技术融合成就可见光通信未来

2014-06-13 10:42:51 作者：CN_SZLED_2012HJ 来源： 浏览次数：0

　　可见光通信技术，是在白光LED技术上发展起来的新型无线光通信技术，利用发光二极管发出的高速明暗闪烁信号来传输信息。它具有传输数据率高、保密性强、无电磁干扰、无需频谱认证等优点。
　　未来，可见光通信将在节能及通信领域占据重要地位，目前很多研究机构和电信运营公司不断加大对它的研究，特别是日本、美国、欧洲等国家和地区对可见光通信的研究投入了大量的人力和物力，并取得了一定的进展。
　　可见光通信技术掀起研究热潮
　　2000年，中川研究室就开始研究可见光通信。2003年，日本成立可见光通信联合体，吸引了包括NEC、Sony、Toshiba一大批研究单位及企业参与。中川研究室已开发出商业化基于可见光通信的超市定位及导航系统。
　　可见光通信技术被欧洲OMEGA计划列为重要的高速接入技术之一。2013年10月，英国高校的研究者们将LiFi的通信速率刷新高达10Gb/s。
　　美国UC-Light也重点研究了可见光通信。UC-Light依托加州大学4所分校和1个美国国家实验室，开发一种基于LED照明的高速通信和定位系统，其研究人员的研究背景涉及照明、光学、器件、无线通信、网络等领域。
　　中国可见光通信研究起步相对较晚，尚没有比较成熟的商用化的可见光通信系统。2006年，北京大学首次提出基于广角镜头的超宽视角可见光信号接收方案，并进行了一系列的理论和实验工作。2012年，国内成功研发出可见光网络台灯、可见光家庭基站、矿下可见光通信与定位等6套应用示范系统。2013年，复旦大学实现了实验室内最高3.7Gb/s单向传输速率。
　　同时，我国在LED调制驱动、LED阵列布局优化以及高灵敏度接收等方面进行了一定的研究，并在可见光通信与无源光网络(PON)的融合接入中的物理层、链路层和传输层等方面开展了探索研究。
　　技术融合助可见光通信发展
　　虽然可见光通信具有巨大的应用前景，但在实用过程中还有很多关键问题需要解决。可见光通信与现有网络的融合接入技术等已经成为了研究趋势，目前限制其发展的主要因素有：受限的调制带宽、LED器件的非线性效应、可见光通信室内信道的多径效应等等。因此，为了实现可见光通信高速的数据传输，需要从以下几个方面重点突破。
　　（1）高调制带宽的LED光源
　　目前商用白光LED调制带宽有限，只有约3~50MHz，无法用于通信。因此，在保证大功率输出的前提下，需要开发出具有更高调制带宽的LED光源。
　　（2）LED大电流驱动和非线性效应补偿技术
　　在可见光通信系统中，LED工作需要大电流驱动，而LED的非线性效应则会使可见光信号发生畸变。因此需要合理控制偏置电压、信号动态范围、信号带宽等参数，并且根据LED的非线性传输曲线特征有意识地对调制信号进行预畸变处理等等，以提高调制效率，提升传输容量。
　　（3）光源的布局优化
　　在可见光通信系统中，单个LED发光强度比较小，应采用多个LED阵列。一般来说，LED数量越多，室内照明度越高，系统接受到的光信号功率也越大，但由不同路径造成的符号间干扰也越严重，这需要对LED阵列进行合理的布局。此外，如何迅速地建立光功率与信噪比分布模型，实现快速智能布局也是可见光通信研究中需解决的关键问题。
　　（4）光学MIMO技术
　　与射频系统相似，通过采用多个发射和接收单元并行传输可提高可见光通信的性能。室内照明方案采用白光LED阵列来满足一定的照明度，可使用MIMO技术提升传输速率并改善通信质量。
　　（5）光学OFDM技术
　　OFDM技术将信道的可用带宽划分为许多个子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输，在有限带宽的条件下实现高速传输速率。由于降低了子载波的传输速率，延长了码元周期，因此它具有优良的抗多径效应性能；同时，OFDM还可以使不同用户占用互不重叠的子载波集，从而实现下行链路的多用户传输。
　　（6）高灵敏度的广角接收技术
　　室内光通信系统大多数工作在直射光条件下，当有人走动或者在直射通道上有障碍物时，会在接收机处形成阴影效应，影响通信性能，甚至出现通信盲区。采用大视场的广角光学接收系统可同时接收直射和散射光信号，能避免“阴影”和“盲区”现象的发生。
　　（7）消除码间干扰技术
　　在室内可见光通信系统中，光源通常由多个发光LED阵列组成。由于LED单元分布位置不同以墙面反射、折射及散射，不可避免产生码间干扰，极大降低了系统性能。自适应均衡技术以及OFDM技术已经在高速无线通信中得到了广泛的应用，这也成为可见光通信研究中的热点。