白光LED通信系統的噪聲和干擾

徐鑫宇 黃旭 張浩

摘要 隨著白光LED照明技術的不斷發展和進步，利用其通信特點所開展的通信技術，也得到了社會各界的廣泛關注，為了更好的幫助大家對白光LED通信系統的內容進行了解與掌握，本文通過對其噪聲和干擾情況展開分析，希望能為相關人員起到一些積極的參考作用。

【關鍵詞】白光LED 通信系統 噪聲 干擾分析探究

根據通信理論內容可以發現，要想降低運行判決過程中的誤碼率，那么不妨從以下這幾個方面進行：首先，要對光功率進行提升;其次，則是要對信噪比進行升高。在具體的工作中，系統本身所產生的可見光發散角較大，在應用上，存在著無害的特點。通過提升其光源的發射功率，能夠提升系統的可靠性，并且利用白光LED通信技術中所具備的高速點滅特性，來對其所發出的光載波信號進行調制與傳輸，并借助二極管來接收光載波信號，進而構建出能夠達到通信、照明兩用的基站燈。

1 白光L印通信系統中存在的發展問題

1.1 無線頻譜資源拓展問題

由于傳統的無線通信取得了較為不錯的發展成績，且與廣播、電視、藍牙等技術實現了共用微波無線頻段技術，這就導致該頻段的頻譜資源處在一個較為緊張的狀態，所以對新的無線頻段進行開發，是一件迫在眉睫的工作內容。在調查中發現，在這方面，近些年主要是利用太赫茲通信、毫米波通信來進行解決，但是在白光LED器件的應用上，利用更高的光頻率進行無線通信，不僅可以提升傳輸效率，更能夠避開無線授權波段。

1.2 達到節能環保目的

LED器件屬于是一種具有高效性的固體光源，并且當前熒光光源的應用，更是達到了能耗更低、亮度更大，以及尺寸更小的目的。與此同時，LED光源所發出的光譜較窄，能夠成為無線通信載波調制信號，并將綠色照明、節能通信等優點發揮出來，還有，處在可見光頻段的光波，不會對人體產生傷害，在長時間的運行狀態下，可以保證用戶的環保要求，構建綠色節能環保的通信環境。

2 白光LED通信噪聲受限系統

白光LED通信系統，所采用的是光強度調制和直接檢測技術，在整個應用過程中，光信道的傳輸質量會背噪聲所影響，相關人員認為，整個工作的理想化狀態，可以簡單概括為是時變產生噪聲起伏的過程，根據有關的數據內容顯示，每個比特主要包含l0⁴-10⁵光子。接收機在工作中，主要借助窄帶濾波器執行工作，探測器被強光所照射的時候，系統的每個比特中，大約會出現l0⁷-lO⁸光子的起伏噪聲，整個強光背景構成了噪聲的主要來塬。

另一部分噪聲的來源產生于接收機的內部。由于白光LED調制速率難以達到100MHz，所以PIN也會產生一些低頻閃爍噪聲，而PIN管處的噪聲電流，會引入一部分的散粒噪聲，在接收系統中，不妨添加相應的濾波器，對那些低頻、閃爍的噪聲進行抑制;光電探測器在不工作的狀態下，會產生一些負偏壓的情況，這時的“暗電流”處在毫安化的級別中;而當探測器負載，以及放大器發熱的時候，也會出現一些熱噪聲，尤其是放大器內部的晶體管、電阻也是產生噪聲的電器元件。

3 白光LED通信干擾受限系統

背景光是整個通信系統的主要噪聲源，在噪聲受限的系統中，PIN管中存在的噪聲光，借助光功率，引入一些散粒噪聲，與此同時，還應該注意到，放大器裝置中，也會出現一些固有化的噪聲。還有，由于白光LED通信系統所具有的特性，導致其無法在對可見光進行過濾的時候，安裝相應的帶阻濾波器，如果整個電路設計出現不合理的情況時，那么在外界，一些可見光難免會對整個接收系統產生干擾，系統所發出的輸出信號，會受到調制背景光的干擾，影響到系統的正常化運作。

4 白光LED通信系統中基于雙受限的光接收機設計

4.1 成像式光學接收系統設計

成像式的光學接收系統，其設計內容主要是把握住整個探測器的實際應用面積，然后利用結算結果，將其分割為數量較多的獨立化單元，這樣每個小單元，都可以擁有一個接受世界的FOV，執行工作時，能夠實現對信號的獨立接收。在具體的設計實施過程中，可以假設透鏡的焦距大小為f，而小單元的接收視角FOV=arctan（x/f），如果探測器的整體面積為aXa，那么就可以算出整個探測器的最大接收視角為FOVmax=arctanL（2a）^1/2/2f]。當探測器被劃分為若干個小單元之后，整個探測器平均的接收視角，也會出現一定程度的減小，背景光的光強也會隨之減弱，整個探測器會有數量較多的小單元構成，這樣能夠進一步降低光電探測器上所出現的等效輸入電容，提升系統的接收靈敏程度。

4.2 高頻低噪聲放大器設計

當白光LED照明信息系統進行工作的時候，信道中背景光噪聲處在一個較強的狀態下，針對前置的放大器，設計人員需要按照低噪聲的標準執行設計，同時，由于前置放大器所產生的噪聲干擾性較強，所以設計工作的一項重要指標，就是控制等效輸入的噪聲電流密度，要想降低噪聲，那么需要設計出光電二極管，與其后續有源器件之間的噪聲匹配電路，這樣就能夠保證噪聲電流具有最小的等效輸入。

4.3 干擾受限系統的干擾抑制措施

在具體的實施工程中，首先，可以借助帶阻電子濾波器，抑制某一特定頻率下的背景光干擾情況，例如日光燈本身所產生的一些工頻干擾問題，都可以進行有效的解決;其次，可以采取副載波調制，把光信號脈沖，遷移到較高的頻帶上，并利用接收機，采取電路濾波的方法，消除低頻的背景光噪聲;最后，則是要在相關的電路中，增設一些電源濾波電容，以及放大器偏置電路濾波電容，能夠取得有效的抑制電源噪聲效果。

5 結語

總而言之，針對白光LED通信系統的噪聲和干擾問題，相關工作人員需要結合整體的設置情況，運用合理化的技術手段，從設計階段開始，直到其運行實踐，都應該進行合理化的解決。在光域和光電的發展內容上，提出一些有效的噪聲抑制措施，弱化那些潛在的干擾問題，并綜合該項技術的優點，改善潛在問題，升級相關的設計方案，這樣能夠使白光LED通信系統，獲得更加良好的接收性能。

參考文獻

[1]權進國.LED可見光通信鏈路關鍵技術研究[D].哈爾濱工業大學，2016.

[2]高小龍，白光LED發光建模與通信系統研究[D].中南大學，2012.

[3]趙惠珊，陳長纓，陳曦，傅倩，洪岳，駱宏圖，莫晨曉，白光LED通信系統的噪聲與干擾分析[J]，光通信技術，2011，35 （01）：60-62.