【中國(guó)半導(dǎo)體照明網(wǎng)專稿】白光通信技術(shù)又叫“可見(jiàn)光通信技術(shù)”(Visible Light Communication)，其原理是將需要傳輸?shù)男畔⒄{(diào)制到LED燈具的驅(qū)動(dòng)電流上，使LED燈具以極高的頻率閃爍。雖然人眼看不到這種閃爍，但是通過(guò)光電探測(cè)器可以檢測(cè)到這種高頻閃爍攜帶的通信信息。基于白光LED的可見(jiàn)光通信技術(shù)融合了光通信和無(wú)線通信二者的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)順應(yīng)了白光LED器件作為下一代綠色固體照明光源的發(fā)展趨勢(shì)，是一種高速靈活、綠色環(huán)保的新型通信技術(shù)，且因?yàn)橥ㄐ烹娐房梢院蚅ED燈具的驅(qū)動(dòng)電路完美集成，應(yīng)用前景巨大。

一、發(fā)展現(xiàn)狀

1.白光LED可見(jiàn)光通信的特點(diǎn)

可見(jiàn)光通信技術(shù)因?yàn)槭枪獠ㄍㄐ牛瑹o(wú)電磁污染有利于人體健康;因?yàn)楣饩€的直線傳播，通信信號(hào)覆蓋范圍可見(jiàn)可控，私密性強(qiáng);因?yàn)榕c照明天然結(jié)合可以利用無(wú)處不在的照明網(wǎng)絡(luò)，所以無(wú)須新建專用網(wǎng)絡(luò)、節(jié)能和環(huán)保;因?yàn)槭枪獠ㄍㄐ牛l帶資源理論上高達(dá)100THz，通信速率趕超WiFi且無(wú)需授權(quán)。總的來(lái)說(shuō)，可見(jiàn)光通信技術(shù)作為一種無(wú)線通信新技術(shù)，解決了無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展面臨的兩大問(wèn)題。

(1)無(wú)線通信的發(fā)展急需解決無(wú)線頻譜資源拓展的問(wèn)題。由于傳統(tǒng)無(wú)線通信發(fā)展迅速，且和廣播電視、藍(lán)牙等技術(shù)共用微波無(wú)線頻段，造成該頻段頻譜資源異常緊張，開(kāi)發(fā)利用新的無(wú)線頻段迫在眉睫。近年來(lái)陸續(xù)出現(xiàn)了毫米波通信和太赫茲通信等解決方案，而隨著白光LED器件的出現(xiàn)，利用頻率更高的可見(jiàn)光頻段進(jìn)行自由空間無(wú)線通信成為可能，不僅理論上可以達(dá)到更高的傳輸速率，同時(shí)避開(kāi)了緊張的無(wú)線授權(quán)波段。

(2)無(wú)線通信的發(fā)展急需解決節(jié)能環(huán)保的問(wèn)題。LED器件是一種高效的固體光源，與當(dāng)前的熒光光源相比具有更低的功耗、更高的亮度和更小的尺寸。另一方面，LED發(fā)出的光譜窄，可以用作無(wú)線通信載波調(diào)制信號(hào)，因此同時(shí)具備綠色照明和節(jié)能通信兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。此外，處于可見(jiàn)光頻段的光波對(duì)人體無(wú)傷害，可以保證長(zhǎng)時(shí)間通信下對(duì)用戶的環(huán)保安全，屬于綠色節(jié)能環(huán)保通信。

可見(jiàn)光通信作為一種無(wú)線通信新技術(shù)還催生了燈光定位、光學(xué)無(wú)線身份識(shí)別、光學(xué)無(wú)線供能等創(chuàng)新應(yīng)用。相信隨著技術(shù)的發(fā)展和大家對(duì)可見(jiàn)光通信技術(shù)的了解，還會(huì)產(chǎn)生更多的創(chuàng)新應(yīng)用。

2.研究現(xiàn)狀

2000年日本慶應(yīng)義塾大學(xué)的Tanaka和Haruyama 等人提出了利用LED 照明燈作為通信基站進(jìn)行信息無(wú)線傳輸?shù)氖覂?nèi)通信系統(tǒng)。2003年10月，日本可見(jiàn)光通信協(xié)會(huì)(VLCC)成立，并已完成可見(jiàn)光通信系統(tǒng)規(guī)范(VLCC-STD-001) 和低速通信可見(jiàn)光ID 應(yīng)用規(guī)范(VLCC-STD-003)的制定。2008年作為美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金的十年規(guī)劃，美國(guó)政府動(dòng)員30所大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)，投入1850萬(wàn)美元的啟動(dòng)資金開(kāi)展了該項(xiàng)領(lǐng)域的科技攻關(guān)。2008年歐洲框架7中的歐米伽計(jì)劃也包括可見(jiàn)光通信技術(shù)的研究?jī)?nèi)容。2008年，時(shí)任中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)的路甬祥同志批示中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所開(kāi)展可見(jiàn)光通信調(diào)研和相關(guān)研究工作。2011年3月31日，IEEE 802.15 WPAN Task Group 7 (TG7)提出了關(guān)于小范圍可見(jiàn)光無(wú)線通信的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)修正草案(IEEE標(biāo)準(zhǔn)為P802.15.7)。2014年中國(guó)可見(jiàn)光通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟成立。

在學(xué)術(shù)研究方面，2014年，意大利的可見(jiàn)光通信研究團(tuán)隊(duì)的學(xué)術(shù)論文“5.6 Gbit/s Downlink and 1.5 Gbit/s Uplink Optical Wireless Transmission at Indoor Distance (≥ 1.5 m)”是可見(jiàn)光通信離線處理的最高峰值速率的代表性文章。2014年，中國(guó)可見(jiàn)光通信研究團(tuán)隊(duì)的學(xué)術(shù)論文“A 550 Mbit/s real-time visible light communication system based on phosphorescent white light LED for practical high-speed low-complexity application”是可見(jiàn)光通信在線實(shí)時(shí)處理最高速率的代表性文章。

在演示系統(tǒng)的研究方面，2004年在日本的CEATEC展會(huì)上，SONY和Agilent合作展示了一個(gè)基于RGB三色LED燈的光學(xué)無(wú)線音樂(lè)廣播應(yīng)用。2006年，暨南大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出利用白光 LED 照明光源用作室內(nèi)無(wú)線通信，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了近距離(0.2m)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的白光LED通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了10MHz 的傳輸速率下FM信號(hào)的傳輸。2008年，太陽(yáng)誘電株式會(huì)社在“東京國(guó)際消費(fèi)電子博覽會(huì)”上現(xiàn)場(chǎng)演示了采用白光LED 的高速無(wú)線通信系統(tǒng)，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)100Mbit/s。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了雙向全雙工高速通信，但是最大傳輸距離僅為0.2m左右。2009年，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的可見(jiàn)光上網(wǎng)系統(tǒng)和游戲娛樂(lè)系統(tǒng)在上海國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)上展示，2010年4月基于可見(jiàn)光通信的智能家居控制系統(tǒng)和上網(wǎng)系統(tǒng)在上海世博會(huì)的“滬上.生態(tài)家”和“中國(guó)航空館”兩個(gè)展區(qū)同時(shí)展示。2009年11月暨南大學(xué)在深圳高交會(huì)展示了4Mbit/s 帶寬的數(shù)字多媒體音視頻信號(hào)白光LED 傳輸系統(tǒng)，并在2010 年4月送上海世博會(huì)，在“滬上.生態(tài)家”城市案例館向全世界公開(kāi)展示。2010年12月，美國(guó)明尼蘇達(dá)州(Minnesota)西北部的一個(gè)城市St. Cloud，它的市政辦公室第一個(gè)在美國(guó)安裝可見(jiàn)光通信系統(tǒng)，以取代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。該系統(tǒng)采用來(lái)自明尼蘇達(dá)州的LVX系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)LED燈具到辦公室的電腦連接到互聯(lián)網(wǎng)。該系統(tǒng)可節(jié)省照明費(fèi)用30-80%。LVX的系統(tǒng)大約達(dá)到3Mbps的速率傳輸數(shù)據(jù)。2011年歐洲OMEGA 計(jì)劃總結(jié)時(shí)，參加單位之一的Orange實(shí)驗(yàn)室用16盞LED燈實(shí)現(xiàn)了4路高清視頻的廣播，系統(tǒng)傳輸速率100Mbps，凈載荷80Mbps。2011年英國(guó)哈拉.哈斯教授作了臺(tái)燈上網(wǎng)演示，并創(chuàng)造了“LiFi”這個(gè)新詞，美國(guó)《時(shí)代》周刊把“LiFi”技術(shù)排在全球50大發(fā)明中的第8位。2012年CCTV2把基于可見(jiàn)光通信的“光怪路由”排在創(chuàng)新科技環(huán)球新銳榜的第三位，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的陳雄斌博士在節(jié)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了臺(tái)燈上網(wǎng)和臺(tái)燈控制家用電器的展示。2012年7月11日日本松下宣布將可見(jiàn)光通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，為“長(zhǎng)島游樂(lè)園”提供了10臺(tái)LED照明設(shè)施及20臺(tái)信號(hào)接收器。日本東京舉行的2012尖端技術(shù)展上，卡西歐公司展出了利用 智能手機(jī)攝像頭來(lái)進(jìn)行光交換數(shù)據(jù)的技術(shù)，日企Outstanding Technology展示可見(jiàn)光通信定位技術(shù)。2013年上海國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)上，復(fù)旦大學(xué)和上海寬帶中心分別展示了基于可見(jiàn)光通信的上網(wǎng)系統(tǒng)和視頻傳輸系統(tǒng)。

除了上述單位在從事可見(jiàn)光通信技術(shù)研究外，還有清華大學(xué)、北京大學(xué)、解放軍信息工程大學(xué)、東南大學(xué)、北京郵電大學(xué)、上海交通大學(xué)、中興通訊、華策集團(tuán)、深圳光啟研究院等大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)也從事可見(jiàn)光通信技術(shù)研究，并取得了不少成果。目前，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界甚至資本市場(chǎng)對(duì)可見(jiàn)光通信技術(shù)的發(fā)展都比較關(guān)注。作為一項(xiàng)通信新技術(shù)，其發(fā)展和進(jìn)步需要從材料、器件、通信系統(tǒng)架構(gòu)多個(gè)方面著力解決。倘若要轉(zhuǎn)化成大眾喜歡的產(chǎn)品也需要時(shí)間，更需要多方的共同努力。

3.白光通信的應(yīng)用

參考可見(jiàn)光通信的技術(shù)特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域可以歸結(jié)為以下幾大類地區(qū)：

(1)射頻敏感區(qū)的無(wú)線通信(包括醫(yī)院、飛機(jī)、軍艦、衛(wèi)星等)，這類地區(qū)的需求緊迫、具有不可替代性。

(2)希望利用照明網(wǎng)絡(luò)增加通信功能的場(chǎng)所(包括商場(chǎng)、地鐵站、會(huì)場(chǎng)等)，該類市場(chǎng)潛力巨大。

(3) 燈光導(dǎo)航定位、燈光無(wú)線供能、光學(xué)身份識(shí)別等創(chuàng)新應(yīng)用。

二、可見(jiàn)光通信關(guān)鍵技術(shù)

可見(jiàn)光通信作為一項(xiàng)無(wú)線通信新技術(shù)，系統(tǒng)性能的提升涉及到材料、器件、模組的創(chuàng)新，也涉及到通信調(diào)制技術(shù)、編解碼技術(shù)、系統(tǒng)架構(gòu)的創(chuàng)新。下面舉幾個(gè)例子，簡(jiǎn)單介紹一下可見(jiàn)光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮的一些因素和關(guān)鍵技術(shù)。

1.光源

在可見(jiàn)光通信系統(tǒng)中，通信光也是照明光源，二者合二為一，所以光源的設(shè)計(jì)意義重大。作為照明設(shè)備來(lái)說(shuō)，照明光源必須具備高亮度、低散熱、低功耗、輻射范圍廣等特點(diǎn)：作為通信設(shè)備來(lái)說(shuō)，通信光源則需具備壽命長(zhǎng)、調(diào)制性能好、發(fā)射功率大、響應(yīng)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。二者的要求會(huì)有些不一致的地方，比如，照明應(yīng)用希望熒光型LED使用長(zhǎng)余輝的熒光粉，對(duì)于通信應(yīng)用則希望熒光型LED使用短余輝的熒光粉;照明應(yīng)用可以用結(jié)面積大的器件來(lái)提高發(fā)射功率通信應(yīng)用則希望減小結(jié)面積來(lái)降低結(jié)電容提高調(diào)制速率。如果還要考慮光探測(cè)器的敏感波長(zhǎng)等因素，對(duì)光源的要求就更高了。總的來(lái)說(shuō)，作為照明和通信兩用的光源，和普通的照明光源是有區(qū)別的，要想獲得理想性能，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.室內(nèi)光源布局

在室內(nèi)光源布局上，首先需要考慮的問(wèn)題是全部光源都是照明通信兩用還是部分光源只照明。同時(shí)還是需要考慮是否布設(shè)備用通信光源，這些都會(huì)跟通信的應(yīng)用需求等級(jí)有關(guān)系的。在具體的LED布局計(jì)算當(dāng)中，需要考慮室內(nèi)設(shè)施陳列的差異，不能只考慮典型的理想環(huán)境和信道，還需考慮其他諸如人員的走動(dòng)、家具的布局和陰影等客觀因素的影響，得出的布局結(jié)構(gòu)須使房間內(nèi)光強(qiáng)分布大致不變，也應(yīng)避免出現(xiàn)通信盲區(qū)。光源的合理布局需要一定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范指導(dǎo)。

3.可見(jiàn)光接收機(jī)

探測(cè)器也是光通信系統(tǒng)的核心器件。必須針對(duì)光源的光譜特征和通信需求設(shè)計(jì)可見(jiàn)光通信的光探測(cè)器，現(xiàn)在這塊工作基本上是空白。類似于光線通信天線的設(shè)計(jì)，光學(xué)接收天線的設(shè)計(jì)也非常重要，因?yàn)樘炀€也是影響接收機(jī)信噪比和移動(dòng)性的重要因素。要想實(shí)現(xiàn)高性能和小型化，單片集成的光電接收機(jī)芯片是很好的選擇。

4.調(diào)制復(fù)用技術(shù)

目前，雖然可見(jiàn)光通信系統(tǒng)可選擇的光源和探測(cè)器帶寬還比較窄，但是借助于波分復(fù)用技術(shù)和高頻帶利用率的通信新技術(shù)，可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的傳輸速率已經(jīng)能達(dá)到Gbps量級(jí)，雖然還只是峰值速率，也不能實(shí)時(shí)傳輸業(yè)務(wù)，但是讓大家看到了希望。常用的技術(shù)是OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用技術(shù))這項(xiàng)無(wú)線通信領(lǐng)域中較成熟的技術(shù)。然而，由于OFDM系統(tǒng)具有內(nèi)在的高峰均比特性，使得OFDM信號(hào)存在著失真。在可見(jiàn)光通信系統(tǒng)中，較高的包絡(luò)線會(huì)影響視力，同樣的也會(huì)影響光器件的壽命，在設(shè)計(jì)和工藝中應(yīng)注意峰均功率比降低的問(wèn)題。在把眾多的射頻無(wú)線通信技術(shù)移植到可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的過(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)光通信與射頻無(wú)線通信在信號(hào)特征上有很大差別，不能照搬照抄，需要作一些改進(jìn)和優(yōu)化。所以，如何針對(duì)可見(jiàn)光通信的特點(diǎn)有針對(duì)性地開(kāi)展調(diào)制復(fù)用技術(shù)研究會(huì)變得越來(lái)越重要。

5.均衡技術(shù)

一個(gè)實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)不可能完全滿足理想的波形傳輸無(wú)失真條件，因而串?dāng)_幾乎是不可避免的。當(dāng)串?dāng)_造成嚴(yán)重影響時(shí)，必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行校正，使其接近無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件。這種校正可以采用串接一個(gè)濾波器的方法，以補(bǔ)償整個(gè)系統(tǒng)的幅頻和相頻特性，這種校正是在頻域進(jìn)行的，稱為頻域均衡。如果校正在時(shí)域進(jìn)行，即直接校正系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)，稱為時(shí)域均衡。

頻域均衡技術(shù)主要包括幅度均衡和相位均衡，可見(jiàn)光通信用到最多的是幅度均衡。幅度均衡器主要是根據(jù)系統(tǒng)的信道特性，對(duì)信號(hào)進(jìn)行選擇性的衰減或補(bǔ)償，目的是改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性，獲得較為平坦的幅頻響應(yīng)曲線，拓寬信道的帶寬。均衡技術(shù)在音視頻信號(hào)傳輸方面有較多應(yīng)用，通信中有預(yù)加重和去加重技術(shù)。頻域均衡技術(shù)可以應(yīng)用在通信系統(tǒng)中的發(fā)射端和接收端，前者被稱為預(yù)加重技術(shù)，后者被稱為后端均衡技術(shù)。

光學(xué)無(wú)線通信中，一般情況下，信道對(duì)高頻分量的衰減程度要大于對(duì)低頻分量的衰減程度，因此，在調(diào)制發(fā)射端，提高高頻分量，來(lái)補(bǔ)償信道中高頻分量的衰減損失，這種技術(shù)被成為預(yù)加重技術(shù)。反映到數(shù)字通信時(shí)域波形，預(yù)加重技術(shù)可以對(duì)預(yù)發(fā)送的脈沖進(jìn)行整形，由于高頻分量較多，因此會(huì)在波形的上升沿或下降沿有尖脈沖。通過(guò)預(yù)加重技術(shù)可以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率以及抗干擾能力，降低誤碼率。頻域均衡技術(shù)同樣可以用在接收端-后端均衡技術(shù)在光學(xué)無(wú)線通信中，均衡技術(shù)可以對(duì)高頻分量進(jìn)行再補(bǔ)償，以拓寬系統(tǒng)的帶寬，提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。接收端均衡技術(shù)和預(yù)加重技術(shù)在理論上是相同的，沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，只不過(guò)是應(yīng)用在了通信系統(tǒng)中的不同位置。均衡技術(shù)的缺點(diǎn)是會(huì)給可見(jiàn)光通信系統(tǒng)帶來(lái)噪聲干擾，降低接收機(jī)的靈敏度，過(guò)度均衡會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體性能下降。

6.正交頻分復(fù)用技術(shù)

正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)是一種特殊的多載波傳輸方案，它可以被看作是一種調(diào)制技術(shù)，也可以被當(dāng)作一種復(fù)用技術(shù)。多載波傳輸把數(shù)據(jù)流分解成若干個(gè)子比特流，這樣每個(gè)子數(shù)據(jù)流將具有低得多的比特速率，用這樣的低比特率形成的低速率多狀態(tài)符號(hào)再去調(diào)制相應(yīng)的子載波，就構(gòu)成多個(gè)低速率符號(hào)并行發(fā)送的傳輸系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是 OFDM調(diào)制方式適用于多徑和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸;通過(guò)插入保護(hù)間隔，可以很好地克服符號(hào)間干擾(ISI)和載波間干擾(ICI);由于OFDM各子載波相互正交，允許各子載波有1/2重疊，因此可以大大提高頻譜利用率;具有很強(qiáng)的抗衰落能力。缺點(diǎn)是由于要求各子載波正交，所以對(duì)頻率偏移和相位噪聲很敏感;由于各子載波相互獨(dú)立，峰值功率與均值功率比相對(duì)較大，且隨子載波數(shù)目的增加而增加(高峰均比)。

DMT(離散多音)調(diào)制方式，是OFDM調(diào)制的一種，它主要利用了IFFT將復(fù)數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)化成實(shí)數(shù)信號(hào)，通過(guò)這種方法，可以不再需要IQ調(diào)制，從而減小了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。DMT調(diào)制方式兼具了OFDM調(diào)制頻譜利用率高，抗多徑效應(yīng)強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)還具有系統(tǒng)復(fù)雜度較低的優(yōu)勢(shì)，是一種非常理想的調(diào)制方式。

7.編碼技術(shù)

通信系統(tǒng)中編碼技術(shù)包括信源編碼和信道編碼，信源編碼主要是利用信源的統(tǒng)計(jì)特性，解決信源的相關(guān)性，去掉信源冗余信息，從而達(dá)到壓縮信源輸出的信息率，提高系統(tǒng)有效性的目的。第三代移動(dòng)通信中的信源編碼包括語(yǔ)音壓縮編碼、各類圖像壓縮編碼及多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼。信道編碼則是為了保證通信系統(tǒng)的傳輸可靠性，克服信道中的噪聲和干擾的。它根據(jù)一定的(監(jiān)督)規(guī)律在待發(fā)送的信息碼元中(人為的)加入一些必要的(監(jiān)督)碼元，在接收端利用這些監(jiān)督碼元與信息碼元之間的監(jiān)督規(guī)律，發(fā)現(xiàn)和糾正差錯(cuò)，以提高信息碼元傳輸?shù)目煽啃浴Ｐ诺谰幋a的目的是試圖以最少的監(jiān)督碼元為代價(jià)，以換取最大程度的可靠性的提高。

可見(jiàn)光通信系統(tǒng)中主要涉及的是信道編碼，信道編碼從功能上可分為3類：

僅具有發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)功能的檢錯(cuò)碼，如循環(huán)冗余校驗(yàn)碼、自動(dòng)請(qǐng)求重傳ARQ等;具有自動(dòng)糾正差錯(cuò)功能的糾錯(cuò)碼，如循環(huán)碼中的BCH碼、RS碼及卷積碼、級(jí)聯(lián)碼、Turbo碼等;既能檢錯(cuò)又能糾錯(cuò)功能的信道編碼，最典型的是混合ARQ。通常大家說(shuō)的FEC是前向糾錯(cuò)碼，在不同系統(tǒng)中，不同信道采用的FEC都不一樣，有卷積碼，Turbo碼等。目前一般認(rèn)為前向糾錯(cuò)的誤碼率上限是3.8×10-3，只要原始誤碼率低于這個(gè)值就可以通過(guò)冗余編碼，耗費(fèi)一定的FEC編碼代價(jià)通過(guò)前向糾錯(cuò)把誤碼糾過(guò)來(lái)。

8.分集接收技術(shù)

基于分集技術(shù)的光接收機(jī)技術(shù)可以用來(lái)克服碼間干擾和陰影的影響。分集接收的思想就是在接收機(jī)的不同方向上安裝多個(gè)光電探測(cè)器，對(duì)多個(gè)探測(cè)器接收到的信號(hào)進(jìn)行比較，選取信噪比最大的信號(hào)進(jìn)行通信。分集接收電路的設(shè)計(jì)根據(jù)信號(hào)傳輸速率的不同分為兩類。在通信速率不是很高時(shí)(通常低于100M時(shí))，采用低速率分集接收裝置，就是簡(jiǎn)單地將多個(gè)信號(hào)直接相加，總體上提高接收信號(hào)的功率。當(dāng)傳輸速率超過(guò)100M 時(shí)，由于碼間串?dāng)_的影響，不能將信號(hào)直接相加，必須設(shè)計(jì)專門的控制電路對(duì)信道進(jìn)行自動(dòng)判決和選擇。在高速通信中，信噪比最大的方向?yàn)橹鄙滏溄拥姆较颉４藭r(shí)，應(yīng)選取最接近直射鏈接的方向作為最佳接收方向。

在接收機(jī)的不同方向上安裝的多個(gè)光電探測(cè)器均勻分布于一個(gè)半球面上，這樣在減少探測(cè)器個(gè)數(shù)的同時(shí)又提高了接收效果。只要不是整個(gè)接收機(jī)被遮住，通信就不會(huì)中斷。關(guān)于探測(cè)器的個(gè)數(shù)和布局，需要根據(jù)具體環(huán)境和通信性能的要求來(lái)決定。理論計(jì)算和計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明，采用分集接收系統(tǒng)，能很好地克服不同路徑引起的碼間干擾的影響。而且，當(dāng)接收機(jī)隨用戶位置改變或室內(nèi)有人員走動(dòng)和其他物體產(chǎn)生陰影時(shí)，通過(guò)分集接收系統(tǒng)自動(dòng)判決和選擇，不需要人工設(shè)置就能保證通信系統(tǒng)的暢通。實(shí)驗(yàn)證明，在高速通信中，采用分集接收技術(shù)的系統(tǒng)信噪比平均提高了2dB，有效提高了系統(tǒng)性能。

9.自適應(yīng)傳輸技術(shù)

采用自適應(yīng)收發(fā)器的設(shè)計(jì)方案，可以有效減緩光無(wú)線通信中信噪比的劇烈波動(dòng)。在發(fā)射端，借助一個(gè)信號(hào)處理器來(lái)完成對(duì)機(jī)電定向系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。信號(hào)處理器被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信中，使通信系統(tǒng)獲得更高的信噪比、更好的靈活性及調(diào)節(jié)預(yù)見(jiàn)性。對(duì)白噪聲、非平衡干擾和多徑干擾，可以有相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法去進(jìn)行最佳的信號(hào)處理。在接收端，則采用單一的光電檢測(cè)器來(lái)簡(jiǎn)化對(duì)光前端的設(shè)計(jì)。這個(gè)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案采用定向機(jī)制將更多的光能量集中到單一信道，一方面由于接收端視場(chǎng)的減小而降低了環(huán)境噪聲對(duì)系統(tǒng)性能的影響，另一方面大大提高了系統(tǒng)抗多徑畸變的能力

10.創(chuàng)新應(yīng)用涉及的各項(xiàng)具體技術(shù)

以井下定位為例，基于位置服務(wù)的白光通信系統(tǒng)工作原理由圖4-13所示。

圖4-13 白光通信系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)組成部分有：帶有白光通信功能的巷道燈、小部分帶有無(wú)線通信功能的巷道燈(數(shù)量小于1/10)、帶有白光通信及無(wú)線通信功能的礦工頭燈、連接巷道燈的通信總線、收集總線信息的路由器及服務(wù)器、帶有井下管理軟件的客戶端等。

工作原理：由于每個(gè)巷道燈都具有唯一的地址，而這個(gè)地址可以在安裝時(shí)與安裝位置唯一綁定，所以如果一個(gè)礦工頭燈可以收到巷道燈(A)的光信號(hào)，則其位置肯定在這個(gè)巷道燈周圍。

工作流程：

1.由巷道燈發(fā)出帶有其地址信息的光信號(hào);

2.在巷道燈附近的礦工頭燈捕捉到光信號(hào);

3.頭燈內(nèi)置的控制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，解出巷道燈地址;

4.頭燈發(fā)出帶有其自身地址及巷道燈地址的光信號(hào);

5.巷道燈收到頭燈光信號(hào)，將頭燈地址及其自身地址通過(guò)總線發(fā)送到服務(wù)器;

6.巷道燈向頭燈返回光信號(hào)，確認(rèn)信息收到;

7.如頭燈未收到確認(rèn)信號(hào)，則發(fā)送帶有其自身地址及巷道燈地址的無(wú)線信號(hào)，巷道燈收到無(wú)線信號(hào)后，重復(fù)第五步，并發(fā)送無(wú)線確認(rèn)信號(hào)。

創(chuàng)新應(yīng)用涉及的各項(xiàng)技術(shù)都是和可見(jiàn)光通信相關(guān)聯(lián)的重要技術(shù)，在此不一一贅述。

三、發(fā)展趨勢(shì)

業(yè)界普遍認(rèn)為基于白光LED的可見(jiàn)光通信技術(shù)至少可以為城市車輛提供一種移動(dòng)導(dǎo)航及定位方法。將光接收機(jī)安裝在道路邊或汽車上，而汽車和路燈照明基本上都采用LED燈，組成交通控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)這種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)給汽車提供導(dǎo)航，定位，以及各條道路的具體情況。這是LED可見(jiàn)光無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用在交通的智能交通系統(tǒng)。

室內(nèi)可見(jiàn)光無(wú)線通信技術(shù)目前仍處于起步階段，相信隨著白光LED價(jià)格的大幅度下降，白光LED在照明擁有絕對(duì)的主導(dǎo)市場(chǎng)，而通信技術(shù)與白光LED結(jié)合的研究將會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展，屆時(shí)將會(huì)在通信領(lǐng)域起著非常重要的作用。此外，白光LED無(wú)線光通信系統(tǒng)在未來(lái)4G通信網(wǎng)絡(luò)中扮演非常重要的角色。

使用LED 進(jìn)行照明和指示的設(shè)備加上通信的功能可衍生出多種新用途。如在博物館、展會(huì)等場(chǎng)館內(nèi)，參觀者只要手持相應(yīng)的接收設(shè)備(如手機(jī))，就可以隨時(shí)隨地接收加載了信息的LED 燈傳輸?shù)奈淖帧⒙曇簟D像等，使講解更加生動(dòng)。將此技術(shù)應(yīng)用于一些小商品如手電筒、玩具、禮品等 LED 上，可成為前所未有的新產(chǎn)品，如可用作電子錢包的手機(jī)，可成為入場(chǎng)券的LED 請(qǐng)柬，可互相打招呼的玩具等等。大屏幕LED 顯示以及LED 交通信號(hào)燈，成為實(shí)時(shí)信息下載平臺(tái)，人們用手機(jī)對(duì)準(zhǔn)即可下載屏幕上的顯示內(nèi)容：商品廣告和優(yōu)惠信息、股市行情、實(shí)時(shí)交通信息等。在白光LED 照明未來(lái)最大的市場(chǎng)是車用照明領(lǐng)域，構(gòu)成汽車大功率LED 前照燈信息傳輸系統(tǒng)。將車牌號(hào)、車速、載重量等多種信息自動(dòng)瞬時(shí)地傳輸?shù)礁鞣N交通監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繳費(fèi)、車量登記、測(cè)速等，解決目前智能交通系統(tǒng)ITS 中最為頭痛的車輛信息采集問(wèn)題。LED 尾燈也可與后車快速傳遞路況、剎車等信息，避免交通事故的發(fā)生。此外，也可應(yīng)用于自動(dòng)車庫(kù)門、私家停車場(chǎng)等，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化管理。

四、小結(jié)

在照明領(lǐng)域，基于白光LED 可見(jiàn)光通信的推廣應(yīng)用增加了LED照明的附加值，有助于提高LED 照明對(duì)現(xiàn)有照明光源的競(jìng)爭(zhēng)力。在通信領(lǐng)域，它已成為光無(wú)線通信領(lǐng)域一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。可見(jiàn)光通信具有不占用頻譜資源、發(fā)射功率高、無(wú)處不在、無(wú)電磁干擾、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，具有極大的發(fā)展前景。但是，要真正實(shí)現(xiàn)室內(nèi)超高速光無(wú)線數(shù)據(jù)通信，還有很多挑戰(zhàn)需要面對(duì)，如器件的研制、調(diào)制解調(diào)和編解碼技術(shù)、無(wú)線信道傳輸和復(fù)用技術(shù)、通信體制和架構(gòu)的設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)需要進(jìn)一步優(yōu)化。其實(shí)一項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展最有效的驅(qū)動(dòng)力是市場(chǎng)應(yīng)用需求，相信隨著市場(chǎng)需求的逐步明確化，可見(jiàn)光通信技術(shù)的還會(huì)體現(xiàn)其大幅的發(fā)展空間。，正像《科技縱覽》2013年9月刊“LED通信的未來(lái)”一文中寫道的一樣： “VLC 技術(shù)的應(yīng)用將由某位天才的產(chǎn)品設(shè)計(jì)者引爆，亞歷山大. 格雷厄姆. 貝爾這位曾發(fā)明可見(jiàn)光電話的偉大發(fā)明家會(huì)從1880 年穿越過(guò)來(lái)表達(dá)他的欽佩，今天所有從事VLC 技術(shù)研究的科研人員也會(huì)表示感謝，產(chǎn)業(yè)界則會(huì)歡呼--創(chuàng)造財(cái)富神話的時(shí)代終于來(lái)了!”