可见光无线通信关键技术

可见光无线通信关键技术随着无线通信技术的发展和人们对信息传输需求的增加，传统的无线通信技术已经不能满足人们的要求，由于可见光无线通信具有较大的带宽，逐渐成为研究的重点。本文对目前的可见光无线通信应用现状进行分析，深入探索了可见光无线通信的关键技术。【关键词】可见光通信无线通信关键技术随着科技的进步，LED照明技术也得到了迅猛的发展，相比于传统的照明光源，这种LED半导体照明具有寿命长、能耗低的特点，利用LED的这种特性，把它用作照明的同时，还可以用作信号调制进行信息传输，由此形成了一种新兴的光无线通信技术，即可见光通信技术。这种技术具有以下的优点：就有非常高的安全性；资源丰富，取之不竭；具有较高的发射功率；无需无线电频谱证；没有电磁干扰。因此可见光无线通信技术具有较高的发展前景，由于具有高速的数据传输特点，成为了研究者关注的重点。1可见光无线通信概述我国从上世纪70年代开始研究无线光通信技术，受到当时技术条件和检测设备的限制，研究的重点主要是红外无线通信。随着信息技术和固态物理技术的不断发展，人们将研究的重点逐渐转移到可见光通信技术上。相比于传统的射频无线通信技术，可见光无线通信技术具有“带宽”的特点，能够很好地补充射频无线通信技术的缺点。但是可见光无线通信技术也存在比较明显的缺点，比如穿透性比较差，容易受到传播过程中物体的阻挡，因此在实际的应用中，一般将无线通信技术用于室内等近距离通信的环境中。可见光的光谱范围一般在380nm到780nm之间，在人眼的可见范围。可见光通信技术应用于室外时主要是通过广视角链路的方式，由于这种信道的覆盖范围比较大，因此主要应用于一些低速率传播的下行广播中，比如应用于智能交通中，可以根据交通信号灯的状态和交通拥挤情况，调制红绿灯或者路灯。应用于室外的主要缺陷是会受到天气的影响，在阴雨大风天气会对光线的传递造成一定程度的干扰。应用于室内时，可见光通信主要提供短距离的通信，可以将多个LED光源安装在房屋顶上，这种方法可以覆盖比较大的通信范围。2可见光无线通信的关键技术2.1可见光通信的发射和接收技术可见光通信的发射和接收技术主要采用强制调制/直接检测（IM/DD）方式。由于这种检测方式的硬件结构比较简单，成本也比较低，在实际应用中被广泛地采用。它是一种非最优化的检测技术，这种检测技术使得可见光通信的研究更加具有实用性，相比于传统的无线检测系统，这种检测方式具有灵敏度低的缺点。而且对于可见光通信需要制作专门的收发器，因此要想完善可见光通信技术，还需要设计合理的LED驱动电路和接收激光的检测电路。2.2可见光链路技术光的传播具有很强的方向性，因此可见光通信在传播的过程中，其链路会受到路径中物体的阻挡。无线光链路主要分为视距链路和非视距链路两种方式。视距链路方式下光线在传播的过程中遇到障碍物，不能像射频电磁波一样进行绕射或者衍射，其鲁棒性较差。在非视距链路的方式下，反射镜的应用可以使反射后的光功率具有较大程度的衰减值，从而其链路也更加可靠。但是也需要提高相应的信号处理技术和接收机的灵敏度。这两种链路技术在室内的通信中都得到了很好的应用，其中视距链路占据大部分的接收信号功率，而非视距链路主要是用来对信道进行时延扩展。可见光通信需要的是双向的交互信息，因此在进行可见光通信的设计过程中要充分考虑反向链路的问题。可以利用光线传播的可逆特性，在发射机和接收机之间形成反向的链路。这种方式虽然理论可行，但在具体的应用中还要考虑其实用性，可见光通信的信源端和接收端在复杂程度和体积规模上具有很大的不同，因此需要将反向链路设计成不对称的方式，这样的设计方法会增大下行信道的容量，实现高速的数据传输，还可以传递反馈和链路的控制信息。2.3可见光通信与传统无线通信结合技术多输入多输出(MIMO)技术和正交频分复用(OFDM)技术被认为是下一代无线通信系统中的关键技术。相比于传统的SISO系统，MIMO采用多天线传输，具有了更多的空间自由度。可以根据不同的应用情况采取不同的增益，其存在的主要增益有阵列增益、分集增益、空分复用增益和干扰增益。不同的增益之间存在着权衡。其主要的缺点是在数据流之间存在一定的干扰，需要在接收端采用最大的似然检测，只有这样才能获得最佳的性能，也提高了相应的计算复杂度。主要的接收算法有ZF接收算法和MMSE接收算法，其中MMSE接收算法可以通过预编码技术完全消除数据流之间的干扰，很好地权衡了噪声抑制和计算的复杂度方面。同时接收端在进行后处理矩阵的处理后，各个子数据流不会受到其他数据流的干扰。OFDM技术是一种多载波调制技术，可以有效地实现数据流的并行传输。这种技术使得每个频点占用的带宽比较小，其信道响应也较为平坦，因此可以对抗频率的选择性衰落。OFDM技术利用的是傅里叶变换技术，结构比较简单，降低了OFDM的实现复杂度。另外，OFDM技术可以和其他多址的接入方法相结合，在配置方面具有较大的灵活性。但是由于OFDM技术是一种多载波调制技术，其发射的信号是由多个独立的子信道叠加而成的，因此当各个子信道的相位一致时，就会出现较大的峰值，导致较高的峰值平均功率比。而且该系统中各个子载波是相互正交的，频率的偏差会引起子载波间的干扰。可见光通信技术可以应用OFDM提高通信链路的电学频谱利用率，在可见光通信系统中应用MIMO技术可以增加其信道的容量。然而，相比于传统的通信技术，光通信具有其独特的方面，因此在进行技术设计时还要充分考虑光链路的特点，比如光通信中的空间复用技术，发射和接收机中的光学原理，成像和非成像分集的使用等等。3总结随着人们生活水平的提高和用户对高速宽带的多媒体通信的需求，以往的电磁波通信由于受到频带范围窄的限制，逐渐被LED可见光通信所取代。由于LED可见光通信具有大范围的通信带宽，可以有效避免电磁干扰，能够满足现代人们对于多媒体通信的要求。LED照明灯的普遍应用，也使得可见光通信的各种关键技术得到不断的进步和完善。但目前对于可见光