第十章可见光通信
第10章可见光通信技术
10.2 可见光通信系统的组成
发射部分主要包括将信号源信号转换成便于光信道传输 的电信号的输入和处理电路、将电信号变化调制成光载 波强度变化的LED可见光驱动调制电路。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 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，因而发射端可以具有较大的发射功率，使 得系统的可靠性大大提高。
10.2 可见光通信系统的组成
该系统的接收部分主要包括能对信号光源实现最佳接收 的光学系统、将光信号还原成电信号的光电探测器和前 置放大电路、将电信号转换成可被终端识别的信号处理 和输出电路。室内的光信号被光电检测器转换为电信号 ，然后对电信号进行放大和处理，恢复成与发端一样的 信号。该系统的上行链路与下行链路的组成除了使用的 光源不同外，其它基本一样。上行链路采用的光源仍然 由白光LED组成，只不过发射面积较小，且具有较小的 发射角，天花板上安装的光电检测器接收来自用户的光 信号。若将上述基本结构在通信双方对称配置，就可以 得到一个可以双向同时工作的全双工LC系统，由该系统 组成的网络称为可见光网络。
直到近几年，被誉为“绿色照明”的半导体(LED)照明 技术发展迅猛，利用半导体(LED)器件高速点灭的发光 响应特性，将信号调制到LED可见光上进行传输，使可 见光通信与LED照明相结合构建出LED照明和通信两用 基站灯，可为光通信提供一种全新的宽带接入方式。
10.1 可见光通信技术概述
可见光通信的原理与应用
可见光通信的原理与应用1. 介绍可见光通信是无线通信技术的一种，通过利用可见光波段传输数据，实现信息传递的一种方式。
它利用可见光的特性进行数据传输，具有较高的传输速率和安全性，逐渐被广泛应用于室内通信、室外通信以及一些特殊领域。
2. 原理可见光通信的原理基于可见光波段的传输特性和光通信技术。
2.1 可见光波段的传输特性可见光波段指的是人眼能够感知到的波段范围，包括红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。
可见光波段的传输特性主要包括以下几个方面：•高频率：可见光波段的频率相对较高，对传输速率提供了良好的基础。
•高速度：可见光的传播速度非常快，约为光速的30万公里/秒，保证了数据传输的实时性。
•短传输距离：可见光波段的传输距离相对较短，因此可见光通信一般用于室内或室外局部区域的通信。
2.2 光通信技术光通信技术是可见光通信的基础，主要包括光发射器、接收器和光传输介质。
•光发射器：通过光源将数字信号转换为可见光信号，如LED灯、激光器等。
•接收器：接收并解析光信号，转换为数字信号进行处理和传输。
•光传输介质：光信号在传输过程中需要合适的介质，如空气、光纤等。
3. 应用可见光通信在许多领域有着广泛的应用。
3.1 室内通信室内通信是可见光通信最常见的应用场景之一。
通过在室内的各个角落安装LED灯，利用其作为光源进行信息传输。
室内可见光通信具有快速、安全、不干扰的优势，适用于无线网络扩展、室内定位等场景。
3.2 室外通信在室外环境中，可见光通信也有着广泛的应用。
室外可见光通信主要通过大功率的LED灯或激光器进行数据传输。
相比于无线电波通信，室外可见光通信具有更高的传输速率和更好的抗干扰能力，适用于城市照明、道路通信等领域。
3.3 特殊领域应用可见光通信还有一些特殊领域的应用。
例如，在航空航天领域，可见光通信可以用于航天器与地面之间的高速通信；在医疗领域，可见光通信可以用于医院内部的信息传输和数据监测等。
4. 优势与挑战可见光通信作为一种新兴的通信技术，具有一些优势和挑战。
可见光通信原理
可见光通信原理可见光通信是一种利用可见光进行数据传输的技术，它是一种无线通信方式。
相比于传统的无线电通信，可见光通信具有更高的传输速率和更低的干扰性。
可见光通信利用光波的传输特性，将数据转换为光信号，通过光波的传输实现信息的传输。
本文将介绍可见光通信的原理，并讨论其应用前景。
一、光的传输特性光是一种电磁波，它被人眼所感知，具有特定的波长和频率。
人眼可见的光波长范围是380nm到740nm。
在这个范围内的光波传输受到大气、障碍物和干扰的影响较小，适合用于通信。
光的传输速度非常快，理论上光速可以达到每秒约30万公里。
由于速度快，可见光通信可以实现更高的传输速率，从而满足大量数据传输的需求。
二、可见光通信技术可见光通信技术主要包括发送端、传输介质和接收端三个部分。
1. 发送端发送端是通过将数据转换为可见光信号进行传输的装置。
最常见的发送装置是发光二极管(LED)。
LED具有高效、低功耗和寿命长的特点，非常适合用于可见光通信。
发送端将电子信号转换为光信号，并进行调制，以便可以在信号中携带数据。
2. 传输介质传输介质是可见光通信中的光波传播路径。
空气是最常见的传输介质，光可以在空气中传播一段距离。
此外，光可以通过光纤进行传输，光纤可以将光信号沿着纤芯传输到接收端。
3. 接收端接收端接收来自发送端的光信号，并将光信号转换为电信号，以便对数据进行处理。
接收端常用的装置是光电二极管或光传感器。
三、可见光通信的优势可见光通信相较于传统的无线通信有以下优势：1. 高速传输：光的传输速度非常快，可见光通信可以实现更高的传输速率，满足大数据传输的需求。
2. 低干扰：可见光通信使用的频段与无线电通信不同，减少了与其他无线设备之间的干扰。
3. 安全性：光波传输范围有限，因此难以被窃听和干扰，提高数据传输的安全性。
4. 环保节能：由于使用LED等低功耗设备，可见光通信具有较低的能耗和较小的环境影响。
四、可见光通信的应用可见光通信具有广泛的应用前景，尤其是在以下领域：1. 室内定位：通过在室内设置可见光通信基站，可以实现室内定位功能，提供更精确的定位服务。
可见光通信的原理应用
可见光通信的原理应用1. 可见光通信简介可见光通信是一种利用可见光波段进行数据传输的无线通信技术，其原理是通过调制和解调光的强弱或闪烁频率来实现信号的传输。
这种技术能够利用现有的照明设备进行通信，具有低成本、高带宽、安全、环保等优点。
本文将介绍可见光通信的原理及其应用。
2. 可见光通信的原理可见光通信的原理是基于光的调制和解调。
调制是指将要传输的数据信号转换成光信号，而解调则是将接收到的光信号转换成原始的数据信号。
2.1 调制技术可见光通信中常用的调制技术有两种：强度调制和频率调制。
•强度调制：利用改变光的强度来传输信息。
一般使用脉冲宽度调制（PWM）或脉冲位置调制（PPM）来调制信号，通过改变光的亮度或闪烁频率来表示不同的信号。
•频率调制：利用改变光的频率来传输信息。
一般使用正交频分多路复用（OFDM）技术，在不同的频率上同时传输多个子载波，以实现高速数据传输。
2.2 解调技术解调技术是将接收到的光信号转换成原始的数据信号。
常用的解调技术主要有两种：直接检测和相干检测。
•直接检测：即根据光的强度变化来解调信号。
使用此技术时，需要在接收端添加一个光电二极管或光敏电阻来检测光的强度变化。
•相干检测：通过将接收到的光信号与本地光信号进行干涉，从而解调信号。
相较于直接检测技术，相干检测技术具有更高的灵敏度和抗干扰能力。
3. 可见光通信的应用可见光通信具有广泛的应用前景，主要应用于以下领域：3.1 室内定位可见光通信技术可以通过光信号的强弱和波束的方向来实现室内定位。
通过安装多个发光二极管（LED）灯泡，利用其发射的可见光信号进行定位，可以实现高精度的室内定位。
3.2 照明控制可见光通信技术可以利用现有的照明设备进行数据传输，因此可以通过光信号来进行照明控制。
通过调整光的亮度和颜色，可以实现灯光的开关、亮度调节、颜色变换等功能。
3.3 数据传输可见光通信技术的高带宽特点使其在数据传输领域具有广泛的应用前景。
可见光通信
可见光通信简介可见光通信是一种通过利用可见光频谱进行数据传输的无线通信技术。
相较于传统的无线通信技术，如WiFi和蓝牙，可见光通信具有更高的安全性和较低的电磁辐射。
它利用可见光的波长范围进行数据传输，通过调制光源的强度或频率来传输信息。
可见光通信技术在室内定位、智能照明和无线接入等领域有广泛的应用。
原理可见光通信的原理是利用光的强度或频率来传输信息。
光源通常使用LED灯作为发射器，接收器则是通过光敏电池或光电二极管来接收信号。
强度调制在可见光通信中，一种常见的方法是采用强度调制来传输信息。
通过改变LED灯的亮度，可以模拟二进制的0和1。
当灯的亮度较高时表示1，灯的亮度较低时表示0。
接收器通过光敏电池或光电二极管将光信号转换为电信号，并进行解码。
频率调制另一种常用的方法是采用频率调制来传输信息。
LED灯的频率可以通过改变LED灯的驱动电流或使用PWM调制来调节。
通过调整频率的高低，可以表示不同的数据位。
接收器通过光敏电池或光电二极管感知光信号的频率，并进行解码。
优势可见光通信相比传统的无线通信技术具有一些明显的优势：1.高安全性：可见光通信的信号只能在可见光范围内传播，无法穿透墙壁，这样可以避免信号被窃听和干扰。
2.低电磁辐射：传统的无线通信技术在通信过程中会产生较强的电磁辐射，而可见光通信使用的是可见光频谱，电磁辐射较低，对人体健康无害。
3.广泛的应用领域：可见光通信技术可以应用于室内定位、智能照明和无线接入等领域。
在室内定位中，可以利用LED灯作为信号源，通过接收器获取位置信息；在智能照明中，LED灯可以不仅仅用于照明，还可以作为通信设备；在无线接入中，可见光通信可以提供高速、安全的无线网络连接。
应用案例室内定位可见光通信可以用于室内定位系统。
室内定位系统通过使用多个LED灯作为信号源，结合接收器，可以实现对人员或物品在室内的实时定位。
通过分析接收到的信号强度，可以确定接收器与每个LED灯之间的距离，进而得出定位信息。
可见光通信系统文档资料
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4.可见光通信系统的优势
1.可见光通信安全又经济。 2.“有灯光的地方，就有网络信号。关掉灯，网络 全无。”迟楠告诉记者，与现有WiFi相比，未来 的可见光通信安全又经济。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，在可见光通信中“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
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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, 我们还可以采用具有很大的潜在调制带宽 的多芯片型白光。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。
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主放大电路：
主放大电路对信号进行多级放大，使得信号强度满足判决再 生的需要。并且，电路具有自动增益（AGC）功能，对输入 信号的变化作出补偿控制，保持输出信号的幅度基本不变。 放大后的信号供以太网介质转换模块进行时钟提取、判决再 生，然后通过双绞线传输到计算机。
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光接收机新技术：分集接收 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
接收器的信道直流增益可以表示为： MIMO信道仿真算法： （1）求直接照射。逐个计算每个LED发射装置出射的光线直 接进入接收器的光照度，再考虑接收器的有效面积和探测器 的转换效率，求出电信号大小，便得到接收器的直接响应。 （2）计算各次反射对接收器的贡献。 （3）高阶反射可用低阶反射递归运算，这样可以提高计算 的速度，减少存储空间。 （4）按照时间顺序求信道的脉冲响应。 （5）求出直接及各次反射的相应频率响应这里的频率响应 采用快速傅里叶变换来提高运行速度。
可见光通信的原理及应用
可见光通信的原理及应用1. 前言可见光通信是一种利用可见光波段进行无线通信的技术。
它通过调制可见光信号传输数据，是一种新兴的无线通信技术。
本文将介绍可见光通信的原理和应用。
2. 可见光通信的原理可见光通信的原理是利用可见光的波长进行通信传输。
可见光波段在电磁波谱中的频率范围是400-700纳米，对应的波长范围是红光到紫光。
可见光通信使用LED灯或激光器作为光源发射光信号，然后利用光电二极管或光传感器接收信号。
3. 可见光通信的优势可见光通信具有以下几个优势：•高速传输：可见光通信的传输速率较高，远远超过了传统的无线通信技术，可以达到几十兆比特每秒的速率。
•可靠性强：可见光通信不受无线电波干扰，适用于一些对无线电信号敏感的环境，如飞机起降场、医院等。
•兼容性好：可见光通信可以与现有的照明系统结合使用，实现照明和通信双重功能。
•安全性高：可见光通信的信号在室内传输，不会穿墙传播，具有较高的安全性。
4. 可见光通信的应用可见光通信具有广泛的应用前景，以下是几个主要应用领域：4.1 室内定位和导航可见光通信可以利用室内照明设备进行室内定位和导航。
通过灯光发射的可见光信号，接收端可以根据信号的强度和方向来确定位置，实现室内导航和定位。
4.2 车联网可见光通信可以应用于车联网系统中，通过车辆之间或车辆与路边设备之间的可见光通信传输数据。
这种方式可以增加车辆之间的通信带宽，提升交通系统的效率和安全性。
4.3 宽带接入可见光通信可以应用于宽带接入领域，利用可见光波段传输宽带信号。
与传统的有线和无线通信相比，可见光通信具有更高的传输速率和更好的安全性。
4.4 能源传输可见光通信可以应用于无线能源传输领域。
通过利用可见光来传输能量，可以实现室内设备的无线供电，减少电线的使用和电磁辐射。
5. 可见光通信的挑战虽然可见光通信有许多优势和应用前景，但也存在一些挑战需要克服。
以下是几个主要挑战：•传输距离限制：可见光通信的传输距离相对较短，受到透明介质的限制。
第10章可见光通信技术
10.3 白光LED光源的基本特性
10.3.1 白光LED的开发历史
表10.1 白光LED的种类和发光原理
10.3 白光LED光源的基本特性
10.3.2 白光LED的线性特性
图5-4所示是通过白光LED的调制信号与输出光功率的 关系曲线。为了获得线性调制，使工作点处于输出特性 曲线的赢线部分，必须在加调制信号电流的同时加一适 当的偏置电流Ib，这样就可以使输出的光信号不失真。
①可见光通信是绿色资源，不存在电磁辐光源有发光强度 和发光功率两个基本特性参数。白光LED不幅射；
②有光就可以进行通信，无通信盲区，方便快捷； ③可见光仅提供室内照明，还可以作为信号光源用以实现
室内无线数据通信发射功率高； ④无需无线电频谱认证。
10.2 可见光通信系统的组成
VLC作为一种无线的光通信方式，其系统包括下行链路 和上行链路两部分。
接入网中.
10.1 可见光通信技术概述
10.1.3 可见光通信的特点
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，可以用来进行超 高速数据通信。
10.1 可见光通信技术概述
10.1.3 可见光通信的特点
基于LED光源的可见光通信，与传统的射频通信和其他 光无线通信相比，有以下突出优点：
10.3 白光LED光源的基本特性
10.3.1 白光LED的开发历史
可见光通讯的实验技术与传输算法
可见光通讯的实验技术与传输算法可见光通信（Visible Light Communication, VLC）作为一种新兴的无线通信技术，利用光波进行通信传输，正逐渐受到广泛关注。
相较于传统的无线通信技术，如Wi-Fi和蓝牙，可见光通信具有更高的传输速率和更安全的数据传输。
一、实验技术：在可见光通信的实验技术中，最常见的是基于白色LED的通信系统。
白色LED具有快速开关特性，可以通过频闪的方式传输二进制数据。
实验中，发送端通过控制LED的亮暗来表示数字0和1，接收端通过光敏电阻或光电二极管接收到光信号后，进行数字信号解码。
除了白色LED，其他颜色的LED也可以用于可见光通信实验。
例如，红色、绿色和蓝色LED可以分别表示不同的数据传输通道，通过同时开启多个LED，可以增加数据传输的吞吐量。
另外，还可以采用频分多址（Frequency Division Multiple Access, FDMA）和时分多址（Time Division Multiple Access, TDMA）等多路复用技术，在不同光通道间实现并行传输。
二、传输算法：在可见光通信中，传输算法对于保证数据传输的可靠性和效率起着重要作用。
一种常用的算法是基于正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）的调制技术。
OFDM将高速数据流分成多个低速子载波，并将数据流并行传输，从而提高传输速率和抗干扰能力。
另一种常用的传输算法是多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）技术。
MIMO利用多个发射天线和接收天线，通过多径传播效应，利用空间分集和空间复用技术，提高传输速率和系统容量。
通过合理安排发射天线和接收天线的位置，可以获得更好的信号覆盖范围和抗干扰能力。
此外，可见光通信还可以结合其他无线通信技术，如无线射频（Radio Frequency, RF）通信和红外通信，构建混合通信系统。
可见光通信
可见光通信技术面临的挑战
• 可见光通信技术面临的主要挑战包括
• 光源和探测器性能：提高光源的调制速率和探测器的灵敏度，
降低能耗
• 传输介质：研究光信号在复杂环境中的传输特性，提高传输效
果
• 信号处理技术：研究更高效的信号处理算法，提高传输速率和
质量
• 系统安全性：研究可见光通信技术的安全防护措施，提高系统
可见光通信技术的研究与应用前景
可见光通信技术的研究前景较好
• 随着光源和探测器性能的不断提高，可见光通信技术的应用领域将不断拓展
• 融合其他通信技术，推动物联网等领域的发展
可见光通信技术的应用前景较好
• 随着技术的成熟和成本的降低，可见光通信技术将逐渐普及
• 为家庭照明、医疗、物联网等领域提供更多可能性
因素影响
可见光通信技术的特点与优势
可见光通信技术具有以下特点
可见光通信技术具有以下优势
• 无电磁辐射，对人体无害，适用于室内等敏感环境
• 高数据传输速率，适用于高速数据传输场景
• 无需频谱分配，避免了频谱资源紧张的问题
• 安全性高，难以被截获和干扰，适用于保密通信
• 光源与探测器之间无遮挡时传输效果较好，适用于复杂
• 通过可见光通信技术实现家庭内设备间的数据传输和通信
• 提高家庭网络的智能化水平，提升用户体验
可见光通信技术在医
疗领域的应用
• 医疗领域对可见光通信技术具有较高需求
• 利用可见光通信技术实现医疗设备的无线通信和数据传输
• 通过可见光通信技术实现远程诊断和治疗，提高医疗水平
• 研究可见光通信技术在生物组织和人体内的传输特性，为医疗
• 易于实现与其他通信技术的融合，如光纤通信、无线电
可见光通信简介
可见光通讯简介跟着可见光通讯重点技术的不停打破以及目前智慧家庭、智慧城市的迅速推行与建设 ,可见光通讯将向大规模应用发展。
可见光通讯是一种使用波长为 380nm-780nm 的可见光电磁波段进行通讯的新兴无线通讯技术。
跟着虚构现实、高清视频等内容丰富型应用业务的迸发式增加以及高性能挪动设施、智能家居设施及可穿着设施等的迅速普及 ,射频无线通讯正面对日趋严重的“频谱资源危机”。
可见光通讯依靠其广阔的频谱资源、兼备照明与通讯、免受电磁扰乱等明显优势被宽泛以为是一项拥有潜力的、可与射频无线通讯技术有力互补的新兴技术 ,在将来高速通讯、定位导航等应用方面拥有巨大的应用潜力。
可见光通讯技术的国内外研究现状可见光通讯理论发源于美国学者 Martin R Dachs提出“兼备照明和信息传输功能的可见光通讯”的观点。
20 世纪 90 年月末 ,半导体 LED成功实现商业化完全打破了可见光通讯研究发展的桎梏 ,为可见光通讯技术的迅速应用发展翻开了大门。
可见光通讯技术惹起国际各国的高度重视 ,研发投入巨大。
跟着可见光通讯理论与技术以及半导体 LED工艺的日趋成熟 ,日本、美国、欧盟、英国、韩国等国纷繁抢占可见光通讯标准化工作的制高点、打造国家可见光通讯战略性新领域。
2007 年,日本建立可见光通讯结盟 ,推出 JEITA 1221标准 ;2008 年,美国政府开启“智慧照明”计划 ,结合 30 多所美国顶级高校睁开可见光通讯重点技术的研发;2013 年,欧盟结合 23 产业学研机构推出 OMEGA标准 ,研究可见光通讯实质应用的兼容等问题。
最近几年来 ,我国也陆续睁开了重点核心技术研发和有关标准拟订 ,旨在推进可见光通讯技术的发展。
我国在可见光通讯技术领域起步较晚,但目前我国在可见光通讯领域的研发实力仍不容小觑。
在核心通讯技术方面,我国复旦大学、中科院半导体所等均在高速可见光通讯重点领域居于世界当先地位。
在通讯芯片研发方面,在 2018 年,我国国际智能产业展览会展现了世界首款商用级其他超宽带可见光通讯芯片组 , 该芯片组能够利用目前全世界百亿盏 LED作为热门为室内外通讯网络供给无线服务。
可见光通信原理
可见光通信原理
可见光通信是一种无线通信技术，利用可见光信号进行数据的传输和通信。
它基于可见光的光谱传输信息，通过调制光源的亮度或频率来编码和解码数据。
在可见光通信系统中，发送端将数据转换成光信号，并通过LED或激光二极管发射出去。
接收端则利用光敏器件（如光
电二极管或光传感器）接收光信号，并解码还原出原始数据。
可见光通信的原理是基于光的传播特性和调制原理。
光是电磁波的一种，具有波长和频率的性质。
不同的颜色对应不同的波长，我们人眼所能感知的光波长范围称为可见光谱。
通过调制光源的亮度或频率，可以将数字信号转换成光信号。
常用的调制技术包括振幅调制、频率调制和相位调制。
发送端通过对光源的电流进行调节，可以控制光的亮度或频率的变化，从而传输二进制数据。
接收端利用光敏器件对光信号进行接收和检测。
光敏器件的工作原理是利用光的能量将光信号转换成电信号。
通过对光信号的解调和解码，可以还原出原始数据。
可见光通信具有许多优点，如高速传输、大带宽、无线电频谱资源不受限制等。
然而，它也存在一些挑战，如光信号在传播过程中易受遮挡和干扰、系统安装位置受限等。
总之，可见光通信是一种新兴的通信技术，有着广阔的应用前
景。
随着LED技术和光通信技术的进步，可见光通信将在室内通信、无线接入等领域发挥重要作用。
可见光通讯的原理应用
可见光通讯的原理应用一、什么是可见光通讯可见光通讯是一种利用可见光进行数据传输的无线通信技术。
它通过改变光源的亮度或颜色来传输信息，利用光的快速传播速度和光的高带宽特性，实现高速、可靠的数据传输。
可见光通讯可以应用于各种场景，包括室内通信、室外通信以及特定环境下的通信需求。
二、可见光通讯的原理可见光通讯的原理基于光的调制和解调技术。
通信的发送端将需要传输的信息，通过光源的控制，改变光源的亮度或颜色，从而将信息编码到光信号中。
接收端通过光传感器接收光信号，并将其解码还原出原始的信息。
可见光通讯主要基于以下几种原理和技术：1.强度调制：发送端通过改变光源的亮度来表示0和1的比特值。
接收端的光传感器会检测光信号的强度变化，并将其解码还原。
2.颜色调制：发送端通过改变光源的颜色来表示0和1的比特值。
接收端的光传感器会检测光信号的颜色变化，并将其解码还原。
3.多址调制：在多用户的场景中，发送端通过将不同用户的信息编码到光信号的频率、相位或码片上，实现多用户之间的数据传输。
4.正交频分复用：通过将不同频率的光信号叠加在一起传输，接收端利用频分复用技术将不同频率的光信号分离解调，从而实现多用户的数据传输。
三、可见光通讯的应用可见光通讯具有许多独特的优势和应用场景。
以下列举了一些主要的应用：•室内定位：可见光通讯可以利用室内灯光设备进行定位，通过分析接收到的光信号的强度变化和时间差，实现对移动设备在室内的定位。
•室内导航：结合室内定位技术，可见光通讯还可以用于室内导航，为用户提供准确的室内导航服务，如在购物中心、机场等场所。
•智能照明：可见光通讯可以在智能照明系统中应用，通过灯光设备实现数据传输，使智能照明可以不仅仅是照明，还可以成为信息传输的基础设施。
•无线网络补充：在有限无线网络资源的环境中，可见光通讯可以作为一种补充手段，提供更多的无线通信容量。
四、可见光通讯的优势和挑战可见光通讯相比于传统的无线通信技术具有一些独特的优势和挑战。
可见光通信关键技术全解
1 什么是可见光通信技术
➢ 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。
➢ LED可见光通信是基于可见光发光二极管(Light Emitting Diode，LED)比 荧光灯和白炽灯切换速度快的特点，利用配备LED的室内外大型显示屏 、照明设备、信号器和汽车前尾灯等发出的用肉眼观察不到的高速调制 光波信号来对信息调制和传输，然后利用光电二极管等光电转换器件接 收光载波信号并获得信息。
CHENLI
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可见光通信关键技术
CHENLI
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开关键控
CHENLI
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3 关键技术
➢ 调制解调技术
脉冲位置调制(Pulse Position Modulation，PPM)方式如图所示，将b个原始数据 信息映射到 2b个时隙中去，接收端通过判断脉冲在时隙中位置获得携带信息。2b-PPM 占空比可表示为 2-b，当b较大时，占空比很低，所以b很大时的PPM调制不适合可见 光通信系统使用。与OOK类似，其数据传输速率也受到LED开关速度限制，当b很大 时，系统数据传输效率非常低。由于在接收机需要时隙同步和码元同步，PPM收发机 结构较OOK收发机复杂。
CHENLI
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1 什么是可见光通信技术
绿色照明+高速通信=绿色信息之光
CHENLI
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1 什么是可见光通信技术 ➢ 无需WIFI信号，就可在路灯下花0.2秒的时间下载一部电影
CHENLI
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2 特点
室内通信，或设置 可见光不能透过的 障碍物
目前全世界的电灯泡数 量约有140亿盏，实际上， 这也意味可能成为互联 网接入点的数量。
可见光通信
可见光通信
在当今数字化世界中，通信技术的发展已经成为人们生活不可或缺的一部分。
除了常见的有线和无线通信技术外，近年来可见光通信作为一种全新的通信方式正在逐渐受到人们的关注和重视。
1. 可见光通信的基本原理
可见光通信是一种利用可见光（380nm~760nm）作为传输介质的通信技术。
其基本原理是通过调制灯光的亮度或颜色来实现信息的传输。
在可见光通信中，灯光作为光源，可以通过特殊的编码方式传递数据信号，接收端则需要相应的光传感器来接收并解码信号。
2. 可见光通信的优势和应用场景
相比传统的有线和无线通信技术，可见光通信具有一些独特的优势。
首先，可
见光通信无电磁干扰，不受无线频谱限制，适用于一些特殊环境的通信需求；其次，可见光通信具有较高的安全性，难以被窃听或干扰，适用于一些对通信安全性要求较高的场景；此外，可见光通信可以实现室内定位等应用，对于室内导航、定位等方面有广阔的应用前景。
3. 可见光通信的挑战和发展趋势
尽管可见光通信具有诸多优势，但也面临着一些挑战和限制。
可见光通信受到
光源的遮挡和环境光干扰的影响，限制了其传输距离和稳定性；此外，光束的聚焦和定向传输也是可见光通信发展中需要克服的问题。
然而，随着光通信技术的不断进步和完善，可见光通信有望在室内通信、室内定位、无线接入等领域发挥越来越重要的作用。
4. 结语
可见光通信作为一种全新的通信方式，拥有着独特的优势和广阔的应用前景。
虽然还存在一些挑战和限制，但随着技术的不断进步和发展，相信可见光通信必将成为未来通信领域的重要发展方向，为人们的生活带来更多便利和可能性。
可见光通信的工作原理与信号处理
可见光通信的工作原理与信号处理近年来，随着科技的发展，可见光通信作为一种新兴的通信技术逐渐崭露头角。
与传统的无线通信技术相比，可见光通信具有更高的传输速度和安全性，同时又能有效利用环境光资源，具备广阔的应用前景。
本文将介绍可见光通信的工作原理以及相关的信号处理技术。
一、可见光通信的工作原理可见光通信基于可见光信号的传输实现信息传递。
主要由发射端的可见光发射器和接收端的光接收器两部分组成。
在发射端，首先需要将要传输的信息转换为数字信号。
通常情况下，使用计算机将信息编码，并将编码后的数字信号转换成可见光信号。
这一步骤可以通过激光器或者LED等光源来实现。
激光器产生的光具有高亮度和方向性强的特点，适用于长距离传输。
在接收端，需要使用光接收器将光信号转换为电信号。
光接收器通常由光敏元件和信号处理电路组成。
光敏元件将光信号转换为微弱的电信号，而信号处理电路则对电信号进行放大、滤波等处理，以恢复原始信号。
二、可见光通信的信号处理在可见光通信中，信号处理起着至关重要的作用。
它包括信号的调制、解调、编码、解码以及信道均衡等方面的处理。
1. 信号调制与解调信号调制是指将源信号与载波进行合理的组合，以便在信道中传输。
常用的调制方式包括振幅调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)等。
在可见光通信中，使用的主要调制方式是强度调制(IM)。
通过调整发射光源的强度，实现信息的传输。
信号解调则是将调制后的信号恢复为原始信号。
在可见光通信中，接收端的光接收器将光信号转换为电信号，并通过解调电路将其解调为原始信号，以便后续的处理。
2. 信号编码与解码信号编码是将数字信号转换为模拟信号的过程，常用的编码方式包括脉冲编码调制(PCM)、脉冲位置调制(PPM)等。
对于可见光通信而言，编码方式的选择需考虑到光信号的特点和传输需求。
信号解码则是将模拟信号转换为数字信号的过程。
在接收端，通过解码电路将模拟信号解码为数字信号，以便后续的处理和分析。
可见光通信技术及其应用
可见光通信技术及其应用随着科技的不断发展和智能化应用的推进，人们对于更高速、更安全的通信技术需求也越来越迫切。
在这个背景下，可见光通信技术应运而生。
可见光通信是一种利用可见光波段进行数据传输的技术，其原理基于LED灯或激光器产生的可见光信号进行通信，具有广阔的应用前景。
本文将从可见光通信技术的原理、特点及其应用等方面进行阐述。
首先，可见光通信技术的原理是利用可见光波段的光信号进行数据传输。
它采用的是无线通信方式，但是信号不是通过无线电波进行传输，而是利用可见光作为通信介质。
可见光通信技术通常使用LED灯作为光源，通过调制和解调技术将数据转换为光信号，然后利用光接收器接收并解码光信号，最终实现信息传输。
其次，可见光通信技术具有一些独特的特点。
首先，它可以实现高速通信。
与传统的无线通信技术相比，可见光通信技术的频率较高，使得它的数据传输速率更快，可以满足人们对于高速通信的需求。
其次，可见光通信技术具有较强的安全性。
由于可见光信号不能穿透墙壁，使得这种通信方式在保护数据的安全性方面具有优势，可以有效防止信息泄露。
最后，可见光通信技术无需额外电磁波频带资源，减少了对无线电频谱的需求，有利于减少频带资源的压力。
接下来，我们来探讨可见光通信技术的应用领域。
首先，它可以应用于室内定位和导航。
由于可见光信号无法穿透墙壁，可以利用这一特点对室内的位置进行准确定位，从而实现室内导航和定位服务。
其次，可见光通信技术可以应用于车联网领域。
传统的车载通信系统采用无线电波进行通信，但受限于无线电频谱资源，存在通信干扰问题。
而可见光通信技术则可以利用车内的灯光进行通信，解决了频谱资源的竞争问题，有助于提升车联网通信的安全性和可靠性。
此外，可见光通信技术还可以应用于室内无线网络。
传统的无线网络基于无线电波进行数据传输，但在密集的室内环境中，频谱资源的竞争导致网络速度下降。
而采用可见光通信技术构建室内无线网络可以利用光波的高频率特点，提高网络的传输速率和容量。
可见光通信技术PPT课件
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发展前景
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可见光
通信
应用领域
（1） 照明与通信 （2）视觉信号与 数据传输 （3）显示与数据 通信 （4）室内定位
研究趋势
(1)高调制带宽的LED 光源 (2)LED的大电流驱动 和非线性效应补偿技 术 (3)光源的布局优化 (4 )高灵敏度的广角接 收技术 (5 )消除码间干扰的技 术
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• 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。
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全球下一代光通信网络系统市场竞争 分析
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“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。
第10章可见光通信
同年9月，珠海华策集团斥巨资20亿元研究LED白光通信；12月，重庆成为可见 光通信技术推广应用试点城市。
10.2 短距离可见光通信标准化
2007年，日本电子信息技术产业协会(JEITA) 发布了 JEITA CP1221 《可见光通信系统》 与 JEITA CP-1222 《可见光 ID 系统》， 是世界首次颁布的 VLC 标准。
2008 年，美国 IrDA 和 VLCC 合并致力于下一代自由空间光通信技 术标准制定，2009 年 VLCC 扩展了 IrDA 物理层并发布 《IrDA/可见 光通信物理层技术要求》v1.0版，规范传输速率4Mb/s。
同年，IEEE 802.15 TG7 成立，致力于 VLC 标准化工作，于2011 年发布“IEEE Std 802.15.7 TM-2011 使用可见光的短距离无线光通 信”v1.0版。
PHYⅡ工作在高频段内，数据速率较高（1.25~96Mb/s），与PHYⅠ调制方式相 同。PHYⅡ时钟频率小于120MHz，适合响应速度快的 LED，可快速解码恢复数 据。因此，PHYⅡ适合以短帧形式近距离发送，如手机。
PHYⅢ与 PHYⅡ占据相同的高频段，数据速率高（12~96Mb/s），采用CSK调 制，支持多光源带宽。CSK 根据光带 ID 号将数据调制在不同波长的光波上并行 传输，提高光谱利用率。因此，PHYⅢ仅工作在RGB型LED 器件下，与 PHYⅡ 共存且互不影响。 PHYⅢ时钟频率小于24MHz，适合短帧发送，用于室内。
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同时值得一提的是，很多场合将可见光无线通信简称为 Li-Fi（Light Fidelity），这自然让人联想到它与Wi-Fi方式的 区别到底是什么？
其实可以这样理解：相对于Wi-Fi采用无线电信号进行信 号传输，半导体照明通信系统下行信号采用连续的可见光传 送信号，而上行采用猝发红外线传送数据。
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其他国家： 美国的UC-Light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。 2013年10月，可见光通信领域的领军人物，德国物理学家哈斯教授创立的 PureLiFi公司向美国一家医疗机构售出第一套可见光通信设备，价值5000欧元， 可见光通信的实用商业价值标志着可见光通信开启了物联网行业的新篇章。 2013年，韩国Samsung公司展出过工作距离为1 m的双向可见光通信系统。
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10.1.2可见光通信的性质
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，正是因其 “光学”特点，LED照明灯实现的无线通信凸出了三个特殊 性质。
第一：完全避免了射频接入的电磁干扰，加之传输距离有限（1~3m）， 所以在飞机、医院等射频敏感领域比较适用，目前已经得到了国际上一 些大型空客公司的关注； 第二，半导体照明通信网内，在LED灯的光照射范围内才能通信，而光 线照射不到的地方没有信号，所以该技术具有高度保密性，有可能在某 些保密场所得到应用； 第三，LED灯发光效率高，绿色、环保，更加凸显了其“节能减排”的 优越性。
白光LED具有功耗低、寿命长、尺寸小、绿色环保等优点，同时 与传统照明光源相比，白光LED又具有响应时间短、高速调制的特 性，因此可以设计出基于白光LED的可见光无线通信系统和网络 （可见光通信有时也称为“白光通信”），实现照明和通信的双 重作用。
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如图所示，白光LED 通信系统的发射端根据所要传递的内容对电信 号进行调制，再利用LED 转换成光信号发送出去，接收端利用光电探 测器接收光信号，再将光信号转换成电信号，经过解调进行读取。
2010年1月，德国Heinrich Hertz实验室的科研人员创造了当时的可见光通信速率 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（wavelength-division multiplexing，简称WDM）技术实现了更高的通信 速率。
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欧洲：
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； 2010年，他们又利用多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，简称MIMO） 和正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称 OFDM）技术，实现了220 Mbit/s的传输速率。 2010年在OMEGA计划的年会上展出的室内可见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。
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10.2 短距离可见光通信标准化
2007年，日本电子信息技术产业协会(JEITA) 发布了 JEITA CP-1221 《可见光通信系统》 与 JEITA CP-1222 《可见光 ID 系统》， 是世界首次颁布的 VLC 标准。
OFDM在光无线通信系统中的缺点是直流（DC）成分导致的功效低。 OFDM在高效调制的同时，也会导致带宽通信系统复杂及影响照明均 匀等问题。
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802.15.7 媒体访问控制层
MAC 层通过 MCPS-SAP（MAC层数据服务接入点 ）和 MLME-SAP（MAC层 服务访问点）与上下层互通。该标准定义的 MAC 子层功能主要有六个方面： ①基于竞争的和非竞争的信道访问机制。前者采用带有冲突避免的载波侦听多路 访问算法访问信道，后者由协调器使用保证时隙方式管理信道。 ②启动和维护 V盘（VPAN）。通过信道扫描选定一个合适的逻辑信道和一个在 可见光覆盖范围内没有被占用的VPAN 鉴别器，并以选中的设备作为协调器。 ③设备加入和离开 VPAN。关联过程描述了设备如何加入或离开一个VPAN以及 协调器如何实现设备加入或离开VPAN 的过程。
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（2）国内的相关研究情况 2006年，暨南大学的陈长缨 、胡国永等提出利用白光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。 2010年4月开始，暨南大学这套白光LED照明-通信兼用系统作为我国唯一的白光 LED通信科技创新成果选送上海世博会，在“沪上生态家”城市案例馆向全世界 公开展示。 2013年4月23日，国家863计划信息技术领域“可见光通信系统关键技术研究” 主题项目启动会在河南郑州召开，该项目由解放军信息工程大学联合国内多家优 势单位共同承担，旨在开发可见光（波长380nm-780nm）新频谱资源，研究可 见光通信系统在复杂信道条件下非相干光散射畸变检测、调制编码、光电多维复 用与分集、最佳捕获检测等关键技术，建立可见光通信实验系统并开展典型应用 示范，为可见光通信这一新型绿色信息技术的产业化奠定基础。 同年9月，珠海华策集团斥巨资20亿元研究LED白光通信；12月，重庆成为可见 光通信技术推广应用试点城市。
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10.3 可见光通信的关键技术
10.3.1信道建模
链路预算模型 静态特性建模，随距离变化的模型及参数
信道干扰强度 动态特性，可见光噪声对接收信号的影响。
测量参数 包括光通量、光强角分布、传输速率、传输距离、可见光通信信 道的频谱功率分布、多径效应影响、信道损耗等。
信道传输部分实验
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10.3.2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：
一方面是组成白光LED阵列光源的内部LED灯的 排布(个数及排列)；
另一方面是室内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。
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10.3.3信道编码技术
信道编码是指为了提高通信性能而设计信号变换，以使传输信号能 更好地抵抗各种信道损耗的影响，如噪声、干扰以及衰落等。
可见光通信标准IEEE 802.15.7的PHY I层使用的信道编码是卷积码 作为外码、RS码作为内码的级联码，PHY II层使用的是RS码，PHY III层使用的是1/2 RS(64,32)码。
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802.15.7的物理层
物理层（PHY）的工作模式分为 PHYⅠ，PHYⅡ， PHYⅢ：
PHYⅠ工作在低频段内，数据速率低（11.67~266.6kb/s），采用二进制 序列调制，PHYⅠ时钟频率小于400kHz，适合高直流驱动的LED，转换 速度慢，适合以长帧形式长距离传输，如室外交通灯。 PHYⅡ工作在高频段内，数据速率较高（1.25~96Mb/s），与PHYⅠ调 制方式相同。PHYⅡ时钟频率小于120MHz，适合响应速度快的 LED， 可快速解码恢复数据。因此，PHYⅡ适合以短帧形式近距离发送，如手 机。 PHYⅢ与 PHYⅡ占据相同的高频段，数据速率高（12~96Mb/s），采用 CSK调制，支持多光源带宽。CSK 根据光带 ID 号将数据调制在不同波 长的光波上并行传输，提高光谱利用率。因此，PHYⅢ仅工作在RGB型 LED 器件下，与 PHYⅡ共存且互不影响。 PHYⅢ时钟频率小于24MHz， 适合短帧发送，用于室内。
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该标准体系结构由物理层（physical layer，简称PHY）、MAC层、高级 层和设备管理模块（Device Management Entity，简称DME)组成： *PHY层包括可见光收发器与底层管理模块； *MAC层向高级层提供物理信道的访问服务并保证可靠性； *高级层提供网络配置和路由等服务，并实现特定功能。 *DME将亮度调节单元信息反馈给PHY层中PLME-SAP（PHY层服务访 问点）和 MAC层中 MLME-SAP（MAC层服务访问点），并根据PLME 信息控制PHY层光源的选择。
2008 年，美国 IrDA 和 VLCC 合并致力于下一代自由空 间光通信技术标准制定，2009 年 VLCC 扩展了 IrDA 物 理层并发布 《IrDA/可见光通信物理层技术要求》v1.0版， 规范传输速率4Mb/s。
同年，IEEE 802.15 TG7 成立，致力于 VLC 标准化工作， 于2011 年发布“IEEE Std 802.15.7 TM-2011 使用可见 光的短距离无线光通信”v1.0版。
接收端主要包括能对信号光源实现最佳接收的光学系统、将光信号 还原成电信号的光电探测器和前置放大电路、将电信号转换成可被终 端识别的信号处理和输出电路。 光接收机的主要任务是以最小的附加 噪声及失真，恢复出经由无线光信道传输后光载波所携带的信息，因 此光接收机的输出特性综合反映了整个可见光通信系统的性能。
可见光通信
本章章节
10.1 可见光通信概述 10.2 短距离可见光通信标准化 10.3 可见光通信的关键技术 10.4 可见光通信的应用
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10.1 可见光通信概述