a 新产品新技术
改善室内可见光通信系统性能的关键技术
傅倩陈长缨洪岳邓韡
（暨南大学）
摘要：可见光通信是一项新兴的基于白光LED的无线光通信技术。可见光通信系统可以实现照明和通信的双重作用。通过分析影响白光LED通信性能的因素，对室内可见光通信中提高系统整体性能的若干关键技术进行了研究讨论，为改善白光LED通信系统性能提供进一步努力的依据。
关键词：可见光通信；白光LED；室内无线光通信
1 引言
可见光通信技术（Visible Light Communication，简称VLC）是随着白光LED照明技术的发展而兴起的无线光通信技术，可分为室内可见光通信和室外可见光通信两大类。白光LED具有功耗低、寿命长、尺寸小、绿色环保等优点，被认为终将取代荧光灯、白炽灯等传统照明光源，成为下一代固体照明光源。与传统照明光源相比，白光LED又具有响应时间短、具备高速调制的特性。设计基于白光LED的室内可见光无线通信系统和网络，可实现照明和通信的双重作用。目前，可见光通信大多处于实验阶段，虽然整体系统已有实现，但与可见光通信的实用还有一定的距离，系统的各项性能有待进一步优化。
2 系统发展概述
国内外研究人员对基于白光LED照明光源的可见光通信的研究，大多集中在跟踪报道、基础理论研究、计算机模拟仿真计算方向等方面，系统的整体设计分析和应用还不完善。以下是近几年来国内外有关可见光通信系统的整体开发和研制进展。
2004年，Takakuni等对基于白光LED灯的整体通信系统进行了初步实验研究，该系统[1]利用桌面LED 照明台灯向用户提供广播信息，结构简单，但系统通信距离较短，数据传输速率较低。2008年，太阳诱电株式会社在“2008年日本电子高新科技博览会”上现场演示了采用白光LED的高速无线通信系统，最大数据传输速率可达100Mb/s[2]。该系统实现了双向全双工高速通信，但是最大传输距离仅为0.2m左右。当通信距离超过0.2m时，随着通信距离的增加，系统的误码率增大。
2006年，暨南大学的陈长缨 [3]、胡国永[4]等提出利用白光LED照明光源用作室内无线通信，设计并实现了近距离(0.2m)、点对点的白光LED通信系统。该系统成功实现了10MHz的传输速率下，FM信号的正确传输。2008年，暨南大学的陈长缨研究组在前期工作的基础上，利用白光LED阵列光源解决了前期系统通信距离短、无法达到照明要求等问题，设计并实现了实用照明的室内可见光通信系统。该系统成功实现4Mbit带宽的数字视频信号使用可见光进行传输，信号传输距离超过了2.5m。
3 提高室内可见光通信系统性能的相关技术 3.1 阵列光源的布局设计
在VLC系统中，光源的布局是影响系统性能的一个关键因素。光源布局需要考虑两个方面，一是组成白光LED阵列光源的内部LED灯的排布（个数及排列）；二是室内LED的整体布局（个数及室内分布）。通过两方面的合理布局可以使室内光分布同时满足照明和通信的需要。
在设计照明兼通信的室内光源时，为符合照明场所国际标准的亮度分布要求，LED光源最终设计成白光LED的阵列形式。组成每个LED阵列所需的白光LED的总个数取决于LED间隔的大小，间隔的取值，应平衡中心区域光强度与所需LED个数。LED的排列需要考虑接收面的照度要求和光强分布。LED的数
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傅倩 陈长缨 洪岳等：改善室内可见光通信系统性能的关键技术
目和排列需合理设计，在达到室内照明标准的同时也要考虑码间串扰（ISI ）的影响。
在室内VLC 系统中，要使通信效果达到最优，应根据房间的大小以及室内设施，使房间内同一水平面上分布的光功率变化最小，尽量避免通信盲区的出现。由于行人、设备等的遮挡，会在接收机表面形成“阴影”，影响通信性能。对照明来讲，室内安装的照明灯越多，可以降低“阴影”效应，同时接收功率大大增加，但多个不同的光路径会使得ISI 越严重。因此，合理安排LED 阵列光源的布局尤为关键[5]。 3.2 驱动电路优化设计
调制带宽是衡量LED 的调制能力的参数，是LED 用于无线光通信的重要参数之一，它关系到LED 的数据传输速度大小。
LED 的调制带宽主要受有源区载流子复合寿命和PN 结结电容的影响。在白光LED 制造工艺上，除了减少载流子复合寿命和减小寄生电容，我们还可采用具有很大的潜在调制带宽的多芯片型白光LED 。此外，通过外部驱动电路的优化设计也是提高LED 调制能力的一种方法。考虑到抑制电磁干扰、噪声干扰、温漂、光功率补偿等，用于数字视频信源码流传输的白光LED 高速调制驱动电路设计方案[6]如图1所示。晶体管BG1和BG2组成发射极耦合式开关，BG3和稳压二极管Dz 组成恒流源电路，给LED 支路提供稳定的驱动电流。由于该电路超越了线性范围工作，即使输入端过激励时，其仍没有达到饱和，所以开关速率更高，计算表明该电路可响应300Mb/s 以上的数字信号。 2010年第2期自动化与信息工程 5
3.3 均衡技术
国外研究人员通过在白光LED 通信系统中引入
均衡技术来提高系统的调制带宽[7]。
以16个LED 作为光源，同时借助于16组略有差异的调谐驱动电路使每个LED 具有不同的峰值频率。每个LED 的前置均衡电路都由一个缓存器、谐振电路、谐振电容、谐振电感以及直流源组成（将产生的直流信号叠加到原始信号上）。通过实验证明，采用均衡技术将LED 的调制带宽从3MHz 提高到了25MHz ，同时相应地降低了系统的误码率。在接收端也引入了均衡技术，在实验中接收端的均衡方案由一个简单的一阶模拟均衡器组成。最终的实验测试表明，收发两端引入均衡技术后，系统可以在保持10-6级误码率的同时提供超过75Mb/s 的传输速率。假如适度增加均衡方案的复杂性，可以进一步优化系统性能。其中的一个设计方案表明，在一个中等大小的房间里通信的速率有潜力达到100Mb/s 。
3.4 正交频分复用技术
早在2001年，日本庆应大学中川研究室就提出，为提高传输的数据率，在VLC 中引入正交频分复用（OFDM ）调制方式的必要性。OFDM 技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。由于OFDM 具有很强的抗多径能力，已经在高速无线通信中获得了广泛应用。对无线光通信来说，多径传播是引入ISI 的主要原因，限制了通信传输速率。在基于白光LED 的VLC 系统中，也可以采用OFDM 方式降低ISI [8]。
图1 射极耦合电流开关型LED
高速调制驱动电路
国内外研究人员给出了一些利用OFDM 技术来实现可见光无线通信的方案。其中一个方案由以下几部分组成：电力线调制器、白光LED 照明阵列和OFDM 解调器[9]。在发射端，对信源电信号进行OFDM 编码，并加一直流偏置对LED 光源调制。在接收端，将接收到的OFDM 调制的光信号进行解调。提取出发射端被插入的导频信号，可以对信道状态进行实时评估和更新。在可见光OFDM 系统中，一方面将串行的高速数据并行地调制在多个正交的子载波上，降低了码速率，减少了ISI 的影响[10]。另一方面在每个OFDM 符号之间加入保护间隔，进一步消除残留的ISI 。最新信息表明，OFDM 调制一定程度上增加了白光LED 通
信系统的冗余，但仿真实验证实了可以将误码率稳定在较低水平。 3.5 信道编码技术
暨南大学陈长缨、赵俊提出一种适用于LED 数字传输的mBnB 分组编码技术[6]。分组码是通信领域应用极广的一种编码技术。通常来说，分组码是指将原始信息码字按m 比特为单位进行分组，根据一定规则用另外每组为n 比特的码字来表示，然后这些新的分组以NRZ 码或RZ 码的格式来传输。m 和n 均为正整数，且n>m ，一般有n=m+1。常用的有1B2B （曼彻斯特码）、3B4B 、5B6B 、6B8B 等。mBnB 码的优点有：①功率谱形状较好；②连0，连1个数有限，没有基线漂移问题；③提供可靠的误码监测和字同步手段。实验证明，6B8B 编码的光信号在通信距离r=0.5m ～2.5m 范围内受LED 的个数、电阻及串口模块分频的影响不大。利用6B8B 编码技术，可以保证系统高速传输数据的同时，信号传输距离超过2.5m 。该研究组正在寻找一种更加适合白光LED 通信的mBnB 分组编码方式，以进一步改进通信效能。 3.6 分集接收技术
一种基于分集技术的光接收机技术可以用来克服码间干扰和阴影的影响[11]。分集接收的思想就是在接收机的不同方向上安装多个光电探测器，对多个探测器接收到的信号进行比较，选取信噪比最大的信号进行通信。
分集接收电路的设计根据信号传输速率的不同分为两类。在通信速率不是很高时（通常低于100M 时），采用低速率分集接收装置，就是简单地将多个信号直接相加，总体上提高接收信号的功率，如图2所示。当传输速率超过100M 时，由于码间串扰的影响，不能将信号直接相加，必须设计
专门的控制电路对信道进行自动判决和选择，高速率分集接收装置如图3所示。在高速通信中，信噪比最大的方向为直射链接的方向。此时，应选取最接近直
射链接的方向作为最佳接收方向。
在接收机的不同方向上安装的多个光电探测器均匀分布于一
个半球面上，这样在减少探测器个数的同时又提高了接收效果。只要不是整个接收机被遮住，通信就不会中断。关于探测器的个数和布局，需要根据具体环境和通信性能要求决定。
图3
高速率分集接收探测器原理框图
理论计算和计算机仿真结果表明，采用分集接收系统，能很好地克服不同路径引起的码间干扰的影响。而且，当接收机随用户位置改变或室内有人员走动和其他物体产生阴影时，通过分集接收系统自动判决和选择，不需要人工设置就能保证通信系统的畅通。实验证明，在高速通信中，采用分集接收技术的系统信噪比平均提高了2dB ，有效提高了系统性能。 3.7 自适应传输技术
采用自适应收发器的方案，可有效减缓光无线通信中信噪比的剧烈波动[7]。在发射端，借助一个信号处理器（DSP ）来完成对机电定向系统的实时控制。
DSP 被广泛应用于现代通信中，使通信系统获得更高的信噪比、更好的灵活性及调节预见性。对白噪声、非平衡干扰和多径干扰，可以有相应的实现方法去进行最佳的信号处理。在接收端，采用单一的光电检测器简化对光前端的设计。这个优化设计方案采用定向机制将更多的光能量集中到单一信道，一方面由于接收端视场的减小降低了环境噪声对系统性能的影响，另一方面大大提高了系统抗多径畸变的能力。
图2
低速率分集接收探测器原理框图
4 可见光通信应用的展望
凡是用LED 进行照明和指示的设备加上通信的功能即可衍生出新用途：
在博物馆、展会等场馆内，参观者只要手持相应的接收设备（如手机），就可以随时随地接收加载了信息的LED 灯传输的文字、声音、图像等，使讲解更加生动。
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傅倩 陈长缨 洪岳等：改善室内可见光通信系统性能的关键技术
[1] Douseki, TaKakuni. A batteryless optical-wireless system with
white-led illumination[C].IEEE Int. Symp. Person Indoor Mobile Radio Commun (PIMRC2004), Barcelona, Spain, 2004,4:2529-2533
此技术可应用于一些小商品如手电筒、玩具、礼品等LED 上，如电子钱包手机、入场券的LED 请柬、互相打招呼的玩具等等。
大屏幕LED 显示以及LED 交通信号灯，成为实时信息下载平台，人们用手机对准即可下载屏幕上的显示内容：商品广告、股市行情、实时交通信息等。
[2] 蓬田宏树.太阳诱电试制采用白色LED,数据传输速度
100Mbps 的通信系统[EB/OL].2008-10-8[2009-04-09]. https://www.doczj.com/doc/883855328.html,/news/mobi/38761-200810080121.html
在白光LED 照明未来最大的市场——车用照明领域，构成汽车大功率LED 前照灯信息传输系统[12]。将车牌号、车速、载重量等多种信息自动瞬时地传输到各种交通监测设备，实现自动缴费、车量登记、测速等，解决目前智能交通系统ITS 中最为头痛的车辆信息采集问题。LED 尾灯也可与后车快速传递路况、刹车等信息，避免交通事故的发生。
[3] 广州市2006年科技计划合同书（项目编号2006Z3-D0201）
2006-6-15
[4] 胡国永,陈长缨,陈振强.白光LED 照明光源用作室内无线通
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5总结
在照明领域，基于白光LED 可见光通信的推广应用增加了半导体照明的附加值，有助于提高LED 照明对现有照明光源的竞争力。在通信领域，它已成为光无线通信领域一个新的增长点。可见光通信具有不占用频谱资源、发射功率高、无处不在、无电磁干扰、节约能源等优点，具有极大的发展前景。但是，要真正实现室内超高速光无线数据通信，还有很多挑战需要面对，如光源及其布局、调制解调和编解码技术、无线信道传输和复用技术、码间干扰的克服技术等相关技术需要进一步优化。 [8] V.Jungniekel,V.Pohl,S.N?nnig,and C.vonHelmolt.A physical
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参考文献
Key Technologies of Improving System Performance of Indoor Visible Light
Communication
Fu Qian Chen Changying Hong Yue Deng Wei
（Jinan University ）
Abstract: Visible light communication(VLC) is a novel wireless optical communication technology based on white LED
lights. In VLC system, white LEDs are used not only as the illuminator in the rooms, but also as the source of the communication system. By analyzing the effect factors on white-light LED communication's performance, key techniques improving whole performance of the system of indoor visible light communication are discussed, provided a better basis for the further efforts to improve the performance of white-light LED communication system.
Key Words: Visible Light Communication(VLC); White LED; Indoor Wireless Communication
作者简介：
傅倩，女，1985年2月出生，硕士研究生，主要研究方向为可见光通信技术。
2010年第2期自动化与信息工程 7
可见光通信系统研究 摘要 目前室内无线通信能满足要求的最好选择就是白光LED。白光LED在提供室内照明的同时，被用作通信光源有望实现室内无线高速数据接入。目前，商品化的大功率白光LED功率已经达到5W，发光效率也已经达到90lm/W，其发光效率（流明效率）已经超过白炽灯，接近荧光灯。白光LED的光效超过100lm/W并达到200lm/W（可以完全取代现有的照明设备）在不久的将来即可实现。因而LED照明光通信技术具有极大的发展前景，已引起人们的广泛关注和研究。论文主要对基于白光LED的室内可见光通信系统进行了研究。 本文在对白光LED用作通信光源时的伏安特性、光谱特性和调制特性等物理特性做深入分析的基础上，重点研究了白光LED照明光源通信系统的组成结构和系统设计，并设计出了白光LED调制和发射电路。给出了一种求LED照明灯室内布局的方法，仿真结果表明，该方法可以较好地解决可见光通信系统的室内LED照明灯的最优布局问题。采用直射式链路形式和光强度调制一直接检测技术，可以实现对白光LED的高速调制，并设计出了用于接收可见光信号和信号解调的光接收电路，完成了白光LED的可见光通信收发实验并给出了实验结果。 绪论 VLC VLC是一种在白光LED技术上发展起来的新兴的无线光通信技术。白光LED具有功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保等优点，特别是其响应灵敏度非常高，因此可以用来进行超高速数据通信。与传统的射频通信和FSO相比，VLC具有发射功率高、无电磁干扰、节约能源等优点，在VLC系统中，白光LED具有通信与照明的双重作用，这是因为白光LED的亮度很高，且调制速率非常高，人的眼睛完全感觉不到光的闪烁，因而VLC技术具有极大的发展前景，已引起人们的广泛关注和研究。 与FSO和射频通信相比，VLC主要有一下几个优点： 1 可见光对人体相对安全，无伤害。Vlc系统主要使用室内LED照明灯来传送数据，对人体辐射小。 2 VLC无处不在。几乎生活中的每一处都有照明灯，因此用于通信的照明灯可以安装在任何地方，可以比较方便的传输无线数据。 3 发射功率较高。相比于红外通信，由于红外通信对人的眼睛损伤较大，发射功率需要压制到相当低，系统的性能因此将受到严重的限制。而对于射频通信，其射频信号对人体的损伤又比较大，也需要限制其
兰州交通大学本科生课程设计 中文题目:可见光通信技术的应用 英文题目: The Application of The VLC Technology 课程：现代传输技术 学院：电信学院 专业：通信工程 班级：通信1302班 组长：XXX 组员：XXX XXXXXX 指导教师：高丽 完成日期： 2016年7月 7 日 成绩：
目录 目录 摘要 (1) Abstract (1) 1 可见光(VLC)通信技术概述 (2) 1.1 VLC的研究背景 (2) 1.2 VLC的简介 (2) 1.3 VLC的发展现状 (2) 1.4 VLC的特点 (4) 2.传输原理 (5) 2.1概述 (5) 2.2组成 (5) 2.3 信号调制 (5) 2.4 信号解调 (6) 2.5关键技术研究 (7) 2.5.1光源 (7) 2.5.2光源布局 (7) 2.6最佳LED灯个数 (7) 2.7接收机FOV的选择 (8) 2.8不同光路径引起的ISI (8) 3可见光通信应用 (9) 3.1创新应用 (9) 3.2存在问题 (9) 3.3 VCL的基本应用 (10) 3.3.1室内（Indoor）应用 (10) 3.3.2室外（Outdoor）应用 (11) 3.4可见光的应用延伸 (12) 3.4.1实现室内定位导航 (12) 3.4.2 灯光无线 (14) 3.4.3结束乘飞机无通信时代 (14) 结束语 (15) 参考文献 (16)
摘要 用室内照明的白光LED光源作为通信基站进行信息无线传输的技术是当前国外光无线通信领域的研究热点之一，是一项有发展前景的新兴技术。这也将可见光通信技术带到了众人的面前。可见光通信技术是一种新兴的无线光通信技术,随着白光LED的发明及应用,可见光通信技术得到了良好的发展。白光LED不仅可以提供室内照明,而且可以应用到无线光通信系统中满足室内个人网络需求。在照明方面,白光LED的节能、环保等特点被认为终将取代荧光灯、白炽灯等传统照明光源,成为下一代固体照明光源。与此同时,白光LED又具有响应时间短,加之其具有高速调制特性,可以设计出基于白光LED的室内可见光无线通信系统。由此设计出的基于白光LED的室内可见光无线通信系统,与传统的红外和无线电通信相比,具有发射功率高、无电磁干扰和无需申请频谱资源等优点。文章详细介绍了可见光通信技术在国内外的研究现状，分析了其关键技术，阐述了其巨大的优点以及应用领域上的发展趋势。 关键词：可见光通信、技术优势、发展历史、关键技术、应用展望 Abstract It is one of hot spots of optical wireless communication research field in abroad that using whiteLED light source as base station to transmit information through wireless mode currentl y, which is an promisingnew technology. This trend brings the visible light communication int o our attention. Visible light communication technology is an emerging wireless optical communication technology. The visible light communication technology has a good development with the invention and application of LED white light. White LED can not only provide indoor lighting, but also can be applied to wireless optical communication system network to meet the individual needs of the indoor. In the lighting, white LED has energy-saving, environmental protection and other features, that fluorescent, incandescent,In this paper I introduce the current situation of visible light communication by white LEDs at home and abroad in detail, analyze the key techniques and clarify the advantag es and development trend of thesystem. Key Words:visible light communication, advantages, key technologies, developing history, dev elopments
浅谈可见光通信及其应用 如今，无线通信技术已经非常发达，我们已经能够轻松地在生活中的任何地方任何时间通过无线网络接入互联网。随着网络频段资源的枯竭，以及网络干扰，网络泄密问题的日益严峻，能克服上述问题新的网络通信技术应运而生，其中最有发展前景的当属可见光通信技术。 可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的一种传输技术。将高速因特网的装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。与目前使用的无线局域网相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。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，就可以长时间下载和上传数据。该系统还具有安全性高的特点：用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外。另外，可见光通信建立在照明灯的基础上，不需要额外供电系统，同时减少电磁辐射对人的影响。可见，在家庭应用领域，可见光通信相比现在的无线电波是有很大优势的。 可见光通信还将在一些对电磁信号敏感的领域发挥重要作用。例如，飞机上的通讯需求将可得到满足。目前无线终端发出的射频信号会对飞机的导航和通讯系统造成干扰，容易影响飞行安全，所以飞机上乘客的通信愿望是要被限制的，但是有了可见光通信，只需在飞机上加装一个中央控制器，将接收到的卫星信号输送到乘客座位上的LED阅读灯上，此时的LED阅读灯作为一个网络接入点，接收并发射信息，放置在其下方的笔记本电脑就能接入互联网；再比如医院，高频电磁波类型的无线通信干扰可能会对某些仪器造成损害，特别是在手术中，那
可见光通信技术研究现状介绍 作为一种新兴的通信技术，LED可见光通信提出的历史不算久远，早在2000年以前，就有研究人员提出利用LED发出的光来进行通信的设想，并付诸实验，实现了一些简单的通信系统[1-6]。在这些设想中，最具代表性的是香港大学的Grantham Pang于1999年提出的实现方案，他们的实验小组搭建并演示了基于可见光LED的音频信号传输系统[3]。这些设想方案提出时，LED照明技术还没有受到重视，对LED可见光通信的关键技术也没有进行深入研究，其影响力有限。 2000年，日本Keio大学M. Nakagawa教授领导的研究团队提出了一种利用白光LED实现室内可见光接入的方案，并针对室内可见光通信信道进行建模仿真和分析计算，实现了10Mbps的室内可见光通信接入方案[8]，正是这一成果被视为可见光通信领域具有影响力的开创性研究，之后，可见光通信技术开始受到世界各地研究人员的重视。 1 国外研究现状 1.1 日本方面 日本方面，在庆应义塾大学(KeioUniversity)的M. Nakagawa研究团队提出LED可见光通信的接入方案后，这种技术在日本国内非常受重视。先后有名古屋大学(Nagoya Univesity)、东京理科大学(Tokyo University of Science)、长冈技术科学大学(Nagaoka University of Technology)、日本电信电话(NTT Cooperation)的科研团队参与研究。在可见光通信的各类应用方面，日本的研究人员做了大量的工作，从局域网高速互连、LED显示器数据下载、智能交通系统、智能灯塔到测量等种类繁多。 2001年，庆应义塾大学的研究人员首先研究了利用交通灯进行可见光通信，并对系统的调制方式、所需的信噪比以及通信速率等特性[9]进行了分析。同年，他们研究了OOK调制技术和OFDM技术在室内可见光通信的应用。研究结果表明：OOK调制方式在较低速率下（如100Mbps以下）非常有效，而在高速率情况下，选择OFDM调制方式性能更佳[10]。之后，他们又进一步提出在道路照明系统中加入可见光通信功能，以减少交通事故的发生，通过用符合照明要求的LED进行实验获得成功[11]。2004年，M. Nakagawa研究团队对LED室内可见光通信系统的可行性进一步分析，对光源进行建模，仿真了在多盏灯照射下室内光照分布、信道冲激响应，并对有无反射情况下的室内信噪比分布、符号间干扰等参数进行了研究。在此基础上，他们还研究了接收端FOV(Field of View)视场角大小对系统速率的影响，并得到结论：当接收端视场角足够小时，可见光通信的
武汉工业学院学生毕业设计（论文）开题报告表
为二进制OOK(开关键控)编码。但由于OFDM可以有效地对抗多径传播所造成的符号间干扰，其实现复杂度比采用均衡器的单载波系统小很多。因此采用OFDM调制技术具有良好的发展前景。 2.LED驱动设计 因为LED正向伏安特性非常陡(即正向动态电阻特别小)，于是给LED供电不会像普通白炽灯那样直接用电压源供电，否则电压波动稍微增大，电流就会急剧增大到将LED烧毁的程度。因此为了能够稳定LED的工作电流，保证LED能够正常并稳定地工作，各种各样的LED驱动电路就应运而生。在LED可见光通信中，由于几百兆的数据传输速率，要求LED 光源急速点亮与熄灭，必需考虑LED的响应时间，这也对LED驱动电路提出了更高的要求。 3.LED伏安特性 由前节我们已经知道了LED具有普通二极管的伏安性，可分为工作区、正向死区、截止区和击穿区四个区。为了使LED能够达到正常发光的目的，就要保证能够使他的状态稳定在工作区。 4.LED调制特性 白光LED的响应时间通常在纳秒级，因此，白光LED可以达到极高的调制速率，这也是LED在可见光通信受到欢迎的原因。白光LED的最大调制速率是指在一定的调制方法下，LED 输出的光亮度降低至某一个低频参考值的二分之一时刻的频率。据实际经验知道，不同的LED调制速率是不同的，他基本由LED本身的特征决定。在LED上通过较低的电流时结电容是限制调制速率的主要原因，也就是零偏压情况下LED的电容值。而当偏置电流逐渐提高时，这时调制速率就基本由注入到有源区的载流子的寿命来确定。 LED的另一个参数值响应时间也需要我们考虑。响应时间是用来描述LED亮度随开关闭合反应快慢的。响应时间我们可以定义为LED由点亮到熄灭或由熄灭到点亮所延迟的时间的长短。上升时间t1表示LED的由熄灭到点亮时间用的时间也就是指从闭合开光从发光亮度上升到额定功率的10%开始计时直到亮度达到额定功率的90%所需要的时间。同理，下降时间t2是指LED由发亮到熄灭时间定义为LED由正常点亮，断开开关后，亮度降至额定功率
可见光通信技术前景广阔的通信新领域
目录 前言 (2) 可见光通信技术介绍 (2) 可见光通信技术的特点 (3) 光通信的发展历程 (4) 可见光通信技术的发展 (5) 应用邻域 (7) LED灯=高速网络连接 (7) 未来飞机上也能打电话 (8) “光通讯”将挺进传统通讯禁区 (8) “光通讯”运用于日常生活中 (9) 参考文献 (10)
前言 在通信技术发达的现在，网络信号的传输速度与方式已经有了大幅度的提高与改进。但在多年的应用检验下，这些网络信号传输方式仍旧存在一些众所周知的不足。以现如今流行的Wi-Fi举例：它存在地区限制，在同一时间容纳的用户数量的限制，稳定性与抗干扰能力也有待提高。 但是你可曾想过有这么一天，有灯光的地方，就有网络信号。点一盏LED灯，就能上网。只要一盏1W的LED灯珠，就能够“一拖四”，使灯光下的4台电脑同时上网，平均上网速率达到150M，这样的方便快捷到秒杀Wi-Fi的新技术你向往吗？ 而这种技术便是被称为Li-fi的可见光通信技术。 可见光通信技术介绍 可见光通信技术(Visible Light Communication，VLC)是指利用可见光波段的光作为信息载体，不使用光纤等有线信道的传输介质，而在空气中直接传输光信号的通信方式。它能够同时实现照明与通信的功能，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，是理想的室内高速无线接入方案，在全球已经成为了研究的热点。与目前使用的无线局域网（无线LAN）相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度
可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。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，就可以长时间下载和上传高清晰画像和动画等数据。 可见光通信技术的特点 无线电信号传输设备存在很多局限性，它们稀有、昂贵、但效率不高，比如手机，全球数百万个基站帮助其增强信号，但大部分能量却消耗在冷却上，效率只有5%。相比之下，全世界使用的灯泡却取之不尽，尤其在国内LED光源正在大规模取代传统白炽灯。只要在任何不起眼的LED灯泡中增加一个微芯片，便可让灯泡变成无线网络发射器。 该系统还具有安全性高的特点。用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，同时使用多台电脑也不会影响通信速度。由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。而且，光谱比无线电频谱大10000倍，意味着更大的带宽和更高的速度，网络设置又几乎不需要任何新的基础设施。
基于MIMO技术的可见光通信系统的研究 王旭颖;梁忠诚 【期刊名称】《光通信技术》 【年(卷),期】2013(037)001 【摘要】Discussed the application of MIMO in visible light parallel communication system, explore and, construct a more efficient VLC parallel communication system which is suitable for indoor. According to this plan set up a physical demonstration system and to validate its feasibility, the lens is applicated to build the imaging system, further improved the system model, the feasibility of this method has been verified by the experiment.%讨论了MIMO技术思想在可见光并行通信系统中的应用,探索并构建了一种更加高效的室内VLC并行通信系统.根据该方案搭建了实物演示系统,验证了其可行性,应用透镜搭建成像系统,进一步完善了系统模型,通过实验演示验证了其可行性. 【总页数】4页(56-59) 【关键词】可见光通信;LED;并行通信;MIMO 【作者】王旭颖;梁忠诚 【作者单位】南京邮电大学光电工程学院,南京210046 【正文语种】中文 【中图分类】TN929.1 【相关文献】 1.MIMO室内可见光通信系统仿真研究 [J], 王涛; 胡文芳; 李梅菊
可见光通信及其关键技术研究 摘要：用室内照明的白光LED光源作为通信基站进行信息无线传输的技术是当前国外光无线通信领域的研究热点之一，是一项有发展前景的新兴技术。这也将可见光通信技术带到了众人的面前。文章详细介绍了可见光通信技术在国内外的研究现状，分析了其关键技术，阐述了其巨大的优点以及应用领域上的发展趋势。 关键词：可见光通信、技术优势、发展历史、关键技术、应用展望 Studies on the visible light communication and itskey technologies Jieyong He Optical Engineering, School of Physics, Sun Yat-sen University, User ID:15212250 Abstract It is one of hot spots of optical wireless communication research field in abroad that using whiteLED light source as base station to transmit information through wireless mode currently, which is an promisingnew technology. This trend brings the visible light communication into our attention. In this paper I introduce the current situation of visible light communication bywhite LEDs at home and abroad in detail, analyze the key techniques and clarify the advantages and development trend of thesystem. Key Words:visible light communication, advantages, key technologies, developing history, developments 1可见光通信介绍 近年来，被誉为“绿色照明”的半导体（LED）照明技术发展迅猛。与传统照明光源相比，白光LED 不仅功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保，更具有调制性能好、响应灵敏度高等优点。利用LED 的这种特性，它用作照明的同时，还可以把信号调制到LED 可见光束上进行传输，实现一种新兴的光无线通信技术，即可见光通信（indoor visible light communication，VLC）技术。 1.1可见光通信技术概述 一直以来，在一个人的头顶上画一个闪亮的灯泡，被用来象征一个发明家的灵光乍现，但是德国物理学家哈拉尔德·哈斯(Hass H.)由灯泡本身“点亮”了奇思妙想：依赖一盏小小的灯，将看不见的网络信号，变成“看得见”的网络信号。哈斯和他在英国爱丁堡大学的团队最新发明了一种专利技术，利用闪烁的灯光来传输数字信息，这个过程被称为可见光通信，人们常把它亲切地称为“LIFI”，以示它能给目前以WIFI为代表的无线网络传输技术可能带来革命性的改变。 可见光通信（VLC）是将发光二极管（LED）等可见光发出的肉眼察觉不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的。VLC结构由两个部分组成，一个是VLC发送部分，另一个是VLC接收部分。发送部分处，将需要传输的数据加载在光载波信号上，并进行调制，然后到达接收部分，即利用光电转换器件接收光载波并解调以获取信息。 可见光通信系统能够覆盖灯光所能达到的范围，不需要电线连接。与目前使用的无线局域网（无线LAN）相比，可见光通信系统可以利用照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数
收稿日期:2006-01-05. 基金项目:陕西省/火矩计划0项目(2002HK 52);陕西省教育厅科技资助项目(04JK247).动态综述 可见光通信及其关键技术研究 丁德强1,2,柯熙政1 (1.西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西西安710048;2.西安通信学院,陕西西安710106) 摘 要: 可见光通信系统采用白光发光二极管(LED)作为光源,因而系统具有通信与照明的双重作用,极大地节约了能源。描述了可见光通信的结构与特点,对可见光通信的一些关键技术做了简单的研究,并介绍了可见光通信的发展动态。 关键词: 可见光通信;白光LED;视场;码间干扰 中图分类号:T N929.11 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2006)02-0114-04 Visible Light C ommu nication and Research on Its Key Techniques DIN G De -qiang 1,2,KE X-i zheng 1 (1.School of Automation &Information Engineering,Xi p an University of Technology,Xi p an 710048,C HN; 2.X i p an Comm unication C ollege,Xi p an 710106,CHN) Abstract: The visible lig ht comm unication (VLC )is a kind of optical wireless com munication that uses the w hite LEDs.In VLC system,w hite LEDs are used not only as the illum inator in the roo ms,but also as the source of the co mmunication system.The config uration,character istics and key techniques of v isible light com munication ar e described.T he devo lopm ent status in the field of VLC is intro duced. Key words: visible light co mmunication;white LED;field of view ;inter sym bo l interference 1 引言 高亮度白光发光二极管(LED)面世后,随着光效的逐步提高,其应用从显示领域逐步扩展到照明领域,并且发展迅速。与传统的照明设备相比,白光LED 具有功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保等优点,被视为第四代节能环保型照明产品[1] 。白光LED 的另外一个突出优点是响应灵敏度非常高,因此可以用LED 进行超高速数据通信。可见光通信(visible light communicatio n,VLC)是一种在白光LED 技术上发展起来的新兴的光无线通信技术。与传统的射频通信和其他光无线通信相比,可见光通信具有发射功率高、无电磁干扰、节约能源等优 点,因而可见光通信技术具有极大的发展前景,已引起人们的广泛关注和研究 [2,3] 。 2 基本结构及其特点 图1所示为可见光通信在办公室内的典型应用配置图。可见光通信作为一种无线的光通信方式,其系统包括下行链路(dow n link)和上行链路(up link)两部分。下行链路包括发射和接收两部分。其发射部分主要由白光LED 光源和相应信号处理单元组成,白光LED 光源发出的已调制光以很大的发射角在空间中朝各个方向传播。由于室内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,因而在发射机和接收机之间存在若干条不同的光路径,不同的光路径到达接收机的时间不同,将引起所谓的码间干扰(ISI )。由于白光LED 光源发出的是 # 114#
你还在抱怨WIFI热点太少、信号不稳定吗？未来，有电灯泡你就有无线网络信号，而且传输速度可高达1Gbps远高于WIFI。该技术由英国大学科技人员Herald Haas和他的团队发明——利用一束光来传输数据，这类技术常被称作可见光通信（VLC）。不过，要实现该技术并不是没有障碍。首先，可见光无法穿透物体，因此信号会被切断。另外，手机如何接收光通信信息，也是个难题。 LED灯泡加装微芯片传递数据 据国外媒体报道，Haas表示，他最大的梦想是将电灯泡变为宽带通信设备。这样电灯泡不仅能提供照明，也将成为一款必要的工具。Haas认为，通过给普通的LED灯泡加装微芯片，使灯泡以极快的速度闪烁，就可以利用灯泡发送数据。 灯泡的闪烁频率达到数百万次每秒，对人的裸眼来说，这样的闪烁不可见，只有光敏接收器才能探测到。通过这种方式，LED灯泡可以快速传输二进制编码。 这一技术的好处显而易见：只要你身边有电灯泡，就可以获得无线互联网连接。据估计，目前全世界的电灯泡数量约有140亿盏。 传输速度可高达1Gbps 这一可见光通信技术被简称为“LIFI”，其优点并不仅仅是可以让世界上任何路灯都成为互联网接入点，还可以节约日渐稀缺的射频频谱资源。目前，作为无线数据传输的最主要技术，WIFI利用了射频信号。然而，无线电波在整个电磁频谱中仅占很小的一部分。但随着用户对无线互联网需求的增长，可用的射频频谱正越来越少。 这就是为什么当你周围上网的人越来越多，你的网速会变得越来越慢。3G无线网络如此，WIFI网络同样如此。按照Facebook创始人、CEO马克·扎克伯格（Mark Zuckerberg）的预计，未来10年人们分享的信息量将相当于目前的1000倍。 Haas表示，他的技术将是解决问题的重要部分， “可见光频谱的宽度达到射频频谱的1万倍。”这意味着可见光通信能带来更高的带宽。Haas表示，“LIFI”技术能带来高达1Gbps的数据传输速度，远高于4G网络。另外，该技术几乎不需要再新建基础设施。 实现该技术需跨三大障碍 手机很快就能使用LIFI了吗？未必！尽管该技术有着无可比拟的优点，但其缺陷也同样明显。技术人士称，可见光无法穿透物体，因此如果接收器被阻挡，那么信号将被切断。同时，手机、平板电脑等设备如何接受可见光通信信号、稳定性如何，也尚无定论。另外，140亿盏灯，貌似是140亿个热点，无论室内室外皆有，但安全性却堪忧。 Haas认为，可见光通信并不是WIFI的竞争对手，而是一种相互补充的技术。如果光信号被阻挡，而用户需要使用设备发送信息，就可以无缝地切换至射频信号。 他表示，用户仍然需要WIFI射频通信系统。在短期内，可见光通信也许可以小范围实现一
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/883855328.html, 可见光通信技术的发展趋势 作者：魏访 来源：《电子技术与软件工程》2017年第19期 摘要依托LED光源的快速调制特征，可达成集照明、通信于一体的可见光通信。文章通过阐述可见光通信技术，分析可见光通信关键技术，对可见光通信技术应用前景展开探讨，旨在为如何促进可见光通信技术有序健康发展研究适用提供一些思路。 【关键词】可见光通信技术发展应用前景 依托LED光源的快速调制特征，可达成集照明、通信于一体的可见光通信。可见光通信关键技术是基于对三维融合的达成，将芯片模块加在LED灯电路中，进而实现无线路由器、通信基站以及GPS等功能。相较于传统技术，可见光通信技术凭借其可利用频带宽、安全性高，无电磁干扰，无需频段许可授权等优势，为新型多媒体通信发展提供了可靠保障。由此可见，对可见光通信技术的发展趋势开展研究，有着十分重要的现实意义。 1 可见光通信技术概述 可见光通信技术是借助LED发出高速明暗闪烁信息以实现信息传递，LED每秒闪烁速可达数百万次。可见光通信技术是移动系统的一种补充接入方式，有着极为丰富的频率资源，可为用户提供丰富的无线频谱，实现在电磁信号敏感或电磁受限前提下的便捷使用。可见光通信系统，如图1所示，以LED照明设备对无线局域网基站进行取代，无需再装置任何其他基础设施。仅需在LED照明范围内，便可达成不间断高速数据传输，速率在每秒数十兆到数百兆之间，其光谱宽可达到无线电频谱宽的万倍以上。除此之外，可见光通信系统有着十分可靠的安全性，仅需拉上遮光帘，便可防止出现信息泄漏情况。 2 可见光通信关键技术相关研究 2.1 发光二极管个数 可见光通信系统中，技术人员往往将发光二极管装置于房间阳光最大辐射角处，以尽可能对房间各个角度进行覆盖。然而受行人遮挡影响，光源接收机表面极易产生阴影，进而对可见光通信成效造成不利影响，为了防止引发该种情况，技术人员应当尽可能降低阴影的影响。对于房建照明而言，照明灯越多，则房间亮度越高，照明效果越显著，同时光源接收功率也越大。阴影影响得到消除，然而可见光通信系统性能依旧未得到显著改善，这是因为受光源存在一定差异影响，形成的光路径便会不同，并且不同光路径还会产生各种程度的码间干扰。由此表明，伴随发光二极管灯数量的增多，码间干扰水平会不断升高。倘若系统码率为 1000Mbps，则可将发光二极管数量调节为约3个。 2.2 接收机选择技术
可见光通信的研究 白光发光二极管(LED) 面世后，发光效率逐步提高，其应用领域逐步从显示扩展到照明。与传统的照明设备相比，白光LED 具有驱动电压低、功耗低、使用寿命长等优点，是一种绿色环保的照明器件，被视为第四代节能环保型照明设备[1]。由图1 可以看出，LED 在全球照明市场中所占据的比重正逐年递增。据专业人士预测，随着白光LED 照明技术的不断发展和完善，到2021 年，LED 将占据以上的全球商用照明灯泡市场份额[2-3]。由于白光LED 具有很高的响应灵敏度，因此可以被用于进行高速的数据通信。可见光通信(VLC) 就是在白光LED 技术上发展起来的新型的无线光通信技术。室内可见光通信系统示意图。在可见光通信系统中，白光LED 具有通信与照明的双重功能，由于LED 的调制速率非常高，人眼完全感觉不到其闪烁。可见光通信系统可利用室内白光LED 照明设备代替无线局域网基站，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，只要在室内灯光照到的地方，就可以实现长时间的高速数据传输；可见光通信系统具有安全性高的特点，室内的信息不会外泄漏到室外；由于不使用无线电波通信，在对电磁信号敏感的环境中可以自由使用该系统。除此之外，与传统的射频通信以及红外无线光通信技术相比，可见光通信还具有对人体安全、频率资源丰富等优点。 1 可见光通信的研究现状 1.1 国际上的相关研究现状由于可见光通信技术具有较好的应用前景，它在未来通信领域中占有重要的地位和价值，因此很多研究机构和电信运营公司加入到无线光通信的研究领域中来，特别是日本、欧洲、美国等国家在可见光通信的领域已经投入了大量的人力、物力以及财力。可见光通信的研究最早在日本开展。早在2000 年，中川研究室的等人就对基于白光的可见光通信信道进行了初步的数学分析和仿真计算，分析了白光作为室内照明和通信光源的可能性[4]。2002 年，中川研究室的研究人员又对可见光通信系统展开了具体的分析，包括光源属性、信道模型、噪声模型、室内不同位置的信噪比分布等[5]。2003 年，在中川正雄的倡导下，日本可见光通信联合体成立，并吸引了一大批研究单位及企业参与，包括NEC、Sony、Toshiba、等。VLCC 关于可见光通信的研究范围比较宽广，根据具体的应用场景可分为室内移动通信、可见光定位、可见光无线局域网接入、交通信号灯通信、水下可见光通信等。在可将光通信研究领域已经取得了很大的成就，例如Samsung 公司展出过工作距离为1 m 的双向可见光通信系统；中川研究室还开发了基于可见光通信的超市定位及导航系统，而且是面向商业化的产品。欧洲的OMEGA 计划也对可见光通信展开了深入的研究。OMEGA 计划由欧洲的20 多家大学科研单位和企业组成，它的目标是发展出一种全新的能够提供宽带和高速服务的室内接入网路。OMEGA 计划计划把可见光通信技术列为重要的高速接入技术之一，并且已经取得了丰硕的研究成果。2009年，牛津大学的’Brien 等人利用均衡技术实现了100 Mbit/s 的通信速率[8]；2010年，他们又利用多输入多输出和正交频分复用技术(OFDM)技术，实现了220 Mbit/s 的传输速率[9]。2010年在OMEGA 计划的年会上展出的室内可将光通信演示系统的通信速率达到了100 Mbit/s，该系统利用房间天花板上的16 个白光LED 通信，完成了4 路高清视频的实时广播。在2010年1 月，德国Heinrich Hertz 实验室的科研人员创造了可见光通信速率的世界纪录，他们利用普通商用的荧光白光LED 搭建的可见光通信系统达到了513 Mbit/s 的通信速率，并且他们通过分析认为该系统的通信速率还有提升的空间，可达到甚至 1 000 Mbit/s [10]。2011 年，实验室的科研人员又利用色光三原色(RGB)型白光LED 以及密集波分复用(WDM) 技术实现了的通信速率[11]。除了日本和欧洲的科研单位，美国的UC-Light[12]也是进行可见光通信研究的重要机构。UC-Light 依托于加州大学的 4 所分校和1 个美国国家实验室，其研究人员的研究背景涉及建筑学、无线通信、网络、照明、光学、器件等领域。UC-Light 成立的目的是开发一种基于LED 照明的高速通信和定位系统。 1.2 中国的研究现状中国的可见光通信研究起步相对较晚，与国际相比仍然落后很多，
可见光通信技术 可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，因而具有广泛的开发前景。 与使用的无线局域网（无线LAN）相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。 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，就可以长时间下载和上传高清晰画像和动画等数据。该系统还具有安全性高的特点。用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，同时使用多台电脑也不会影响通信速度。由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。 无需WiFi信号，点一盏LED灯就能上网。一种利用屋内可见光传输网络信号的国际前沿通讯技术在实验室成功实现。研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网，最高速率可达3.25G，平均上网速率达到150M，堪称世界最快的“灯光上网”。可见光通讯被称为Lifi。
无线电信号传输设备存在很多局限性，它们稀有、昂贵、但效率不高，比如手机，全球数百万个基站帮助其增强信号，但大部分能量却消耗在冷却上，效率只有5%。相比之下，全世界使用的灯泡却取之不尽，尤其在国内LED光源正在大规模取代传统白炽灯。只要在任何不起眼的LED灯泡中增加一个微芯片，便可让灯泡变成无线网络发射器。 可见光通讯安全又经济。科研人员不仅在实验室环境中利用可见光传输网络信号，并且实现能够“一拖四”，即点亮一盏小灯，4台电脑即可同时上网、互传网络信号。光和无线电波一样，都属于电磁波的一种，传播网络信号的基本原理是一致的。 给普通的LED灯泡装上微芯片，可以控制它每秒数百万次闪烁，亮了表示1,灭了代表0。由于频率太快，人眼根本觉察不到，光敏传感器却可以接收到这些变化。二进制的数据就被快速编码成灯光信号并进行了有效的传输。灯光下的电脑，通过一套特制的接收装置传输信号。有灯光的地方，就有网络信号。关掉灯，网络全无。与现有WiFi相比，未来的可见光通讯安全又经济。WiFi依赖看不见的无线电波传输，设备功率越来越大，局部电磁辐射势必增强；无线信号穿墙而过，网络信息不安全。这些安全隐患，在可见光通讯中“一扫而光”。 而且，光谱比无线电频谱大10000倍，意味着更大的带
可见光通信技术及其应用 与目前使用的无线局域网（无线LAN）相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。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，就可以长时间下载和上传高清晰画像和动画等数据。该系统还具有安全性高的特点。用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，同时使用多台电脑也不会影响通信速度。由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。 无需WiFi信号，点一盏LED灯就能上网。一种利用屋内可见光传输网络信号的国际前沿通讯技术在实验室成功实现。研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网，最高速率可达3.25G，平均上网速率达到150M，堪称世界最快的“灯光上网”。可见光通讯被称为Lifi。 无线电信号传输设备存在很多局限性，它们稀有、昂贵、但效率不高，比如手机，全球数百万个基站帮助其增强信号，但大部分能量却消耗在冷却上，效率只有5%。相比之下，全世界使用的灯泡却取之不尽，尤其在国内LED光源正在大规模取代传统白炽灯。只要在任何不起眼的LED灯泡中增加一个微芯片，便可让灯泡变成无线网络发射器。 可见光通讯安全又经济。科研人员不仅在实验室环境中利用可见光传输网络信号，并且实现能够“一拖四”，即点亮一盏小灯，4台电脑即可同时上网、互传网络信号。光和无线电波一样，都属于电磁波的一种，传播网络信号的基本原理是一致的。 给普通的LED灯泡装上微芯片，可以控制它每秒数百万次闪烁，亮了表示1,灭了代表0。由于频率太快，人眼根本觉察不到，光敏传感器却可以接收到这些变化。二进制的数据就被快速编码成灯光信号并进行了有效的传输。灯光下的电脑，通过一套特制的接收装置传输信号。有灯光的地方，就有网络信号。关掉灯，网络全无。与现有WiFi相比，未来的可见光通讯安全又经济。WiFi依赖看不见的无线电波传输，设备功率越来越大，局部电磁辐射势必增强；无线信号穿墙而过，网络信息不安全。这些安全隐患，在可见光通讯中“一扫而光”。而且，光谱比无线电频谱大10000倍，意味着更大的带宽和更高的速度，网络设置又几乎不需要任何新的基础设施。 可见光通信由于具有众多的优点，因此在很多领域具有巨大的应用前景。 （1）照明与通信 白光LED 可以同时被用于照明与通信，因此信息可以在室内环境下进行广播，并 同时满足照明的需求。此外，可见光通信还可以实现手持终端之间的点对点通信，由于发散角较小，因此可以有效地降低传输损耗，实现高速通信。 （2）视觉信号与数据传输
几种室内可见光通信定位系统方案的理论精度分析 （1）可见光通信定位系统的研究意义： 由于GPS 不能应用在室内环境中，所以许多关于在建筑物内部的定位技术被提了出来。例如RF-ID,WLAN 及infrare 等。在这些室内定位技术中，VLC 定位有更高的精度。据报道，在VLC 定位系统中能够达到厘米级的精度。与此同时，VLC 技术还有许多其他的优点。第一：光学信号中没有电磁干扰，在一些特殊的地方很有帮助，如医院，军事基地，飞机等。第二：在不远的将来，LED 灯作为指示灯可能成为基本的照明源，用于VLC 定位系统时没有必要建立附加设施，所以VLC 系统的成本比较低。三，可见光信号无辐射，不会危害人体健康。最后，该光信号无法绕过不透明障碍，使所发送的信息不容易被捕获。所以我们认为基于白光照明LED 的VLC 系统将在定位的应用中起重要作用。 （2）研究要点： 作了关于VLC 定位系统的理论精度极限方面的分析。借鉴了射频无线信号中分析理论精度的方法——Cramer –Rao bound ，即任何无偏估计量的方差的下限。 （3）四种定位方案及原理： 假设条件：LED 灯符合朗伯模型，并且每只LED 灯的信号为不同的强度调制频率。这里采用石膏墙，在这种场景中，多径反射对CRB 的影响很小，因此只考虑LOS 环境。经光电转换之后，接收到的电信号为 ()()()r t x t n t ατ=?-+ 其中a 是光信道的衰减，τ代表信号从发射到接收所需要的时间，()n t 是光 谱密度为02N 的高斯噪声。
h d h d ①RSSI: 通过接收信号的强度来测量发射器和接收器之间的距离。公式为： ()()2 131 cos cos 212R m R m m m A d m A R h R d α?φππ+++=+??= ??? 其中a 为光信道的衰减，A R 为接收器的有效面积，m 为朗伯阶数，R 为光电二极 管的响应度，两个角度如图所示。 注：此种方法定位时至少需要3只LED 信号灯。这里假设与LED 垂直的轴和与接收器垂直的轴是平行的。当室内的高度确定时，在测量平面上可以画出分别以3个参考点为圆心，以每个参考点和被测点之间的距离为半径的三个圆，当系统中没有噪声并且3只LED 灯完全符合朗伯模型时，三个圆会相交于一点，这个点就是被测点。然而，现实中不存在这种理想的情况。在现实中，三个圆往往不会相交于一点，而是一个小区域，此时利用最小二乘法解决问题。 影响因素：第一:接收器角度的影响；第二：由墙面及其他物体反射引起的多径效应。因为假设中提到与LED 垂直的轴和与接收器垂直的轴是平行的以及采用石膏墙，所以这里不予考虑这两个因素。 ②TOA ：利用要测的信号从发射到接收所需的时间来计算发射器和接收器之间的距离。 只考虑LOS 这条链路，测距公式： d c τ= 注：发射器上的时钟和接收器上的时钟必须严格同步。