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1、2015-2016学年第一学期通信系统引论结课论文题目：基于白光LED的可见光无线通信技术班级： 电气合1203 学号： 3612XXX318 姓名： XXX 2015年12月31日1一、引言可见光无线通信又称“光保真技术”，英文名LightFidelity（简称LiFi）是一种利用可见光波谱(如灯泡发出的光)进行数据传输的全新无线传输技术。随着无线通讯的普及，一些场所不适合运用无线电通讯，以及处于对电磁波对人体健康影响的考虑，开发一种新载体的无线通信技术对现有的无线电通信技术作为补充是有必要的。随着大功率白光LED的出现，大量的白光LED被用作照明光源。LED照明光源以其低功耗、易调制的优点
2、使可见白光成为一种优秀的信息载体。二、概述1、基本特点可见光无线通信技术相较于传统无线通信技术有以下优点：(1)可见光通信运用便利快捷。 尤其是室内可见光通信中，用作通信的光源一般也做照明用，安装简易，不会带来较多的麻烦。安装在室内任何地方都可以，可以很便利的实现无线传输。(2)可见光通信对人体没有影响，不会对人体造成损害。 由于其用于通信的信号光源就是平常用作照明的光源，属于绿色通信，运用起来较为平安。(3)信号光源放射功率高。 基于对人眼和身体的平安考虑，一般无线光通信和射频通信对放射功率都有肯定的限制。而在可见光通信中， LED 光源跟自然光一样，对放射功率没有限制。因此可得到较高的放射
3、功率。(4)无电磁干扰。 像医院、飞机上和空间站等，这些场合对电磁干扰有严格的限制，一般的射频通信无法达到此要求，可见光通信无电磁干扰，能够较好的应用到以上场所。(5)不受无线电频谱管制。然而可见光通信技术也因其传播媒介的因素，也存在着一些问题：(1)可见光通信技术是一种视距宽带通信技术，其传输距离与信号质量之间关系成反比。当传输距离超过肯定的数值后，波束会变宽以至于难以被接收点正确接收。(2)由于实际应用空间中，环境困难，光线在空间中的传播路径多样化，传播路程各不相同，可能会导致不同路径的光线之间相互干涉，影响传输效果。(3)可见光通信技术对天气及室内环境较为敏感。随着白光 LED 的独创及
4、应用，可见光通信技术得到了良好的发展，特殊是室内可见光通信技术的应用。2、探讨背景我国是世界的其次大发电大国，同时也是其次大电能消耗国，光照明用电量就己超过 1500 亿千瓦时， 用于第四代绿色照明的白光 LED 在节约能源的同时，更为高速、宽带的光无线接入供应了一种新途径，也为解决现有无线电频带资源严峻有限的逆境供应了一种新思路。基于白光LED的可见光无线通信技术是建立在白光基础上的，与传统的射频通信相比，可见光无线通信不用申请频谱证，也没有电磁波千扰。并且由于其是可见光，在室内用作通信时也可用于照明，在不影响照明的状况下可以实现通信。目前来说，已经好用化的照明设备当中，荧光灯的废气对环境造
5、成肯定的污染，并且运用年限不长，寿命较短且不易调制。白炽钨丝灯泡耗电量高，易碎。高压钠灯灯耗电量高，效率低且运用寿命短。随着白光LED成本日益降低，其在日常照明设施中占有愈来愈多的份额，是实现可见光通信技术的最佳选择。三、基本结构基于白光LED的可见光通信系统，是利用白光发光二极管等发出的高频闪耀信号来传输信息的，将经过调制的因特网信号通过LED放射出去。该系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不须要信号线缆连接。利用专用的、 能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载网络数据。 下图是基于白光LED的可见光无线通信系统组成框图及系统示意图。可见光通信系统
6、组成框图白光LED可见光通信系统示意图可见光通信技术作为一种无线的光通信方式，其系统包括下行链路和上行链路两部分。下行链路包括放射和接收两部分。其放射部分主要包括将信号源信号转换成便于光信道传输的电信号的输入和处理电路、将电信号改变调制成光载波强度改变的LED可见光驱动调制电路。下行链路由放射模组和接收模组两部分构成。其放射模组主要由白光 LED 光源和相应信号处理单元组成。白光 LED 光源以很大的放射角发出调制光向空间中各个方向传播。 由于室内几乎不受强背景光和天气的影响，光传播基本上不存在损耗。但是由于 LED光源个数较多，且具有较大的表面积，因而在放射机和接收机之间存在若干条不同的光路
7、径，不同的光路径到达接收机的时间不同，将引至少间干扰(ISI)。由于白光 LED 光源发出的是可见光，且发散角较大，对眼睛几乎没有影响，因而可以通过提高光源的放射功率以提高系统的牢靠度。放射模组该系统的接收部分主要由光电检测器和相应信号处理单元组成。室内的光信号被光电检测器转换为电信号，然后对电信号进行放大、滤波、解调处理复原成正常的因特网信号。接收模组该系统的上行链路与下行链路的组成除了运用的光源不同外，其它基本一样。上行链路采纳的光源仍旧由白光 LED组成，只不过放射面积较小，且具有较小的放射角(光束经过简洁准直，类似于手电筒)，天花板上安装的光电检测器接收来自用户的光信号。依据上述结构配
8、置，就可以组成一个全双工可见光无线通信系统。 由于白光 LED 的亮度很高，且信号调制速率远高于人眼所能识别的24帧的频率，因而人的眼睛完全感觉不到光的闪耀。故此，在白光LED可见光无线通信系统中，白光 LED 可兼具通信与照明的双重功能。四、关键技术1、室内光源的布局实际应用中，由于各个房间的空间布局、大小多种多样，因而要使通信效果达到最优，须使房间内的光强分布匀称，也应尽量避开通信盲区(光照耀不到的区域)的出现。要达到这个目的，必需依据不同的房间，合理的支配LED光源的布局。就详细房间详细分析布局方案。2、消退码间干扰技术在可见光无线通信系统中，安装在天花板上的LED灯通常是由多个发光LE
9、D 的阵列组成，因而具有较大的表面积。另一方面，为了达到较好的照明和通信效果，防止“阴影”影响，一个房间通常安装多个LED灯。不同的光信号到达接收机会产生码间干扰(ISI),极大地降低了系统的性能。针对可见光无线通信系统中码间干扰(ISI) 的起因不同，主要采纳以下方式来减弱码间干扰：运用部分响应技术、采纳均衡滤波器、采纳正交频分复用技术（OFDM）技术等。3、高灵敏的接收技术在LED可见光通信系统中，存在着剧烈的背景噪声及电路固有噪声的干扰，同时随着传输距离的加大，接收机接收到的信号特别微弱，经常会导致接收端信噪比小于 1。为了精确地接收信号，须要选择灵敏度高、响应速度快、噪声小的新型光电探
10、测器；对所接收的信号进行前置处理，需采纳高效的光滤波器，以抑制背景杂散光的干扰，对信号进行整形和去噪声。为了有效抑制噪声，接收滤波器常要求具有窄带滤波特性。可是，在可见光无线通信系统中，信号能量与噪声一同分布在整个可见光谱中，这样一来信号光和噪声将同时被滤除，达不到真正滤去噪声的目的，滤波后的光信号的信信号的信噪比依旧很低。所以，要实现高灵敏接收，更重要的是探讨新的滤波技术及新型滤波器，比如匹配滤波、特殊光栅滤波器等。4、自动切换技术在室内 LED 可见光无线通信系统中，当接收机从一个基站(房间)移动到另一个基站时，须要接收机能够自动切换。切换操作既要能识别一个新基站又要将信令信号分派到新基站
11、的信道上，设计者必需指定一个启动切换的最恰当的信号强度，选择恰当的切换时间以避开不必要的切换，同时保证在由于信号太弱而通信中断之前完成必要的切换。因此，基站在打算切换之前先对信号监视一段时间来进行信号能量的检测，这需由接收机协助切换来完成。五、总结白光 LED 室内无线通信，是一种新兴的无线光通信技术。国内对白光 LED 应用在无线通信中起步较晚。制约白光LED 室内无线通信系统性能的因素许多，本文的探讨工作虽然已考虑了许多因素，但也只是其中的一部分。要想更全面地进行系统分析，就必需建立更完善的系统模型，通过更深化地分析才能实现。所以，本论文的探讨工作仍有一些不足之处需进一步的探讨和改善。作者
12、认为基于1)将正交频分复用技术（OFDM） 调制技术应用到白光 LED 光通信中具有良好的发展前景。在有线信道下， 正交频分复用技术（OFDM）应用已经特别成熟，但将其应用到白光 LED光通信系统，还需解决数据同步、接收端信号检测等问题，设置出一种运用于白光LED光通信的正交频分复用技术（OFDM）调制和解调方案硬件系统。2)对LED可见光信道进行深化分析。可见光通信系统具有与红外无线通信不同的信道冲激响应，这两种系统中引至少间干扰（ISI）的缘由也不相同，须要对多光源、时变信道环境下的可见光通信系统的信道冲激响应和不同光路径引起的 ISI 作深化探讨，从而解决码间干扰（ISI）的影响。3)为
13、城市车辆供应一种移动导航及定位方法。将光接收机安装在道路边或汽车上，而汽车和路灯照明基本上都采纳LED灯，组成交通限制无线网络。通过这种无线网络给汽车供应导航，定位，以及各条道路的详细路况。这是LED可见光无线通信技术应用在交通的智能交通系统。室内可见光无线通信技术目前仍处于初始阶段，白光 LED就照明而言具有较大的优势，也具有巨大的发展潜力，它是一种绿色、节能的照明光源。信任随着白光LED价格的大幅度下降，白光 LED 在照明拥有肯定的主导市场，而通信技术与白光LED结合的探讨将会得到进一步的发展，届时将会在通信领域起着特别重要的作用。另外，白光LED无线光通信系统在将来5G通信网络中扮演特别重要的角色，从而得到快速的发展。参考资料刘宏展, 吕晓旭, 王发强,等. 白光LED照明的可见光通信的现状及发展J. 光通信技术, 2009, 33(7).杨宇, 张建昆, 刘博,等. LED非线性对基于正交频分复用可见光通信系统的影响J. 中国激光, 2011(8).杨宇, 刘博, 张建昆,等. 一种基于大功率LED照明灯的可见光通信系统J. 光电子：激光, 2011, 22(6).骆宏图, 陈长缨, 傅倩,等. 白光LED室内可见光通信的关键技术J. 光通信技术, 2011, 35(2)
