5人体视觉心理安全感受
人体在有充足阳光和夜晚的情况下，不用多于的光纤，为符合人眼对光线的舒适度，在无光或者弱光的情况下需要维持通信技术方案。人眼对各种色彩光线以及光线分布的舒适度感知程度不同。那么光无线通信若是可以与人眼光线感知结合研究，那么通信系统将更容易被人们接受。另外人眼感觉舒适的情况下，可见光接收难度会增加，可在背景当中辨别通信光技术就更加重要。
3 LED可见光无线通信技术发展方向
3.1提高白光LED频率响应
白光LED是通信光源，其电信号需要调制在白光LED之上，另外通过内向外发射，其响应频率能够确定通信系统可用宽带，所以要尽可能使功率输出量提升，还需要提高白光LED频率相应，从而将带宽拓展。
3.2电力线通信技术和CLV技术结合的PLC技术
通常来说，LED照明基站灯在天花板、公路两边和交通枢纽上装设，通信电缆上应用成本较高，运营效益还需要提高，如果将LED照明系统和电力线载波通信融合，用电力线来传播通信信号，能够把投资成本进一步减少，VLC技术和电力线通信技术融合为PLC技术，通过电力线传输数据和话音信号通信形式从无线通信技术发展而言，PLC技术的发展势必是十分重要的内容。
3.3分析LED可见光信道
可见光通信系统在信道响应上不同于红外无线通信，另外系统不同的情况下导致码间串扰（ISI）的因素有差别，那么想处理好ISI造成的影响，那么就需要深入研究时变信道环境中的可见光无线通信系统的信道冲激响应和各种光路径产生的ISI。此外，要达到VLC系统全双工通信形式，还需要研究上行链路和下行链路。
4 结语
通信不但含射频无线，还存在光无线。今后生活当中，通信会在人们周围射频电磁场或是光线当中。全球发电总量大约1/4是作为照明使用的，低能耗LED灯的出现能够在很大程度上节约全球资源。LED灯对电力要求不高，只通过成本低的太阳能也能够使用。不少国家目前正转变LED照明方式，从而能够减少更多照明需要的电力。到2018年，全球大约有80%的照明市场使用LED照明。新型光源会使人民的生活水平以及质量进一步提升。基于新型光源可见光通信技术将会促进环境更加绿色发展。
参考文献
[1]颜兵兵.任翔.贾俊成.李杨.基于单片机的LED立体成像系统设计[J].佳木斯大学学报（自然科学版）.2013（03）.
[2]李享.李岱霖.翟国富.LED开关电源中铝电解电容性能退化模型的研究[J].电源学报.2012（06）.
[3]王宽仁.鲍日煌.LED光柱显示器实现高精度显示的软件方法[J].工业仪表与自动化装置.2012（01）.
[4]胡国永.基于LED的可见光无线通信关键技术研究[J].暨南大学，2007.
[5]伍德斌.可见光无线通信关键技术研究与试验系统开发[J].东南大学，2013.
[6]吴亮.可见光无线通信关键技术研究[J].东南大学，2013.
论文作者:邱瑞文
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/14
标签：可见光论文; 技术论文; 链路论文; 通信论文; 无线通信论文; 信道论文; 视距论文; 《建筑学研究前沿》2018年第20期论文;