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LED可见光通信 背景介绍： 20世纪90年代以来，随着全光接入技术的发展和人们对无线宽带通信需求的日益强烈，结合了无线通信和光通信技术的无线光通信技术应运而生。作为一种宽带无线接入技术，无线光通信技术以光信号为载体、大气作为传输媒质来传送信息，具有信息容量大、灵活方便、易于维护及安全必威体育官网网址等特点，从而越来越受到人们的关注。 与传统照明方式相比，白光LED功耗更低、工作电压更低、寿命更长、尺寸更小、发热更少、更加耐潮湿。最重要的是LED 还具有高速点灭的发光响应特性，所以，一些有远见的科学家和工程师藉此提出了一种大胆而创新的思路：让LED点亮、熄灭切换得足够快，以致于人眼无法分辨，从而用它们来传送数据。这种构想便是可见光通信的理论基础，即将信号调制到LED上，在可见光用以照明或显示的同时，进行数据传输，使可见光通信与LED 照明相结合，将LED 照明光源用作光无线局域网络的信号发射机，设计基于白光LED的可见光通信，从而提供一种全新的无线光通信接入方式[1]。 可见光LED通信有下列特点： （1） 安全性好，方便；采用室内照明LED光源即可实现。 （2） 发射功率高。 （3）无需无线电频谱认证。无线电频谱资源由于被管制显得非常有限，当前能够分配的无线电频率已经严重不足。 （4）无电磁干扰。可以用于对电磁干扰严格限制的场合，如医院、飞机等。 （5）通信安全可靠。由于可见光通信不能穿墙，故其通信被严格限制在了室内，使得室外窃听室内的通信数据非常困难。 （6）没有多径衰落效应。由于光波长相对于探测器的面积来说微乎其微，所以探测器提供了足够的空间分集，有效地遏制了多径衰落效应。[2] （7）信道带宽大。可将光波长范为较大，380~780nm，因此具有较大的带宽。 （8）传输速率高。LED 的响应速度非常快，因此可以用LED 进行高速数据通信。配以恰当的编码和驱动技术，LED 能够用于100Mb/s以上的高速数字通信。 因此可见光通信有着很好的前景。 内容介绍： 日本的Nakagawa和Komine对此进行过一系列的研究。下面介绍一下他们在论文《Fundamental Analysis for Visible-Light Communication System using LED Lights》中的研究情况。 他们提出了用白光LED作为室内无线网络的无线光通信系统。在这个系统中，LED不仅被用作是照明设备，也被用作通信设备。这是一种用“可见的”白光作为介质的无线光通信系统。如下图所示： 此系统有如下优点： 高能量和分布式的照明设备使整个房间内有更少遮蔽的光信息传输成为可能。 白光LED照明设备易于安装并且美观。 1.LED的设计： LED需满足照明需要和光通信需要。 他们设计了一个5m*5m*3m的房间，如下图布置： 可以胜任光传输的LED被安置在距离地面2.5m的高度。桌子的高度为0.85m。桌上放置一个用户终端。LED照明设备的数量为4，每个LED灯由3600（60*60）个LED组成。每个LED之间的距离为1cm。LED芯片在半功率工作下的半角为70度。LED芯片的中心发光强度为0.73cd,一个LED芯片的传输光功率是20.0mW。如下表： 照度分布： 直射光的接收功率（未经过墙壁的反射）： 房间内所有地方接收功率为-2.8到4dBm。接收功率同红外通信相比是很大的，可以使宽频带通信成为可能。 包括反射影响的接受功率： 由图可见，房间中所有地方接收功率为-2.8到4.2dBm。包含反射的平均接收功率大约比直射接收平均功率大0.5dB。 2.码间串扰： 一般来讲，光分布在一间屋子内而且光的辐照度对于照明设备的功能而言够大了。在使用LED灯的可见光通信中，由延迟传输造成的光程差组成的大的接收功率引起了码间串扰。因此，他们定义每一个LED灯同时传输同样的信号，将讨论他们的光程差。 要达到10^-6的误码率，需要开关键控的信噪比为13.6dB。为了稳定的通信链路，需要接收光功率信噪比为13.6dB。 冲击响应： 上图展示了各种光（直射光、一次反射光、二次反射光）在接收光中所占的比例。由图可见，反射光所占比例远小于直射光。因此，在可将光通信中，直射光的影响比较大而且在很大程度上依赖系统的性能。因此他们只考虑一次反射光的额影响。 性噪比： 上面一幅图展示了直射光的性能，下面一幅图表示包含反射光的性能。从这些图中，在房间的所有地方几乎都达到了所需求的信噪比。因此，他们所提出的系统使100Mb/s传输成为可能。由于高功率照明可以被用作通信，可见光通信很容易获得很高的质量。 包含反射光的平均接收功率大约比直射光的平均光功率大0.5dB,然而，包含码间串扰的平均信噪比大约比直接照射时的平均接收功率小2d