可见光通信应用前景与发展挑战

通信技术

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doi：10.19399/ki.tpt.2019.02.095

可见光通信应用前景与发展挑战

朱振坤

（湖北经济学院 信息与通信工程学院，湖北 武汉 430000）

摘要：传输介质创新往往会掀起新通信技术革新的浪潮。自从可见光被尝试用作信息传输媒介起，可见光通信技术（Visible Light Communication，VLC）在短短数年间迅速成为无线通信技术领域的研究热门课题。可见光通信继承了LED 反应速度快、不受电磁干扰及可靠性高等优点，在照明的同时实现了无线通信。基于此，在系统介绍可见光通信结构和特点的基础上，重点介绍了可见光通信的应用前景，并分析讨论了可见光通信的一些关键技术和可见光通信未来的发展挑战。

关键词：可见光通信；白光LED；uplink

Application Prospects and Development Challenges of Visible Light Communication

ZHU Zhen-kun

（College of Information and Communication Engineering，Hubei University of Economics，Wuhan 430000，China）Abstract ：The innovation of transmission media often leads to the wave of innovation of new communication technology. Since visible light has been tried as an information transmission medium ，Visible Light Communication （VLC ） has rapidly become a hot research topic in the field of wireless communication technology in a few years.Visible light communication inherits the advantages of fast response speed ，no electromagnetic interference and high reliability of LED ，and achieves wireless communication while illuminating.Based on this ，the structure and characteristics of visible light communication are introduced systematically.The application prospects of visible light communication are emphasized.Some key technologies of visible light communication and the development challenges of visible light communication in the future are analyzed and discussed.

Key words ：visible light communication ；white LED ；uplink

0　引　言

受益于半导体技术的高速发展和LED 照明的广泛应用，VLC 使用LED 作为可见光光源，拥有LED 反应速度快、不受电磁干扰及可靠性高等优点，在照明的同时实现了无线通信[1]。从一百多年前贝尔提出photophone 起，经过各类激光器与LED 的逐步发明与应用，VLC 的概念在21世纪初被正式提出，并很快成为了欧、美、日等国家角逐通信技术的前沿阵地，国内以中国科学技术大学为代表的高校和研究机构在VLC 理论与实验方面取得了诸多突出成果。但是，VLC 现阶段还未趋于成熟，在生活与工业中的推广应用尚有许多技术难点需要解决。

1　基本结构及其特点

无线通信系统逻辑上一般都由下行链路（downlink ） 和上行链路（uplink ）两部分组成，VLC 作为无线通信的一种也同样如此。以典型的室内可见光通信系统为例，VLC 基本结构如下。1.1　下行链路

下行链路由LED 光源、光电检测器（PD ）及信号处理单元组成。其中，LED 光源与信号处理单元组合可发射调制可见光，构成发射部分；PD 与信号处理单元接收发射光并转换处理获得原始信息，构成接收部分。由于两部分间存在多条光路径，每种路径上从发

射到接收耗时不同，因而存在码间干扰（ISI ）。1.2　上行链路

相较于下行链路，uplink 的LED 光源发射面积和发射角要小得多，同时uplink 的PD 安装在吊顶上，用来接收用户光信号。除去上述区别外，uplink 和downlink 的组成结构基本相同。

实际使用的可见光网络是由全双工VLC 系统组成的网络，全双工VLC 系统通过在通信双方对称配置上述uplink 和downlink 实现双向同时工作。由于VLC 系统中LED 光源高速调制，人眼察觉不到灯光的明暗交错，因而其通信功能对LED 照明没有影响。VLC 系统一般设计采用强度调制直接检测（IM-DD ），这种方式的特征在于Optical receiver 所接收到的光信号来自多个光源，即使部分光路径被遮挡仍旧可以实现通信，大大提高了系统可靠性。

VLC 由于光源的特殊性，表现出许多优于传统光通信（Optical Communication ）和射频通信（RF Communication ）的特点。第一，不受许可证限制。可见光不在无线电频谱管制范围内，因而不受许可证限制。第二，安全性。可见光对人基本没有伤害，将照明使用的可见光作为通信介质安全性极高。第三，保密性。在封闭空间内，可见光无法穿越砖墙，因而外界无法获取通信内容，可以有效防止信息外泄。第四，不会产生电磁干扰。这一点对于飞机和医院极为重要，因为这些场合对于电磁干扰有着严格限制。此外，可见光资源丰富、发射功率高等均为VLC 优势。然而，由于VLC 通信路径损失较大，性能受温度影响较明显，因而目前无法取代RF Communication 。因此，如何克服这些劣势成为了VLC 研究的热门课题。

收稿日期：2018-11-14

作者简介：朱振坤（1997-），男，湖北黄冈人，本科，主要研究方向为电子信息工程。