摘要：光电技术的不断发挥与进步对于人类社会的发展做出了重大的贡献，有力地推动了社会的不断进步。每一次科技上的一个小进步都在一定程度上加速了人类社会的发展。以发光二极管（LED）为例，它经历了漫长的技术发展才最终形成了无害环保，低能耗的白光二极管，最初的LED发光效率低，并且消耗的电能多，只能在很少的领域内进行应用，但是白光二级管的出现，不仅可以应用于高速通信系统的构建过程中，还顺利在照明领域内得以应用。凭借着其优势地位，占据了销售市场。
关键词：白光LED；通信接收系统；关键技术；光接收技术；分集接收技术
前言：就目前白光二极管的实际应用状况来看，它不仅在照明领域内得以应用，别成为第四代环保照明产品，还在通信接收系统中得以应用，这有赖于一些关键应用技术的发展。只有技术的进步才能够推动系统的升级与创新，在白光LED通信接受系统中，存在着两项关键的应用技术，一项为光接收技术，另一项为分集接收技术，这两项技术的应用使得可见光通信技术有了长足的发展和进步，与传统的无线通信系统和射频通信系统相比，可见光通信系统的发射功率高，并且不受到电磁的干扰等，受到广大消费者的青睐。
1、白光LED通信接收系统中光接收技术
在白光LED通信接受系统中其接收机主要分为两个类型，一个是模拟接收机、一个是数字接收机（如图一），原因在于在白光二极管照明系统中需要接收两种不同的信号，一个是数字信号，另外一个就是模拟信号。根据模拟接收机的结构可以看出，整个系统主要是由光检测器、前置放大器、主放大器等部分组成，但是数字接收机的结构比较复杂，在实际的应用中，数字接收机应用的范围更为广泛，因此主要是以数字接收机为例，进行通信接收系统关键技术的研究[1]。
模拟接收机系统结构图
数字接收机系统结构图
图一：白光LED通信系统接收机结构图.png)
1.1光电检测器
光电检测器的主要功能就是将光信号转化成电信号，由于要对于光信号进行传输，因此在技术应用过程中，对于光电检测器也有着一些具体的要求。首先要求光电检测器的光谱感应范围在全部的可见波光段内，其波长范围为380nm到780nm，同时还要具备高效率的光电转化能力；其次，由于白光二极管的光电相应速度会影响到信号的传输质量，因此在光电检测器的选择过程中，应该选择响应速度快的设备，这样可以保障信号的真实性。
最后，在光电检测器的选择工程中要求检测器的工作寿命长，并且工作电压低，一般来说，光电检测器的主要设备就是光电二极管，但是用于制作光电二级馆的材料很多，不同材料制作的光电二极管的性能也会有很大的差别，一项针对不同材料光电二级管的研究表明（如图二），不同材料的光电二级馆，对于波长的响应范围也会有所不同，从图中可以看出，si材料制作出的光电探测器可以符合探测器的波长探测范围的要求，因此在进行光电检测器的选择过程中，应该保障检测器的性能，这样才会提高通信接受系统的整体性能。
图二：不同材料光电二极管的波长覆盖范围.png)
1.2前置放大器的电路设计
在整个光电接收机的设计过程中，由于光电流在传输的过程中信号微弱，这样就不利于信号的捕捉与转化，因此需要对于光电流进行放大处理，一般采用的是前置放大器进行光电流的扩大，在其电路设计过程中需要很高的技术要求，一般来说，主要的放大电路结构有三种，这三种不同的电路结构适用于不同的光电接受环境。
第一种是低阻型前置放大结构，这种结构选用普通晶体管作为放大器，其结构线路简单，电阻低，但是这种结构的缺点是噪声大，控制不当可能会造成信号失真，主要适用于高速通信情况；第二种就是高阻型前置放大结构，这种结构主要在码速率低的通信接受系统中使用，原因在于使用该电路结构的前置放大器的动态范围小，造成的码间干扰严重；最后一种就是互阻型前置放大系统，这种系统在应用的过程中具有良好的性能，并且具有宽频带、噪声低的特点[2]。与其他两种结构相比，这种结构的性能较强，并且可以适用于不同的通信接收系统的设计中。
2、白光LED通信接收系统中分集接收技术
2.1分集探测器
在对于分集探测器进行设计的过程中，主要有两种选择，一种是进行低速率分集接收探测器的设计，另一种是进行高速率分集接收探测器的设计（如图三），这两种探测器具有不同的特点与性质。
低速率分集接收探测器.png)
高速率分集接收探测器.png)
图三
首先低速率分级接收探测器是将每一个探测器中的数据进行整合处理与转化，然后进行最终的信号接收，之所以称之为低速率原因在于信号通过的速度慢，只有一个加法器进行信号的处理，导致整个系统的速率降低；但是在高速分集接收结构中，每一个探测器都有自己传输数据信息的单独渠道，中间会出现一个判别设置，通过这个设置对于信号进行基本的判断，然后再分别进行信号的接收，这种方式可以在一定程度上提高信号的接收效率，并且可以使得整个系统相对独立，在进行信号的传输过程中互不干扰，保障整体的系统安全[3]。
2.2分集接收的电路设计
在对于低速率分集接收系统进行电路的设计过程中，最为关键的就是对于加法器的设计，在进行加法器的选择过程中需要对于电路进行相应的运算和设计，这就可以根据实际通信接收系统的情况进行运算，并且确定对于加法器的选择。
但是当系统的传输速率超过100M时，就应该使用高速率的分集接收设备，在对于高速率分集接收设备进行电路设计的过程中，系统十分复杂，需要使用数字信号对于模拟信号进行控制，并且要对于接收器之间产生的噪音控制在合理的范围之内，保障整个系统的正常运行，提高系统的运行速率。有相关研究表明，分集接收系统对于通信系统性能的提升有着重要的作用，首先就克服了阴影对于通信的不良影响，对于不同路径引起的码间干扰起到了重要的作用；同时还可以保障信号的真实性，有效克服噪音的干扰。
结语：实际上，与其他通信接收系统相比，白光二极管通信接收系统具有一定的实际应用优势，并且占据了一定的消费市场，但是在一些关键技术的开发与使用方面还有很大的上升空间，因此有必要不断进行技术的升级与改造，提高通信系统整体的通信性能与水平。
参考文献：
[1]王佳媛.LED照明通信系统发射与接收关键技术研究[D].大连工业大学,2013.
[2]高小龙.白光LED发光建模与通信系统研究[D].中南大学,2012.
[3]李鑫.井下白光LED无线通信系统研究[D].哈尔滨工程大学,2012.
论文作者:郑阳
论文发表刊物:《基层建设》2016年18期
论文发表时间:2016/11/22
标签：系统论文; 光电论文; 检测器论文; 信号论文; 接收机论文; 分集论文; 速率论文; 《基层建设》2016年18期论文;