你們都知道，室內(nèi)可見(jiàn)光通信發(fā)展并不理想，那么，要推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，究竟要厘清哪些關(guān)鍵性技術(shù)？

　　為了滿足人們快速穩(wěn)定，安全環(huán)保的通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)要求，解決射頻無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)存在的頻帶緊張和帶寬限制等問(wèn)題，通過(guò)深入室內(nèi)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)技術(shù)的研究和探討，從而有效補(bǔ)充現(xiàn)有射頻無(wú)線通信系統(tǒng)方式在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用。本文就室內(nèi)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)信道模型分析，室內(nèi)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)，以及室內(nèi)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)信道編碼技術(shù)展開(kāi)了詳細(xì)的分析闡述，旨在進(jìn)一步與完善室內(nèi)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)用。

　　近年來(lái)，室內(nèi)可見(jiàn)光通信技術(shù)被越來(lái)越廣泛地運(yùn)用到我們的日常生活當(dāng)中，室內(nèi)可見(jiàn)光通信技術(shù)可以同時(shí)滿足我們?cè)谑覂?nèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求，以及日常的室內(nèi)照明，比起傳統(tǒng)的通信技術(shù)，它的私密性及安全性更高，可以利用的頻帶更寬，能夠免于電磁的干擾；且可以通過(guò)無(wú)線通信的方式接入，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋面得到擴(kuò)展，對(duì)空間的復(fù)用性也十分良好，這些優(yōu)勢(shì)使得該項(xiàng)技術(shù)引起了相關(guān)領(lǐng)域研究人員的關(guān)注。

　　白光LED 是可見(jiàn)光通信系統(tǒng)所提供的最主要的一種可見(jiàn)光源，它的尺寸比其它類型更小，且電壓、消耗功率和壽命低，通過(guò)常溫即可實(shí)現(xiàn)對(duì)白光LED 的控制，在市場(chǎng)上具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　但是，室內(nèi)可見(jiàn)光通信技術(shù)目前在我國(guó)的發(fā)展尚不成熟，致使一些應(yīng)用上的問(wèn)題得不到妥善的解決。本文將對(duì)室內(nèi)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析，以期推動(dòng)該項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展。

　　室內(nèi)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)信道模型分析

　　一般來(lái)說(shuō)，可見(jiàn)光源LED 燈把信號(hào)從發(fā)射端發(fā)射出來(lái)之后，會(huì)依靠接收端來(lái)接收信號(hào)。該通信系統(tǒng)在發(fā)射信號(hào)時(shí)，先由發(fā)射端調(diào)制光功率的強(qiáng)度，而后利用LED 進(jìn)行發(fā)射，信號(hào)會(huì)通過(guò)不同的路徑傳輸?shù)浇邮掌魃?，如直射、反射；最后，接收器?huì)對(duì)通過(guò)光路傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和恢復(fù)。其信號(hào)傳輸場(chǎng)景見(jiàn)圖一。

　　在信號(hào)從被發(fā)射到被接收的這一過(guò)程中，會(huì)經(jīng)歷直射以及漫反射的階段(見(jiàn)圖二) ，但漫反射對(duì)光信號(hào)在室內(nèi)的發(fā)射和接收產(chǎn)生的影響很小，可忽略不計(jì)，因此，為了方便計(jì)算，只以接收端所接收到的最為主要的兩種光功率來(lái)做計(jì)算的主要對(duì)象，即第一次反射和直射的光信號(hào)。光信號(hào)在傳輸過(guò)程中所受到的來(lái)自室內(nèi)環(huán)境的影響可以用相對(duì)簡(jiǎn)單的線性的基帶傳輸

　　系統(tǒng)來(lái)表示，這是根據(jù)其傳播的規(guī)律得出的結(jié)果。在省去對(duì)漫反射的計(jì)算之后，可以把第一次反射、直射傳輸給接收端的光功率的信號(hào)設(shè)置為y( t) ，將發(fā)送光信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)功率設(shè)為x( t) ，脈沖響應(yīng)為h( t) ，光信道噪聲為n( t) ，信號(hào)卷積以* 表示，且t 的值大于等于0。因?yàn)樵斐晒庠肼暤囊蚴潜尘肮?，所以在?jì)算時(shí)，把獨(dú)立的高斯噪聲作為設(shè)置值里的光噪聲來(lái)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式、公式簡(jiǎn)化過(guò)程如圖三所示，最后得出的信號(hào)發(fā)送循環(huán)矩陣見(jiàn)圖四。公式Y(jié)=XH+N 中的Y 表示接收到的信號(hào)的序列： Y=［y0，y1，…yk－1］T，H 指信道

　　中脈沖沖激的響應(yīng)： H =［h0，h1，…hk－1］T，N 為噪聲向量： N=［n0，n1，…nk－1］T。循環(huán)矩陣中L 與K 分別表示信道的抽頭長(zhǎng)度和訓(xùn)練序列的長(zhǎng)度。

　　室內(nèi)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

　　帶寬的調(diào)制影響著LED 數(shù)據(jù)傳送的速度，它是LED 調(diào)制能力的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。PN 結(jié)結(jié)電容和有源區(qū)的載流子的復(fù)合壽命是影響LED 調(diào)制帶寬的主要原因，因此，我們?cè)诳s減寄生電容、減少載流子的復(fù)合壽命之外，還可以使用多芯片型的白光LED 來(lái)調(diào)制帶寬。除此之外，優(yōu)化外部的驅(qū)動(dòng)電路也不失為一種提升LED 的調(diào)制能力的好方法。

　　在國(guó)外，相關(guān)領(lǐng)域的研究人員會(huì)將一種均衡技術(shù)運(yùn)用在白光LED 的系統(tǒng)當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)制帶寬能力的提高。研究人員在信號(hào)的發(fā)射端和接收端都引用了均衡技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，均衡技術(shù)可以有效提高調(diào)制帶寬的數(shù)值，并降低誤碼率。而且，在合理的范圍內(nèi)提高均衡方案的復(fù)雜程度，能夠使系統(tǒng)的性能得到更進(jìn)一步的完善。說(shuō)到系統(tǒng)調(diào)制技術(shù)，就不能不提及正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)。正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)稱為OFDM，這種技術(shù)能夠使用簡(jiǎn)單的方法解決信道的色散問(wèn)題，是高頻譜效率的一種技術(shù)，實(shí)用性很強(qiáng)，全面適用于數(shù)字域。日本的研究室曾在2001 年提出OFDM 的使用對(duì)于傳輸數(shù)據(jù)率的提高是十分必要的。

　　OFDM 抗多徑的能力非常強(qiáng)，這種技術(shù)在將信道中的可用帶寬分成多個(gè)子信道之后，借助子信道間擁有正交性的特點(diǎn)，完成頻分復(fù)用的過(guò)程，或在子載波上對(duì)被分配的功率、比特加以利用，從而傳遞信號(hào)，進(jìn)而適應(yīng)信道中的調(diào)節(jié)條件，增加碼元周期，降低子載波的傳輸速率。

　　除了正交頻分復(fù)用技術(shù)，還有多輸入多輸出的技術(shù)，簡(jiǎn)稱為MIMO。這項(xiàng)技術(shù)為了解析出更多的獨(dú)立通信信道，對(duì)接收端對(duì)LED 燈陣列傳輸出的光信號(hào)的接收能力會(huì)有所要求。雖然兩者都各有長(zhǎng)處，但相比起來(lái)，OFDM 技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)。使用多徑傳播的方法雖然有很多好處，但是容易造成ISI( 碼間串?dāng)_) 的現(xiàn)象， ISI 會(huì)對(duì)通信的傳輸速率產(chǎn)生負(fù)面影響，這時(shí)就有必要利用OFDM 來(lái)進(jìn)行調(diào)解。

　　在VLC 中使用OFDM 可以有效減少I(mǎi)SI 帶來(lái)的影響。相關(guān)領(lǐng)域的研究人員曾設(shè)計(jì)過(guò)多種在VLC 中使用OFDM 的方案，本文取其一來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。首先選定白光LED 的照明陣列、電力線調(diào)制器以及OFDM 解調(diào)器，而后在發(fā)射階段使用OFDM 編碼信源的電信號(hào)，與此同時(shí)利用直流偏置調(diào)制LED 的光源；在信號(hào)發(fā)射到達(dá)接收端時(shí)，對(duì)接收到的光信號(hào)再次進(jìn)行解調(diào)；而后把在發(fā)射端插入的導(dǎo)頻信號(hào)提出，這種做法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信道狀態(tài)的更新和及時(shí)的評(píng)估。正如前文提及的，OFDM 會(huì)將信號(hào)傳輸中串行的一些高速的數(shù)據(jù)調(diào)制到具有正交性的子信道上，把碼速率降低，從而減輕ISI 帶來(lái)的影響；此外，把保護(hù)間隔放入OFDM 的符號(hào)間的做法，能夠更深入地清除殘余的ISI。這種調(diào)制手段會(huì)使白光LED 的通信系統(tǒng)的冗余部分變多，但同時(shí)也可以把誤碼率保持在較低的水平上。

　　室內(nèi)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)信道編碼技術(shù)

　　在通信領(lǐng)域里，最為常見(jiàn)、應(yīng)用最廣泛的編碼技術(shù)是分組碼。有一種適合用來(lái)傳輸LED 的數(shù)字的編碼技術(shù)，表示為mBnB，這種技術(shù)由暨南大學(xué)的趙俊和陳長(zhǎng)纓提出。分組碼按照一定單位對(duì)原始的信息碼字進(jìn)行分組，完成后再使用其他單位的碼字來(lái)代替表示；比如用每組m 比特的方式來(lái)給一組原始的碼字分組，然后用每組n 比特的單位表示此前的碼字，此時(shí)

　　分組已經(jīng)完成，可用ＲZ 碼的格式進(jìn)行傳輸，或者使用格式BＲZ 碼。值得注意的是，這里的m 和n 不能為負(fù)數(shù)或0，通常情況下m+1 = n，即m＜n。

　　在編碼中比較常用的是6B8B，5B6B，3B4B 和1B2B 這幾種，1B2B 也稱曼徹斯特碼。這類分組編碼技術(shù)不受基線漂移的影響( 因其連0 和連1 的個(gè)數(shù)少) ，獲得的功率譜的形狀較其他編碼技術(shù)而言更好，此外還擁有可靠的字同步方法，以及誤碼監(jiān)測(cè)。研究人員曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，證明mBnB 的編碼方式可以有效改進(jìn)光通信的效果和性能。以6B8B 的編碼為例( 編碼實(shí)現(xiàn)過(guò)程見(jiàn)圖五) ，當(dāng)此編碼的光信號(hào)在0. 5 米到2. 5 米間的通信距離范圍內(nèi)時(shí)，它受到的來(lái)自LED 的影響較小，也就是說(shuō)，LED 的電阻、串口模塊的分頻，以及LED 的數(shù)量都不會(huì)大幅減緩該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送速度。不過(guò)，雖然6B8B 的編碼能夠在一定程度上保證數(shù)據(jù)的傳送速度，但仍然不是最有效的編碼方式，為了更進(jìn)一步地提高室內(nèi)可見(jiàn)光通信技術(shù)，研究人員仍在持續(xù)努力。

　　光通信市場(chǎng)2018年達(dá)到60億美元

　　室內(nèi)光通信技術(shù)具有良好的發(fā)展前景，它是一種非常理想的將高速無(wú)線接入室內(nèi)的方案，應(yīng)用范圍十分廣泛；國(guó)際上的權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)光通信市場(chǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、預(yù)計(jì)后，得出此市場(chǎng)將在2018 年達(dá)到60 億美元的結(jié)果。如果我國(guó)的室內(nèi)光通信技術(shù)能夠得到良好的發(fā)展，勢(shì)必會(huì)創(chuàng)造更多的價(jià)值。

　　目前，歐美、日本等國(guó)家和地區(qū)對(duì)室內(nèi)光通信技術(shù)的研究正如火如荼地展開(kāi)，他們?yōu)榇送度肓舜罅康娜?、才、物力，取得了不小的成就；與他們相比，我國(guó)的研究相對(duì)落后。在改善室內(nèi)可見(jiàn)光通信性能的道路上，我們還面臨著許多挑戰(zhàn)，包括本文所討論的調(diào)制調(diào)解、編碼技術(shù)等，所以理應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這些方面的研究，以盡早解決當(dāng)前室內(nèi)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)中的不足之處，從而實(shí)現(xiàn)該技術(shù)真正的價(jià)值。