可见光通信关键技术

可见光通信技术新一代高速数据传输随着信息技术的快速发展，人们日常生活中对高速、稳定的数据传输需求不断增加。

而在广泛使用的无线通信技术中，可见光通信技术被认为是新一代高速数据传输的关键技术之一。

可见光通信技术利用可见光的传输特性，将信息编码成光信号，通过光的传输进行数据传输。

本文将重点介绍可见光通信技术的特点、应用以及未来发展。

可见光通信技术是利用可见光作为传输媒介的一种无线通信技术。

可见光通信技术具有以下几个特点。

首先，可见光通信技术具有广泛的应用场景。

无线通信技术通常使用的频段受到限制，在高密度信号区域，无线电频段可能很容易出现干扰。

但是，可见光通信技术的传输频率位于可见光频段，不会受到无线电频段的干扰，因此可见光通信技术在高密度信号区域具有明显的优势。

此外，可见光通信技术也可以应用于狭窄、有线电波无法覆盖的地方，如水下通信、太空通信等领域。

其次，可见光通信技术的传输速度非常高。

光信号的频带宽度很大，可以提供较高的传输速度。

一般来说，可见光通信技术的传输速度可以达到 10 Gbps 甚至更高。

相对于现有的无线通信技术，可见光通信技术能够提供更快的数据传输速度，满足人们对高速数据传输的需求。

另外，可见光通信技术还具有较低的功耗和较低的辐射强度。

可见光通信技术主要利用 LED 灯进行数据传输，而 LED 灯的功耗相比传统的光纤通信较低。

此外，可见光通信技术的辐射强度较低，对人体健康没有显著的危害。

因此，可见光通信技术在实际应用中更加安全可靠。

可见光通信技术在实际应用中具有广泛的前景。

以室内灯具为例，传统的室内灯具仅用于照明，而可见光通信技术可以使灯具不仅仅用于照明，还能作为数据传输的设备。

通过灯具传输数据，不仅可以提供高速的互联网接入服务，还可以用于室内定位、环境监测等应用。

此外，可见光通信技术还可以应用于车辆通信、机器人通信、智能家居等领域，为人们的生活提供更加智能化的服务。

未来，可见光通信技术还面临一些挑战和发展机遇。

可见光通信及其关键技术研究可见光通信（Visible Light Communication，VLC）是一种新型的通信技术，它通过灯光等可见光介质进行信息传输和接收。

相比于传统的无线通信技术，如Wi-Fi和蓝牙，VLC具有更高的速率、更低的干扰和更好的安全性，因此被认为是未来无线通信的重要方向之一。

VLC的关键技术主要包括以下几点：首先是可见光调制技术。

可见光通信是通过改变光源的明暗变化来传送信息。

因此，调制技术是VLC的核心技术之一。

目前常用的调制方式有振幅调制（Amplitude Modulation，AM）、频率调制（Frequency Modulation，FM）和脉冲振幅调制（Pulse Amplitude Modulation，PAM）等。

振幅调制常用于低速率通信，频率调制常用于中速率通信，脉冲振幅调制则是高速率通信的主要方式。

其次是接收技术。

VLC的信号受到诸多干扰，如日光、灯光闪烁、物体阻挡等，这些会严重影响信号的稳定性和抗干扰特性。

因此，通过增加光源的数量、使用特殊的滤波器、改变接收机的架构等多种策略，可以提高VLC的抗干扰能力，从而提高其通信质量。

还有就是定位技术。

VLC可以通过多个光源之间的时均差、强度差等信息来实现精确的定位，这是实现VLC在车联网、室内定位等领域的重要支撑技术之一。

最后是安全技术。

VLC的通信介质是可见光，较易被攻击者窃取信息，因此，安全机制是VLC的关键技术之一。

例如，通过使用密钥交换技术和加密技术等，可以有效避免信息泄漏。

总体来说，VLC作为一种新型的通信技术，未来应用前景广阔。

虽然VLC的关键技术还存在一些待解决的问题，如提高传输距离、降低成本等，但是随着相关技术的不断发展，这些问题也将逐渐得到解决。

相信在不久的将来，VLC将对我们的生活带来更加便捷的通信体验。

数字通信文献综述：可见光通信的关键技术和应用第1章可见光通信概述一、背景和概念光通信的发展最初是从可见光通信开始的，比如旗语以及古代军事上的烽火狼烟都可以看做是可见光通信的最原始形式，但是在现代通信中，由于缺乏实用的光源和高信道衰落，所以在光纤出现后，发展方向迅速转向光纤通信。

本世纪初，随着短路无线通信的兴起和基于固态新型照明的大功率LED的不断发展，人们提出了可见光通信（Visible Light Communication，VLC），VLC的理论基础在于通过让LED 通/断切换的足够快以至于人眼无法分辨从而来传输数据。

在足够先进的技术支持下。

每种新的LED灯也能以有线方式接入网络，是室内任何设备实现无所不在的无线通信，并且不增加已经拥挤不堪的射频带宽负担，形成了新的短距光无线通信的应用。

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。

利用这种技术做成的系统能够覆盖灯光达到的范围，接收设备不需要电线连接，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。

二、主要发展过程2000年，日本庆应大学的Tanaka等人和SONY计算机科学研究所的Haruyama提出利用LED灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统。

2002年，Tanaka和Komine等人对LED可见光通信系统展开了具体分析，并于同年正式提出了一套结合电力线载波通信和LED可见光通信的数据传输系统。

2008年，在东京国际电子展上，日本太阳诱电公司向全世界首次现场展出了白光LED的通信系统，当时，它的最大传输距离仅20cm。

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，并与次年展出了室内可见光通信演示系统，利用16个白光LED通信，完成了4路高清视频实时广播。

• 188•白光LED 具有使用简单、价格便宜、寿命长等特点，是主流照明技术。

基于白光LED 的可见光通信技术由于兼具照明和通信功能，得到了业界广泛的研究和关注。

本文简单介绍可见光通信技术概况，分析了可见光通信的原理及关键技术，最后总结了可见光通信技术的应用。

1 可见光通信技术概况目前，通信行业是现代人最为基本的社会生活需求，人们对无线通信的需求呈井喷式的增长。

2015年，全球移动通信的用户超过了34亿。

无线通信技术发展至今，无线电的频谱资源已经越来越少，需要找到一种新的载波频段。

可见光波段属于空白波段，如图1所示，目前没有被占用，故不需要授权许可，因此有效的解决频谱资源短缺的问题。

白光LED 具有结构简单，价格便宜，寿命长等特点，广泛用于中短距离的通信系统。

可见光通信技术(VLC 技术)是利用白光LED 作为光源，将照明和通信结合的一种技术。

与其他无线通信技术对比，VLC 技术除了不需要无线电频谱认证，还有绿色环保、没有高频电磁辐射、不伤害人体应用场景广泛等特点，因此成为了国内外研究的热点技术。

图1 频谱资源示意图2 可见光通信原理如图2所示，可见光通信系统是由发送机、无线信道和接收机构成。

发送机主要由光源和调制器组成，由于LED 器件具有高速调制和响应时间短等特点，把LED 作为发送机的光源，需要传输的数据经过调制器将数据高速到适合光源传输的信号，TX 前端将调制后的数据比特流加载到光载波上，此时光载波的变化将随着数据比特流的变化而变化，实现电光转换。

接收机主要由光检测器件和解调器组成，光电检测器件的功能是实现光电转换，RX 前端的作用滤掉噪声，放大转换后的电信号。

解调器的作用是处理这些信号并恢复出最原始的数据。

图2 可见光通信系统模型3 可见光通信的关键技术3.1 LED的非线性效应问题LED 虽然具有高速调制等特点，但其调制带宽有限，且自身频谱也较宽，P-I 特性存在非线性效应，如图3所示。

可见光通信及其关键技术探讨陈敏发布时间：2021-09-06T15:51:22.563Z 来源：《中国科技信息》2021年9月下作者：陈敏[导读] 本文在探讨传统图像传感器、到达时间法等可见光通信技术的基础上，提出基于改进k-means聚类算法的可见光通信定位方案，对室内空间中光源信号功率、反射与散射位置进行确定，并考虑LED光信号在自由空间传播中的叠加效应，为不同LED光源分配不同的ID，通过定位区域光功率的多次迭代计算后，得到LED目标对象较为准确的空间位置坐标，以提升可见光通信的精准度。

深圳意创通讯科技有限公司陈敏深圳市 518110摘要：本文在探讨传统图像传感器、到达时间法等可见光通信技术的基础上，提出基于改进k-means聚类算法的可见光通信定位方案，对室内空间中光源信号功率、反射与散射位置进行确定，并考虑LED光信号在自由空间传播中的叠加效应，为不同LED光源分配不同的ID，通过定位区域光功率的多次迭代计算后，得到LED目标对象较为准确的空间位置坐标，以提升可见光通信的精准度。

关键词：可见光通信；数据传输；定位；关键技术前言：在可见光通信技术的室内定位研究中，要根据可见光通信的信息传输、定位原理，对传统的可见光通信定位的优缺点进行分析，并提出可见光通信定位的k-means机器学习算法，运用该算法改进LED光信号的指纹数据，以及建立迭代后的光功率指纹库，来完成目标对象的光指纹匹配定位，保证可见光通信定位的性能和结果。

1可见光通信(LED)关键技术及其优缺点1.1图像传感器法的可见光通信技术在使用发光二极管(LED)发射光源，用于室内空间的可见光通信、信号定位过程中，可以基于图像传感器法，用摄像机捕获LED光源发射的光谱信息，得到不同时间LED光源传输的阵列信息，摄像机捕获数据的速率在30bps左右。

1.2到达时间法(TOA)的可见光通信技术利用可见光通信技术的目标测距定位过程中，通常使用到达时间差法(TOA)，根据LED发射器的可见光信号发射时间、到达时间，测量出可见光信号从发射，到到达定位目标的时间长度，来实现对目标对象的距离测量。

可见光通信系统及其关键技术的研究可见光通信系统是指利用可见光波段进行通信的一种技术，通过光模块、调制解调器和光纤传输等组成的系统。

这种通信方式的特点是频率高、带宽大、数据传输速率快、安全性高。

在光通信中，可见光波段的使用可以有效避免无线电频段的限制，同时还具有较小的穿透力，信息的传输更加安全可靠。

因此，可见光通信系统是未来通信领域的重要研究方向之一可见光通信系统的关键技术包括光源、调制解调器、光检测器和信号处理等。

首先，光源是可见光通信系统中的关键组件之一，用于产生可见光的信号。

目前，主要采用的光源技术有发光二极管（LED）和激光器。

LED是一种电光转换效率较高的光源，可以广泛应用于可见光通信系统中。

而激光器具有较高的单色性和方向性，可以实现更远距离的通信。

其次，调制解调器是可见光通信系统中的关键设备，用于将电信号转换为可见光信号，并将接收到的可见光信号转换为电信号。

在调制解调器中，调制技术起到关键作用。

常用的调制技术有强度调制、频率调制和相位调制等。

其中，强度调制是一种简单且易实现的调制技术，适用于低速率的通信。

而频率调制和相位调制则适用于高速率的通信。

光检测器是可见光通信系统中的关键器件之一，用于接收并转换可见光信号为电信号。

常用的光检测器有光电二极管（PD）和光电晶体管（PT）等。

光电二极管是一种常见的光检测器，具有快速响应和高灵敏度的特点，广泛应用于可见光通信系统中。

最后，信号处理是可见光通信系统中的重要环节，用于处理接收到的电信号，提取所需的信息。

信号处理包括信号采样、数字滤波、调制解调等。

其中，信号采样是指将连续的电信号转换为离散的数字信号。

数字滤波是为了去除噪声和干扰，提高信号的质量。

调制解调是将接收到的信号解码为原始的数据信息。

除了以上关键技术，还有一些其他的技术和问题需要关注。

比如，选择合适的光通信传输介质，光导纤维是一种常用的传输介质，具有较低的传输损耗和较高的传输带宽。

此外，还需考虑光通信系统的安全性问题，例如，加密技术和认证技术等。