可见光通信关键技术全解

主流白光LED生产技术。但荧光粉作用会
引入额外的时间延迟，直接影响LED光的 上升和下降时间，最后将导致LED的调制 带宽下降。
关键技术
光源
目前制造白光LED的方法主要有两种 ：
另一种方法是将红光(波长约 626nm)、绿光(波长约 525nm)和蓝 光(波长约 470nm)按照一定的比例 结合，合成白光(或者其他颜色光)。
变脉冲位置调制
关键技术
调制解调技术
正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Technology, OFDM）被证明在高速通信情况下可有效抑制码间干扰（Intersystembol Interference, ISI）。该技术的优点在于，将数据进行串并转换后同时传输，在时 域上符号持续时间得到增加，能够减少信道时域弥散产生的ISI，并可通过插入循 环前缀的方法进一步消除信道ISI；具有较高的频谱利用率；调制解调过程中的快 速傅里叶变换和快速傅里叶逆变换随着DSP技术的发展易于实现；可根据上下行
现代通信理论与新技术
可见光通信关键技术
学号： 姓名：
可见光通信技术及其应用
1 概述
2 特点 3 关键技术
4 结束语
什么是可见光通信技术
LED与白炽灯的性能比较
LED高速的响应特性使得在照明的同时进行高速通信成为可能——
可见光通信（VLC）应运而生。
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。
目前应用到可见光通信系统中的调制方式包括开关键控、脉冲位置调制、
差分脉冲位置调制，子载波脉冲位置调制，变脉冲位置调制，色移键控和正交 频分复用等，以下将对目前可见光通信系统中的调制进行简要介绍。 开关键控 脉冲位置 调制 子载波脉冲 位置调制 差分脉冲 位置调制 变脉冲 位置调制 正交频分 复用
关键技术
调制解调技术
开关键控(On-Off Keying，OOK)属数字基带调制方式，按照控制方式的差异， 可细分成非归零开关键控(Non-Reture-to-Zero OOK，NRZ-OOK)和归零开关键控 (Reture-to-Zero OOK，RZ-OOK)。下图 给出了NRZ-OOK和RZ-OOK的调制波形， NRZ-OOK光源开启表示“1”，光源关闭表示“0”。而RZ-OOK则每个脉冲结束都 回归到零电平，所以RZ-OOK的带宽要求高于NRZ-OOK，考虑到LED开关速度的限 制，NRZ-OOK比RZ-OOK更适合于调制带宽受限制的室内可见光通信系统。
链路不同数据量和通信质量要求进行自适应的调制；方便与多址技术结合等。其
面临的主要挑战在于如何将信息有效地加载到OFDM载波上，以及如何对LED的 非线性进行补偿。 正交频分复用
结束语
可见光通信实现照明和通信2个功能，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，与LTE、WiMAX、Wi-Fi和蓝牙存在互补 关系，而不是所谓的替代无线传输技术。可见光通 信是当前的研究热点，特别是在如何延长传输距离、 自动方向对准和降低设备成本等方面。如果能成功
4-DPPM 波形
差分脉冲位置调制
关键技术
调制解调技术
变 脉 冲 位 置 调 制 (Variable Pulse Position Modulation，VPPM)调制方式如图所 示，VPPM是IEEE 802.15.7标准中推荐的调制方式之一，结合了脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)和 2-PPM调制的特点，通信时使用 2-PPM，明暗控制时使 用PWM。
VPPM 波形 变脉冲位置调制
关键技术
调制解调技术
VPPM 调制技术考虑了闪烁缓解和明暗控制功能，但是其数据传输速率 也是受到 LED 开关速度的限制，当明暗控制范围大时，系统效率会大幅降低， 从而数据传输速率也将减小，所以使用 VPPM 调制的室内可见光通信系统需 要在数据传输速率和明暗控制范围之间进行折中。
解决这些问题，那么可见光通信将发挥巨大潜能和
优势，成为无线通信领域一个新的亮点。
可见光通信关键技术
什么是可见光通信技术
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
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。
VLC特点
宽频谱 它的泛在性能对当下 无线通信覆盖的盲区进行填补， 比如在无线受限（医院、机舱、矿井等）、 传输时媒介或障碍物的深度衰减环境（地铁、 隧道）、用户高度密集区、舰船舱内这类无 线通信非常不畅的地方采用LED光源进行通 信。
每秒十兆至几十兆
可见光频谱的宽度可达到射频频谱 的1万倍。基于LED的可见光通信具有 宽频谱、无需频谱使用许可证，有LED 的地方就可能有通信——Lifi
关键技术
光源
室内可见光通信系统的可见光光源是在满足用户的照明要求的基础上实 现通信功能，由于白炽灯、日光灯和LED等常用人造光源在硬件结构上的不 同，并非所有类型的光源都适合作室内可见光通信系统的光源。 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5 W,发光效率也已经达到50
子载波脉冲位置调制
关键技术
调制解调技术
差分脉冲位置调制调制(Differencial Pulse Position Modulation，DPPM)方式如图 所示，通过去除PPM调制波形中多余的时隙，DPPM的带宽效率较PPM高，但也受系 统调制带宽限制。由于每个调制波形均以脉冲结束，所以DPPM的收发机结构会比 PPM的收发机结构简单，不需要码元同步。
lm/W,其发光效率(流明效率)已经超过白炽灯。白光LED的光效超过100 lm/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。
关键技术
光源
目前制造白光LED的方法主要有两种 ：
一种是利用黄色荧光粉将蓝光LED所发的 蓝光转换成双波长的白光。其中基于荧光 粉的白光产生方法因其生产过程和封装技 术均较简单，成本相对更低，所以是目前
4-PPM 波形 脉冲位置调制
关键技术
调制解调技术
子载波脉冲位置调制(Sub-Carrier Pulse Position Modulation，SC-PPM)调制方式 如图 所示，SC-PPM是日本可见光通信标准中所推荐的调制方式，在PPM的基础上用 子载波进行信息传输。
SC-4-PPM 波形
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。
关键技术
调制解调技术
为了尽可能提高系统的数据传输速率，需采用额外的措施来缓解系统带宽 受物理器件限制的影响，有效的缓解措施可总结为两类，一类是使用附加元件 或使用均衡技术来缓解，具体方法包括在接收端使用蓝色滤波片滤除响应速度 慢的黄光元素、在LED的驱动电路模块中使用预均衡技术以及在接收机端使用 后均衡技术；第二类方法是使用效率更高的调制技术，即一个发送符号可传递 尽可能多的信息。
开关源自文库控
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。