可见光通信
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
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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
1 可见光(VLC)通信技术概述
1.1 VLC的研究背景
这些年来，享有“绿色照明”称号的半导体（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，即可见光通信技术。较实用的VLC是日本KEIO大学的M.Nakagawa所领导的课题组于2000年提出来的，2003年他们成立了可见光通信协会（VLCC）。在2004年召开的CEATEC大会上，VLCC会长M.Nakagawa教授公布了这项技术
1.2VLC的简介
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。
1.3 VLC的发展现状
LED可见光通信技术已经得到了验证并受到了许多国家的高度重视。它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。可见光通信的起源最早可追溯到19世纪70年代，当时Alexander Graham Bell提出采用可见光为媒介进行通信，但是当时既不能产生一个有用的光载波，也不能将光从一个地方传到另外一个地方。到1960年激光器的发明，光通信才有了突破性的发展，但研究领域基本上集中在光纤通信和不可见光无线通信领域。直到近几年，随着白光LED的迅速发展，可见光通信也逐渐发展起来。较实用的可见光通信技术最早是由日本的KEIO大学的M.Nakagawa教授提出的，并于2003年成立了可见光通信协会(VLCC)。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。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。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、等在2004年召开的CEATEC大会上，VLCC会长M.Nakagawa教授公布了这项技术，指出该技术可以创造一个全新的无线通信网络，在移动通信领域具有极大的应用前景。由于室内可见光通信可以方便地将无绳电话、PDA、笔记本电脑等便携设备接入数据通信系统，因而该项技术也得到Cyber Solutions实验室，邮政署的高级长途通信实验室，Nippon电报电话公司和Sony计算机科学实验室的大力支持，也使得该技术得到了很大的发展。
不久前，可见光通信研究被《时代周刊》评为2011年全球50大科技发明之一。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。。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。在可见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1m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，牛津大学利用均衡技术实现了100 Mbit/s 的通信速率；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。2010年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。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。LED可见光通信研究在国外已经有十多年的历史，在某些方面有了较高的技术水平。而在我国，这项研究虽已取得一定成果，但距离国际先进水平和大规模产业化应用，仍存在一定差距。尚没有比较成熟的商用化的可见光通信系统。近年来，在国家大力支持的背景下，中国的可见光通信研究也逐步取得了一定的进步，在可见光通信理论、系统设计和计算机仿真、实验演示系统设计制作等方面取得了一些成果。另外，我国已经把第一个可见光通信项目纳入到863计划。可见光通信或可作为“融合剂”，解决网络间融合的“囧”境。
总之，LED照明光无线通信在国外也还出在起步和摸索阶段，但其应用前景非常看
好，不仅可以用于室内无线接入，还可以为城市车辆的移动导航及定位提供一种全新的方法。汽车照明灯基本都采用LED灯，可以组成汽车与交通控制中心、交通信号灯至汽车、汽车至汽车的通信链路。这也是LED可见光无线通信在智能交通系统的发展方向。
1.4VLC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。
与传统的射频通信和其他光无线通信相比，可见光通信具有以下突出优点：
（1）可见光通信技术采用对人眼安全无害的可见光波段传输数据信号，不产生电磁干扰且不易受到其它电磁波信号的干扰，可以应用于对电磁干扰敏感的场所，如医院、空间站、加油站、飞机等。
（2）可见光通信具有宽光谱特性，可以提供更大范围的带宽。对于RGB调制下的LED可采用波分复用技术，增加数据信息的传输率。与射频通信相比，可见光通信不受频谱许可的限制，无需进行频谱申请，覆盖方便。
（3）室内可见光通信技术具有更高的信息安全性。可见光作为数据信息传输的载体，光线受限于室内有限的空间内，扫除了无线信号穿墙而过的安全隐患。在可见光通信中，光线所到之处就有无线网络信号，阴影处则信号全无。
（4）可见光通信是现有无线通信的补充，可快速搭建无线网络且成本低廉。在传统的射频信号盲区内，如地铁、隧道、煤矿等场所，搭建射频基站费用较高，而搭建VLC系统既能满足照明需求，又能降低通信成本。
（5）可见光通信的光源发射功率高。与普通光无线通信的信号光源相比，LED光源对人眼无危害，信号光源的发射功率不受限制。随着LED照明技术的不断发展，可见光通信将翻开光通信历史新的一页。
因而可见光通信技术具有极大的发展前景，将为光通信提供一种全新的高速数据接入方式，已经引起了人们的广泛关注和研究。现在，从LED 照明系统中获得无线通信能力的可能性已经从试验得到证明，将无线通信能力嵌入未来LED 照明系统中是一个发展方向，很可能是光无线接入网的一个目标。
2.传输原理
2.1概述
可见光无线通信（称为LiFi——Light Fidelity）是利用快速的光脉冲无线传输信息。根据不同速率在光中编码信息完全可行，例如LED开表示1，关表示0，通过快速开关就能传输信息。由于LED的发光强度，人眼不会注意到光的快速变化。LiFi技术目前还处在于实验室阶段，由Haas和他爱丁堡大学的团队发明的一项专利技术。电灯泡一直以来被视作发明家梦寐以求的灵感闪现的象征。与光纤通信拥有同样的优点，高带宽，高速率，不同的是LiFi是使光传播在我们周围的环境中，自然光能到达的任何地方，就有LiFi的信号。LiFi技术是运用已铺设好的设备（无处不在的灯泡），只要在灯泡上植入一个微小的芯片，就能变成了类似于AP（WiFi热点）的设备，使终端随时能接入网络。
图2.1可见光通信系统
2.2组成
一个基本的光通信系统组成，其主要包括信号发送部分和信号接收部分。在发送端，由编码器编码的数据经信号调制电路转换成发送电信号，然后驱动LED 路灯光源发送光信号经自由空间光通路到信号接收端。在接收端，通过光传感器和放大器检出光信号并转换成电信号。最终经解调电路、解码器获得相应数据。
图2.2系统组成
2.3 信号调制
光通信就是以光波为载波的通信，即用基带信号对光波进行调制。常用的调制方式包括: OOK、CCM ( Color Code Modulation ) 、HHW ( HighHamming Weight) 、VPM、R-RZ 等。本研究采用相对简单的强度调制直接检测，即IM DD，属于非相干通信系
统。通常IM DD 系统分为二进制系统和多进制系统，此处选择二进制系统，并采用OOK编码。
由于LED 路灯本身肩负的照明职能，如果单纯采用OOK 编码，势必导致数据传输时LED 路灯出现闪烁的现象，这样对正常照明是不利的，所以进一步优化为二次调制模式。所谓二次调制，就是先将基带信号调制到一个较低频率的载波，模式为2FSK，载波本身为方波信号，然后再用调制后的方波信号再一次调制光波，模式为OOK。
例如，如果想传输数据1，则输出方波信号f1，然后用f1 控制LED 灯开关，即LED 灯以f1 的频率闪烁，如果传输数据0，则输出方波信号f2，然后用f2 控制LED 灯开关，即LED 灯以f2 的频率闪烁。一般情况下，当闪烁频率低于50Hz 以下时，人眼能够识别光源的闪烁，当光强以大于50Hz 的频率工作时，人眼的反应已经跟不上光源的变化，大多数人将无法分辨出光源闪烁，此时的光源将发出稳定、连续的光。例如: 人眼就察觉不到每秒100 次的闪烁( 100Hz) 的荧光灯的闪烁现象。因此当f1和f2 选择较高频率时，人眼是无法观察到LED 灯闪烁的。但是此时LED 灯的亮度会变化，变化程度根据f1，f2 方波的占空比而定。
图2.3信号调制
2.4 信号解调
信号解调电路如图2-3 所示，变化的光信号由光传感器检测出来后，通过“高通滤波器”滤掉直流和低频( 主要是工频) 成分后进行放大，放大后的信号输出到解调电路，通过相干解调和低通滤波、抽样判决得到所需数据。
根据通信理论，减小判决中的误码率可从两方面入手: 一是加大其输入光功率; 一是提高信噪比。对于LED 路灯，由于LED 光源发出的是可见光，且发散角较大，对人眼睛基本无害、无电磁波伤害等优点，其本身的大功率就已经在一定程度上保证了系统的可靠性，最终结果将是接收端的信噪比决定全系统的通信性能。
图2.4信号解调
2.5关键技术研究
2.5.1光源
在可见光通信系统中,光源起着至关重要的作用。作为室内照明设备,它必须具有亮度高、散热小、功耗低、辐射范围广等特点。另一方面,作为光通信系统的光源,它必须具有使用寿命长、调制性能好、响应灵敏度高、发射功率大等优点。综合以上两个方面,目前能满足要求的最好选择就是白光LED。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50lm/W,其发光效率(流明效率)已经超过白炽灯,正向荧光灯逼近。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)可望在不久的将来即可实现。
2.5.2光源布局
实际系统中,由于各个房间的大小以及室内设施不尽相同,因而要使通信效果达到最优,须使房间内的光强分布大致不变,尽量避免通信盲区(光照射不到的区域)的出现。要达到这个目的,必须根据不同的房间,合理的安排LED灯的布局。以一房间为例,该房间尺寸为5.0m@5.0m@3.0m(长@宽@高),设终端设备均放置在高度为0.85m的桌子上。LED灯由白光LED阵列组成,共3600(60@60)只。LED灯中心发射功率为20mW。接收机FOV(field-of-view)为60b,探测器PD的表面积为1.0cm2 ,光电转换效率为0.53A/W,光滤波器的增益为1.0。
2.6最佳LED灯个数
在VLC系统中,通常安装在室内的LED灯具有一个较大的辐射角,以尽可能地覆盖整个房间。但是由于行人、设备等的遮挡,会在接收机表面形成阴影，影响通信性能。因此就需要将这种阴影的影响降至最低。对于照明来讲,室内安装的照明灯越多,室内的亮度就越高,
照明效果越好,同时接收功率也会大大增加。但是单纯地增加LED灯的个数,虽然能够解决阴影问题，却并不能使系统的通信性能达到最佳。这是因为,不同的光源与接收机之间
具有不同的光路径,多个不同的光路径会引起多径延迟产生码间干扰。因而可知,LED灯的个数越多,ISI越严重,必须合理地选择LED灯的个数。在对阴影问题研究后,通过对系统误码率仿真得到,在系统码率达到800Mbps时,LED灯的最优个数为3~4个。
2.7接收机FOV的选择
在光无线通信系统(包括红外通信)中,ISI依赖于码速率、发射机和接收机FOV。然而在VLC系统中,ISI主要依赖于码速率和接收机FOV。这是因为,发射机要起到照明的作用,必须具有一个非常大的辐射角度,即发射机的FOV基本上为90b.
当FOV小于40b时,在房间内存在通信盲区。当FOV增加时,SNR随之降低。因而在一般的可见光通信系统中,FOV选取范围为40b~50b。
2.8不同光路径引起的ISI
在VLC系统中,安装在天花板上的LED灯通常是由多个发光LED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0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ISI,极大地降低了系统的性能。在VLC系统中,如果调制方式为OOK,降低ISI的方法主要有两种。一种是将OOK调制方式中的NRZ(non-returntozero)码换为RZ码(returntozero)。第二种是采用均衡滤波器。另外采用光OFDM(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)方式也可以降低ISI的影响。下面分别介绍这几种方法
在OOK-NRZ系统中,由于码元周期与脉冲长度相等,当发生延迟时,不同路径的信号叠加在一起就会产生码间干扰。如果采用OOK-RZ编码方式,相邻脉冲之间具有一定的/保护时间0(码元周期与脉冲长度之差),只要延迟小于/保护时间0就不会产生ISI。但这种方法降低ISI的能力是十分有限的,而且系统所需的传输带宽远远增大。
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,这两种系统中引起ISI的原因也不相同,在对VLC系统的信道冲激响应和不同光路径引起的ISI作了深入分析之后,提出采用基于LMS算法的自适应DFE均衡器,改善系统的ISI性能,并取得了较好的效果。
OFDM具有很强的抗多径能力,已在高速无线通信中得到了广泛的应用。在VLC系统中,也可以采用OFDM方式降低ISI。首先要对信源电信号进行OFDM编码,然后加一直流偏置,通过白光LED调制为光信号发射出去。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ISI的影响。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。
3可见光通信应用
可见光通信将在许多有线通信不易实现的场景得到应用, 同时在无线传输容量需求旺盛或电磁波受限的场景发挥独特的作用。可见光通信产业在全球还处在探索和起步阶段,但已显示出诱人的应用前景。
3.1创新应用
(1)照明与智能通信
LED灯在照明的同时也实现光传输通信, 即信息可在室内光照范围进行传播, 实现手持终端间点对点的通信。其发散角小能有效降低传输的损耗及实现高速通信。智能家居系统的控制器把指令传达到LED灯,再用可见光传到光照范围之内的终端, 中央控制器传达的资讯既可在终端上显示,终端的探测器收到指令后就马上做相应动作,实现网络通过光传输远程操作的功能。
(2)视觉信号与数据传输
在航海及地面交通等领域的 LED信号灯应用极为广泛,它用颜色的变化给人们传达相关信息,因此,把无线通信和信号灯相结合则可让交通管理更加安全可靠。车辆应用车上的前后LED灯进行信息交換防止意外事故的发生, 道路上LED信号灯也可与车辆的灯进行交互实现智能交通管制,当前面有车辆突然刹车时,后面的车辆则会收到前车的刹车灯信息立即自行減速。再如商店招牌灯内置了相应芯片, 人们通过手机扫描招牌光便能识别出商店的地址、商品及优惠等信息,实现代替二维码的“光码”应用。
(3)射频辐射受限传统卫星定位系统较难对室内移动的用户进行精确定位
可见光通信则可将用户位置的信息利用照明设施进行传输,进而完成精准的室内定位,如超市导购和停车场导航等应用。另外,在航空、航海和医疗等领域,因对射频电磁辐射敏感及有严格的限制, 而可见光通信的无电磁辐射则可被应用。矿井内工人安全帽上LED灯则可传递网络信息,将矿井下的信息传输到地面,解决井下通信、照明和定位多项应用的结合, 避免重复建设造成资源浪费, 有效地增强了矿井下工作的安全性。(4)信息与通信安全
可见光通信应用时, 只要拉上遮光窗帘则外面收不到灯光传输的信息,其保密性极强,可承担政府、银行和金融等方面的通信应用。它还可进行手持终端近距离点与点的安全通信,适用于数据安全传输、支付、防伪和门禁等智能设备的安全应用。
3.2存在问题
新技术研发及其产业化并不可能每个环节都顺利, 可见光通信技术有很多优点, 却
也面临很多技术难题。
（1）传输速度难提高
虽然白光LED的发光效率高, 其有限的调制带宽却限制通信的传输速度。被广泛使用蓝光激发黄色荧光粉的LED调制带宽只有几MHz。
（2）信号易被切断
LED灯光若被阻挡,网络信号无法穿透阻挡物。
（3）数据难回传
数据线与电力线不能很好融合,反向链路受干扰导致数据无法回传。
（4）无专用探测器
光线散乱而多方向,在光源和探测器间存在不同光路。现广泛使用的硅基探测器灵敏度差不能准确地接收, 导致用户使用时无法准确接入, 也不能准确切換等。
（5）码间干扰
因不同光路径到接收端的时间不一样,过程有码间干扰。
（6）无专业集成芯片
要与Wi-Fi一样被广泛应用及产业化, 必须有相当成熟的专用芯片, 而可见光通信系统芯片的集成研发与产业化需要大量的资金, 这便限制可见光通信技术的产业化发展。
综上所述,可见光通信并不能成为传统无线通信技术的竞争对手,只能作为其应用的补充,与传统无线通信技术相辅相成,相融共生。但如能突破以上瓶颈,产生杀手锏式的应用,那么可见光通信系统技术也会有无限的发展前景。
3.3 VCL的基本应用
VCL的应用基本上可以分为室内应用和室外应用两种情况。
3.3.1室内（Indoor）应用
VCL的室内应用的方式如下图所示。室内的主要应用是导航和高速连接。
图3.1
移动到移动（Mobile to Mobile）：双向链路：距离1m左右；数据速率100Mbps；主要应用是内容共享；替代方式有IrDA、Bluetooh、UWB。
移动到固定（Mobile to Fixed）：双向链路：距离1m左右；数据速率100Mbps；主要应用是文件传递、视频流、移动商务；替代方式有IrDA、Bluetooh、UWB。
移动到照明设施（Mobile to Infra）：双向或单向链路；距离3m左右；数据速率10Mbps；主要应用是室内导航LBS（Location Based Service）、网络遥控。
固定到照明设施（Fixed to Infra）：双向或单向链路；距离3m左右；数据速率10Mbps；主要应用是数据广播、替代方式有WLAN。
3.3.2室外（Outdoor）应用
VCL的室外应用方式如下图所示。室外的主要应用是智能交通（ITS）和室外广告（Outdoor Advertising）。
图3.2 室外应用图
ITS应用主要包括：车到车（Vehicle to Vehicle）双向通信，车到交通控制设施（Vehicle to Infra）双向通信。广告应用属单向通信。
3.4可见光的应用延伸
3.4.1实现室内定位导航
可见光通信（VLC，Visible Light Communication），顾名思义就是用可见光来实现无线通信，主要是靠发光二极管（LED）等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的。日前，韩国复兴实验室利用可见光通信技术在超市实现定位导航。如下图：
图3.3 定位示意图
图3.4
图3.5
3.4.2 灯光无线
可见光通信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之一。可见光通信在全球已经成为了研究的热点，特别是日本、欧洲和美国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。可见光通信在未来的通信领域中将会占据重要的地位，并将大大地推动信息化社会的发展。
图3.6 视图
3.4.3结束乘飞机无通信时代
在矿下，因为手机会产生静电是不允许使用的；在飞机上，同样因为安全原因也不能使用手机；即便是在能正常使用的范围内，无线电波辐射也会对人体产生潜在危害……日前从扬州一家并不起眼的企业得知，该企业部分已能进入实用的科研成果，竟能解决这些“旷世难题”，而解题的核心只有一个字“光”。
结束语
可见光通信是一种新兴的无线光通信技术．已成为光无线通信领域一个新的增长点．随着研究的深入．其应用必将越来越广泛。LED能够同时实现室内照明和通信双重功能．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。
可见光通信具有不占用频谱资源、发射功率高、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。未来丁作的重点和突破在于：①自光LED光源的带宽拓展技术：②反向链路的实现技术，真正实现全双工通信；③电力线通信与VLC的融合技术。
可见光通信在国内外还处于起步和摸索阶段，但其应用前景非常看好。本研究通过采用相应的调制解调技术，借由现有的技术与设备条件，快速验证了LED 路灯实现可见光通信的可行性，并且通过光通信方式完成了对LED 路灯工作状态的实时数据传送，为路灯智能化管理提供了一个新的思路和参考。同时随着技术的进步与方案的优化，LED 路灯实现光通信的意义将不仅限于此，其将彻底颠覆对于城市路灯的原有价值定义，路灯将不在局限于提供道路照明功能，而将作为一个遍布城市的通信接入点而存在，为智能交通、智慧城市的实现提供新的发展方向和动力
参考文献
[1] KOMINE T, NAKAGAWA M. Integrated system of white LED visible-light communication and power -line communication[C]. 13th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Com munications. 2002, 1762-1766. [2] AFGANI MZ, HAAS H, ELGALA H,et al. Visible light communicatio n using OFDM [C]. 2nd International Conference on Testbeds and Research Infrastructures for the Develop ment of Networks and Communities. 2006
[2] 同辉王太峰刘毅田丰洋对可见光通信技术应用的思考：[J].通信与信息技术,2016,(01),pp.46-49CNKI
[3] 吴承治可见光通信技术及应用初探：[J].现代传输 2012 （03）pp.10-21
[4] 赵栋.基于正交幅度调制的室内可见光无线通信系统研究[D].华中科技大学,2011.
[5] 胡国永.基于LED的可见光无线通信关键技术研究[D].暨南大学22-30
[6] 李湘.基于LED的室内可见光通信菲涅尔光学接收天线的研究[D].北京理工大学10-15
[7] 王虹,蔡喜平.基于白光LED的可见光通信研究进展[J].半导体光电,2014,35(1): 5-9
[8] 丁德强,柯熙政.可见光通信及其关键技术研究[J].半导体光电,2006,27(2): 114-117
[9] 吴承治.可见光通信技术及应用初探[J].现代传输,2006,6(1): 8-19
可见光通信系统研究
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
基于可见光通信的几种室内定位方法
Indoor Positioning MethodsBased on Visible Light Communication Wang Yuqi1,2, Gong Yingkui1, Shi Zhengfa1,2, Li Yankun1, Zhang Ye1 1.Academy of OPTO-Electronics,Chinese Academy of Sciences,Beijing,China,100094 2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing,China,100049 1.wangyuqi12@https://www.wendangku.net/doc/439948375.html,, 2.ykgong@https://www.wendangku.net/doc/439948375.html, Abstract:As a new technology, the visible light communication using LED lights as the access points has many advantages such as without electromagnetic radiation, high bandwidth, high rate, etc.Itprovides a new possibility for indoor navigation and positioning. According to the current research progress and status, five kinds of positioning technologiesbased on visible light communication are analyzedand compared, then a new methodis proposed which combining visible light communication withphotogrammetry. Finally, the future of indoor positioning based on visible light communicationand its application is expounded. Keywords:LED; visible light communication; indoor positioning; photogrammetry 基于可见光通信的几种室内定位方法 王语琪1,2，巩应奎1，史政法1,2，李延坤1，张烨1 1．中国科学院光电研究院，北京，中国，100094 2．中国科学院大学，北京，中国，100049 1.wangyuqi12@https://www.wendangku.net/doc/439948375.html,, 2.ykgong@https://www.wendangku.net/doc/439948375.html, 【摘要】可见光通信作为一种新兴技术，具有无电磁辐射、高带宽、高速率等多种优点，其利用LED 灯为接入点，为室内定位技术提供了新的可能。本文综合国内外研究现状，对基于可见光通信的五种 定位技术进行分析和比较，并提出一种可见光通信与摄影测量结合的方法。最后对基于可见光通信的 室内定位技术的未来发展和应用前景进行展望。 【关键词】LED；可见光通信；室内定位；摄影测量 及图像传感器定位等技术。本文对以上五种定位技术 进行分析及比较，并提出一种新的可见光通信与摄影 测量相结合的定位方法。 1 引言 随着室内活动的日趋频繁，对于室内定位的需求 日益增多，同时对移动终端平台上基于位置的服务也 提出了更高的要求。GPS作为一种成熟的定位系 统，在户外开阔环境具有良好的用户体验和定位精 度，但由于卫星导航信号穿透建筑物墙壁后，信号 强度大幅度的衰减，加之室内多径现象严重，导致 GPS的定位精度大幅度下降，难以满足用户的室内 定位需求。目前主流的室内定位系统主要依赖红 外、超声波、超宽带、射频识别（无线局域网、 ZigBee）[1]技术等，由于使用的是射频信号，在空 中传播时易受干扰且在同一微波电路、同一方向上 不能使用同一频率，因此飞机、医院等特殊场景下 使用受限。可见光通信技术具有无电磁辐射、高带 宽、高速率、无需额外布设接入点等优点，为室内 定位方法提供了新的可能。 国内外对基于可见光通信的定位技术的研究工作 主要集中在五个方面，包括LED灯身份信息识别定 位 （LED-ID）、到达时间及时间差（TOA/TDOA）定位、 2 定位方案分析及比较 2.1LED-ID定位方法 基于LED-ID定位采用LED灯作为信标，每盏灯都 有一个固定ID。LED灯编码自身ID信息，可采用OOK （二进制启闭键控）的信号调制方式，不断向外发送 信息。定位过程如图1所示，首先控制中心为每盏LED 分配ID以示区别，在移动终端低速行进的过程中，利 用运动模糊及覆盖范围识别LED-ID，最后终端接收 后，根据LED通信信息中的ID信息，查询对应数据 库的三维坐标信息，通过映射的方式来确定终端的位 置。 Figure1LED-ID positioning process 图1LED-ID定位技术思路
可见光通信
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
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
可见光通信研究现状
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
可见光通信技术及其应用
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
LED可见光通信开题报告
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
可见光通信报告
可见光通信报告 —陈晨1.概述 可见光通信（VLC）是将可见光用于短距离（5m以内）的光无线（OW）通信系统。若干种光源，如LED/LD可作为光源。数据能够通过光通/断切换得足够快，以致于闪烁使人眼无法分辨来发送。 VLC具有如下优点：对人安全；避免了射频的限制；出于安全考虑，有些地方禁止使用射频通信，如医院和飞机；与相邻射频信号之间的互相干扰可能会限制Wi-Fi的使用，而可见光基本上不存在干扰问题，相邻光束可以交叉通过，只要它们的目的地不同就可以了。 2.结构 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。发送部分能使用任一类LED光照明。VLC发送部分必须具有用于照明和传输性能的PHY/MAC功能。VLC接收部分能支持任一类能避免其它光干涉的光二极管（PD）。两者的公共部分是VLC PHY和MAC。VLC PHY具有用于一种无线通信的一种调制和线路编码。VLC MAC必须支持不同的应用。
3.规范 两个与相关眼和皮肤安全规范的问题：可见光闪烁和可见光强度。 VLC的PHY调制能使光闪烁。光闪烁可能对人/动物产生有害健康的影响。光闪烁是一种视觉不稳定的印象，这种印象由一个光亮度或光谱分布随时间变动的光刺激而产生。临界闪烁频率（CFF，即闪烁融合门限）是一个观察者由间歇光感觉到完全稳定感觉的频率。 要求：甚至即便是低比特率或成组数据传输时，VLC调制频率必须高于CFF 门限： 》1 /最小闪烁频率是200HZ（=5ms） 》每个最大闪烁时间周期（MFTP）的亮度必须全部相等。 4.发送光角 光轴被设定为包含光口设备的接口：发送器：扩张角；接收器：视场。
可见光通信
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。
可见光通信概述
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
可见光通信及其关键技术研究
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#
可见光通信技术的发展趋势
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/439948375.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
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
可见光通信的研究
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，