可见光通信系统研究.doc

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 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。 　与目前使用的无线局域网（无线LAN）相比，“可见光通信”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。 日本大学的日本KEIO大学的Tanaka等人和SONY计算机科学研究所的Haruyama在2000年提出了利用LED照明灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统。他们以Gfeller和Bapst的室内光传输信道为传输模型，将信道分为直接信道和反射信道两部分，并认为LED光源满足朗伯（Lambertian）照射形式,且以强度调制直接检测（IM-DD）为光调制形式进行了建模仿真，获得了数据率、误码率以及接收功率等之间的关系。认为当传送数据率在10Mbps以下的系统是可行的，码间干扰（InterSymbol Interference, ISI）和多径效应是影响系统性能的两大因素。2001年,Tanaka等人在原来的基础上分别采用OOK_RZ调制方式与OFDM调制方式对系统进行了仿真，结果表明：:当传送数据率在100Mbps以下时这两种调制技术都是可行的，当数据率大于100Mbps时，OFDM调制技术优于OOK_RZ调制技术。 2005年，日本国土交通省在关西国际机场，对旅客在抵达机场到登机之前的候机时间内利用可见光通信的用途进行了实证实验。除国土交通省外，松下电器产业、松下电工、NTT DoCoMo、中川研究所以及日本航空也参与了实验。发布资料显示，荧光灯可实现10kbit/秒，LED可实现数十Mbit/秒的通信速度。 2008年，以图像传感器作为接收机，利用灯塔和交通信号机的LED可见光通信实验取得了成功。利用灯塔的光传递信息时的传输速度方面，通信距离为2km时为1022bit/秒，通信距离为1km时为1200bit/秒。此次实验实现的2km通信距离在当时是采用广泛扩散光源的空间光通信方式中全球最长的距离。该实验在千叶县的九十九里浜进行，是作为由海上保安厅、卡西欧计算机和东芝参加的“灯塔子项目”的一环实施的。 如图所示，每个方框代表一个房间，定向式视距链路的发射机安装在天花板上。 该链路可实现较高的功率利用率。其主要特点有： 1)路径损耗较低，从而对发射机功率的要求也比较低，发射光源一般采用平均功率为几十毫瓦，发射半角为150°30°的LED(发光二极管)。 2)传输光束很窄，几乎没有多径散射问题，背景光对其影响也很小，这使得传输速率很高，一个简单的设计通常可以达到100Mbps的信息传输速率。该种链路方式的不足在于，通信时需要发射机和接收机之间始终保持一种直线式的视距链路，因此很容易因为一点阻碍而断开。这种链路更适合于单点对单点的通信，而不太适于单点对多点的广播式通信，这样就限制了其灵活性。定向式视距链路在实际中应用较多。其常用于短距离低速率通信，例如各种电器的遥控器等。而且，它也是红外数据协会选用的用于非中心对等网络的链路方式，这些对等网络一般为移动终端而组建，两个终端间的距离不超过lm，数据传输速率在9．6Kbps到4Mbps之间。非定向式视距链路是通过固定在天花板上发射机发出的大发散角光束和接收机的较大的接收视野来达到增加覆盖面积的目的，使得收发两端不需要严格对准便可进行通信。由于信号在传输过程中可能要经过墙壁或天花板的反射，这就产生了多径传输问题，并增大了路径损耗，直接影响到光电探测器接收到的光功率。该种链路更适用于单点到多点的广播式通信系统，例如，在一个房间的天花板上安置一个接入点(AP)，处在该接入点