可见光通信技术LIFI

调制方式
正交频分复用(OFDM)
OFDM带宽效率高, 并且可以克服多径效应和符号间干扰.在可见 光通信系统中使用OFDM技术,那么系统的数据传输性能将提升 ,抵
抗多径干扰能力也将被加强
可见光通信的关键技术
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信道编码技术 mBnB分组编码技术 是 一种适用于 LED数字传输 。通常 来说，分组码是指将原始信 息码字按 m比特为单位进行 分组，根据一定规则用另外 每组为 n比特的码字来表示， 然后这些新的分组以 NRZ 码或 RZ码的格式来传输。常 用的信道编码有1B2B（曼 彻斯特码）、3B4B、5B6B、 6B8B等。
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可见光通信系统的组成
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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。
可见光通信系统的组成
可见光通信系统的组成
从 上 图 中 ，我们看到：可见光通信系统由路由器 （集 线器）、LED光源、接收器和信息终端（含适配器） 等 组成。 可见光路由器是可见光通信网络中的核心组成部分， 可 以接受来自信息终端用户的信息，同时分时段的将接收 到的信息通过主光源以广播的方式发送出去。
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LIFI的局限性
解决方式: 对于环境干扰问题 ,LIFI系统中使自行研制的窄带滤 镜 , 可以一定程度上避免背景光的干扰 ; 对于室内的电磁干 扰,噪声主要在1MHz已下,他们在系统中也避开了这个频段 . 要实现高速的传输速度,还需要在空间内布置更多用了的中 继站,以保证传输的稳定性
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LIFI的局限性
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可见光通信技术概述
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。
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可见光通信技术概述
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： 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。
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主要应用
办公室
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Li-Fi 以低廉的成本解决 了 办 公 室 上 网问题人人 克 享 100Mbps 连 接 , 数 据 经过加密
主要应用
医院
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Li-Fi 可以轻松解决两个 问题 : 手术室可以有照明 用的设备 , 就具备了使用 Li-Fi 的条件 .Li-Fi 的频 谱是 Wi-Fi 的 1 万倍 , 不会 影响到医疗设备的使用
可见光通信系统的组成
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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。
LIFI的优势
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在家里 , 打开台灯就可以下载歌 曲;在餐厅,坐在有灯光的地方就 可以发微博;即便是在水下,只要 有灯光照射就可以上网
LIFI的优势
二、传输速度快 可见光的频谱带宽是目前电磁波带宽的 10000倍.目前 据报道,实验室测试最高速度可达1Gbps.
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LIFI的优势
三、绿色健康,低能耗 人们无时无刻都处在”光”这环境中,可见光对于人 类来说是绿色的 , 无辐射伤害的一种物质 . 因此用光来作为 无线通信的媒质,是一种对人类更健康,更可取的方向. 同时用光来通信能减低能耗 ,因为不需要像基站那样 提供额外的能耗 . 就算是在白天 , 只要把作为”热点”的灯 的亮度降低人眼所觉察不到的程度即可,在夜晚的时候可以 作为数据传输和照明的作用
调制方式
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
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可见光通信的关键技术
分集接收技术 分集接受技术的提出是为了提高 VLC 系统的信噪比 , 克服高速通信中码间干扰的影响.分集接收的思想就是在接 收机处的不同方向上安装多个光电探测器,对多个探测器接 收到的信号进行比较,选取信噪比最大的信号进行通信
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可见光通信的关键技术
分集接收技术 在分集接收系统中 , 两个关键的工作是 : 信号的选取 方式和光电探测器的布局 . 在信号的选取上 , 对于低速率的 白光 LED 通信系统 , 直接将多个探测器接收到的信号通过一 个加法器进行简单相加,然后将相加后的信号送进接收机进 行滤波解调和解码等处理 , 大大提高了信噪比 ; 当通信系统 的传输速率高于100MB/S时,由于码间串扰的影响 ,不能将信 号直接相加,必须设计专门的控制电路对信道进行自动判决 和选择
可见光通信系统的组成
白光LED光源的基本特性
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图所示是通过白光 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。
白光LED光源的基本特性
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LED光源的脉冲编码数字调制 数字调制是用二进制数字信号“1”和“0”码对光源发 出的光波进行调制。而数字信号大都采用脉冲编码调制 ， 即先将连续的模拟信号通过“抽样”变成一组调幅的 脉 冲序列，再经过“量化”和“编码”过程，形成一组 等 幅度、等宽度的矩形脉冲作为“码元”，结果将连续 的 模拟信号变成了脉冲编码数字信号。然后，再用脉冲 编 码数字信号对光源进行强度调制，其调制特性曲线如图 所示。
可见光通信系统的组成
可见光通信适配器包括下行链路的白光 LED光源和上 行 链路的光电接收器，具有发射和接受功能，且负责将终 端用户的信息调制成光信号，并接收来自下行链路的光 信 号。 天花板上安装的光电检测器可以接收来自用户的光 信号 ，并转换成电信号送入可见光通信路由器。 电信号经过可见光通信路由器的简单处理后，调制 到白 光 LED 光源上变成光信号，以广播的方式发射出去。 在 接收端，终端的可见光适配器将接受的信息解调出来并 送入终端用户，即实现了局域网内的无线通信。
可见光通信技术
可见光通信技术概述
可见光通信的主要分类 LED可见光通信可以分成室外通信和室内通信两大类 室外LED可见光通信技术目前主要应用在智能交通系 统 (ITS：Intelligent Transportation Systems). 室内LED可见光无线通信技术主要应用在室内无线宽 带 接入网中
反向通信 从LED灯泡发射信号到手机上的光电二极管只解决了 问题的一半,如何从手机发信号回去才能保证通信链路畅通 ( 当然可以用无线电欧诺更新作为补充 , 不过这让这个技术 的标准化变得很难)
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LIFI的局限性
解决方式: 而针对数据上行 , 可采用了两套系统 , 分别是可见光 上行和红外上行 . 所谓可见光上行 , 即需要在电子设备上安 装一个灯泡,而红外上行虽然肉眼看不见,但是速率却较低 单向传输更适合可见光通信 ,可见光通信并不适合做 信息的双向传输 , 如果反向信号上网的化 , 每个灯必须接上 网线.如果信号回传,接收设备也要安装灯泡,而且还要对的 很准 , 否则速度上不来 , 我们有很多地方其实是不需要信息 回传的 , 例如电视、收音机、交通灯等等 , 只需要做到信息 从信息源下载.
调制方式
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、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.
开关键控 NRZ-OOK光源开启表示”1”,光源关闭表示”0”
调制方式
脉冲位置调制 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
主要应用Байду номын сангаас
汽车
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交通指示灯能发送路况 信息
主要应用
飞机
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飞 机 上 的 Li-Fi 服 务 . 据 传 , 飞机上每位乘客可以 使用最高9.8Mbps的连接
主要应用
海底
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估计主要为需要在海底 开 展 科 研 工 作的科学家 们服务
LIFI的优势
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一、建设便利,光源易得 人们可以利用已铺设好的电灯设备电路,在需要接入网络 的地方植入一个芯片即可 .例如高速公路上的路灯 , 人们 在高速行驶的车上能轻易的接收到路灯传来的信号
可见光通信的关键技术
信道编码技术 mBnB码的优点有：①功率谱形状较好；②连0连1个 数 有限，没有基线漂移问题；③提供可靠的误码监测和字 同步手段。实验证明，经过 6B8B 编码后，光信号在通 信 距离 r=0.5 ～ 2.5m 范围内受 LED 的个数、电阻及串 口 模块分频的影响不大。利用 6B8B编码技术，可以保 证本 系统中数据高速传输的同时，使信号传输距离超过 2.5m。 而且，可以通过对数据采用高低两种不同码表的 方法来克 服 mBnB码译码时会造成误码增值的缺点。
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可见光通信的关键技术
信道编码技术 如图所示 , 以一个 12bit 的原始数据为例 , 介绍 6B8B 编 码实现过程
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可见光通信的关键技术
光码分多址(OCDMA)技术 采用光码分多址技术来区分不同用户的信息。在可 见光 无线局域网中所有的终端用户都共用相同的主光源， 因 此不同的用户信号必须具有不同的特征，这样适配器接 收时才能将不同用户信号分割开。 OCDMA 给每一个用 户分 配一个单独的地址码，数字信号在各自的地址码上 进行编 码，在接收机上通过相应的序列进行解码。采 OCDMA 技术 还能大大提高了系统的抗噪声能力 ,可以把 信号从噪声很 强的环境中检测出来。
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可见光通信的关键技术
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分集接收技术
可见光通信的关键技术
分集接收技术 对各个探测器转换后的电压信号进行实时采集采样 , 再送入电压比较器进行比较 , 找出电压值最大的信道 , 此信 道即为要进行通信传输的信道 . 同时 , 比较器输出控制信号 将相应的信道选通 . 对于光电探测器的布局 , 在接收机的不 同方向上安装多个光电探测器且均匀分布于一个半球面上, 这样在减少探测器个数的同时又提高了接受效果 . 如此 , 只 要不是整个接收机被遮住 , 通信就不会中断 . 关于探测器的 个数和布局 , 需要根据具体环境和通信性能的要求来决定 . 在高速通信中采用分集接收技术,系统的信噪比平均提高了 2dB,并且有效克服接收机位置改变 室内人员走动和物体阴 影对通信系统的影响
白光LED光源的基本特性
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LED光源的脉冲编码数字调制
研究白光 LED的线性特性、调制信号与输出光功率的关系，既 是为了获得线性调制，也为开发白光LED的多管驱动阵列提供了一定 参考。使工作点处于输出特性曲线的直线部分，一般需要在加调制 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。
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LIFI的优势
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四、安全
• 对于电磁波来说,其可以穿透物体进行传播,从安全角度上来看,这 可能会被截取而泄露信息 .但对于LiFi来说,可见光只能延直线传 播,不会穿透墙体的物体.数据只往人们所设定的方向传播,有利于 信息的安全性
LIFI的局限性
环境干扰 环境光源有时候会工作在同样的光谱频段 ,这时候如 果环境光源比较强,很有可能LIFI会无法正常通信,信/干燥 比(SINR)太差