淺談LED可見(jiàn)光通信技術(shù)作無(wú)線通信的應(yīng)用

許亞迪 張路瑩 山東科技大學(xué)

20世紀(jì)60年代初LED發(fā)光二極管的發(fā)明，LED燈的使用開(kāi)始普及千家萬(wàn)戶，隨后科學(xué)界對(duì)全光通信技術(shù)的使用邁進(jìn)了關(guān)鍵性的一步，相關(guān)產(chǎn)品相應(yīng)產(chǎn)生。白光LED因具有轉(zhuǎn)換效率高、高亮度、穩(wěn)定性高、能量損耗低和使用壽命長(zhǎng)等一些列優(yōu)良特性，可應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)程通信等領(lǐng)域。在二十一世紀(jì)，無(wú)線通信方式將會(huì)踏足多個(gè)領(lǐng)域，比如手機(jī)，互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，人們可以隨時(shí)隨地的通過(guò)身上的電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。本文主要介紹LED可見(jiàn)光通信相關(guān)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

1 可見(jiàn)光通信的概述

LED可見(jiàn)光通信技術(shù)是LED燈光照明技術(shù)和無(wú)線光通信技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的一種新型通信技術(shù)。白光LED燈在提供高強(qiáng)度照明的同時(shí)，以其高強(qiáng)度的頻率響應(yīng)提供大容量無(wú)線通信，這種頻域響應(yīng)可完全由LED光源調(diào)節(jié)和發(fā)送。同時(shí)，LED可見(jiàn)光無(wú)線通信技術(shù)可以利用可見(jiàn)光來(lái)充分拓展頻譜資源，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)在400～800nm，即在紅外線和紫外線之間。充分的頻譜資源，為可見(jiàn)光通信提供了一種傳輸容量大，不受射頻電磁干擾，安全，節(jié)能的通信方式。作為無(wú)線射頻通信方式的補(bǔ)充，可見(jiàn)光通信吸引了全世界范圍的目光。

2 研究現(xiàn)狀和相關(guān)技術(shù)

2.1 研究現(xiàn)狀

近幾年，隨著室內(nèi)照明設(shè)備的不斷進(jìn)步，將光照裝置與通信裝置相結(jié)合的VLC技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。VLC技術(shù)也不斷的步入家庭生活和工業(yè)生產(chǎn)中，各種基于VLC技術(shù)所設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)也相應(yīng)而生，如基于車燈的車車之間距離測(cè)算系統(tǒng)。多數(shù)情況下，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)大部分為單向信號(hào)傳輸，在一些特殊情況下需要提供雙向信號(hào)傳輸，雙向信號(hào)傳輸與單向信號(hào)傳輸相比，更為復(fù)雜，需要對(duì)通信時(shí)段進(jìn)行分區(qū)通行。多數(shù)情況下，將無(wú)線紅外通行和可將光通信相結(jié)合，可有效的避免所出現(xiàn)的問(wèn)題。同時(shí)，國(guó)家的重視發(fā)展可見(jiàn)光通信技術(shù)，頒布了《“十二五”國(guó)家科技計(jì)劃信息領(lǐng)域2013年備選項(xiàng)目征集指南》。由此可見(jiàn)，可將見(jiàn)光通信技術(shù)的發(fā)展前景更為樂(lè)觀。

2.2 相關(guān)技術(shù)

在可將光通信系統(tǒng)中我們可以將簡(jiǎn)單的將光通信裝置分成以下幾部分：（1）可見(jiàn)光光源?？蓪⒐夤庠词强蓪⒐庀到y(tǒng)的發(fā)射基站，進(jìn)行信號(hào)的輸出。與普通的燈光相比，可見(jiàn)光光源需要進(jìn)行高速開(kāi)關(guān)控制，而LED可支持高頻閃爍，并且LED擁有更高的亮度、更長(zhǎng)的壽命，所以LED更適合作為可見(jiàn)光光源。（2）光敏元件。光敏元件是信號(hào)的接受器，用來(lái)接收和捕獲燈光光源所發(fā)出的信號(hào)。光敏器件一般選用光敏二極管，光敏二極管成本較低，而且調(diào)制帶寬也滿足室內(nèi)可見(jiàn)光的要求。（3）調(diào)制調(diào)器技術(shù)。在可見(jiàn)光通信是一項(xiàng)十分關(guān)鍵的技術(shù)，其工作方式是將捕獲到的信號(hào)跟據(jù)光特征進(jìn)行調(diào)制解調(diào)。為了盡可能的提高數(shù)據(jù)傳輸速度，需要附加額外的設(shè)備來(lái)緩解系統(tǒng)帶寬受物理器件限制的影響。目前，可見(jiàn)光通信中應(yīng)用的調(diào)制技術(shù)有開(kāi)關(guān)鍵控制、脈沖唯一調(diào)制等。（4）信道編譯碼技術(shù)。編譯碼技術(shù)是將所發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)化處理，變成連續(xù)的信號(hào)，同時(shí)在接收端將發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行翻譯。在可見(jiàn)光同信中，所帶數(shù)據(jù)信號(hào)往往會(huì)受的外界光源的干擾，如果干擾信號(hào)較多，會(huì)造成信息傳輸錯(cuò)誤。現(xiàn)在解決的方法是參入一些糾錯(cuò)碼進(jìn)行差錯(cuò)控制。

2.3 目前所存在的狀況

雖然可見(jiàn)光通信技術(shù)發(fā)展迅猛，并且擁有較高的優(yōu)越性，但可見(jiàn)光通信技術(shù)仍然有很多的不足之處。光通信受外部條件影響較大，需要固定的通信場(chǎng)景，例如傳送光線不能夠被阻擋，因?yàn)楣饩€不具有穿透能力。同時(shí)，傳送的波長(zhǎng)長(zhǎng)短也是問(wèn)題，太短容易導(dǎo)致受散射、反射、多徑等問(wèn)題。

3 可見(jiàn)通信技術(shù)的應(yīng)用前景

可見(jiàn)光通信技術(shù)作為一種新興技術(shù)，雖然其仍處于開(kāi)發(fā)階段，其潛在的價(jià)值收到了世界各地的關(guān)注。應(yīng)用前景更為廣闊。

（1）在家用使用上面，LED作為一種常用的照明設(shè)備，可在家庭中同時(shí)作為一種無(wú)線通信設(shè)備，控制家庭的整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)。在室內(nèi)可供照明的位置，將燈控作為一個(gè)基端，將家用電器以及相關(guān)的安全防備設(shè)備等進(jìn)行控制，組成照明、通信和控制的系統(tǒng)。

（2）在射頻輻射敏感上面，由于工業(yè)生產(chǎn)中，一些設(shè)備具有較強(qiáng)的輻射，對(duì)工人的身體造成傷害，可見(jiàn)光的使用可以有效的減小危害程度。同時(shí)，在深海通信領(lǐng)域，無(wú)線電頻率無(wú)法在水下有效的傳輸，造成數(shù)據(jù)流失的等問(wèn)題，利用用見(jiàn)通信可以有效的避免這種問(wèn)題，能夠探測(cè)深海能源和災(zāi)害預(yù)防等情況。

（3）在信息安全上面，由于政府、銀行等行業(yè)需要信息保密度較高，傳統(tǒng)的射頻無(wú)線通信保密性較差，可見(jiàn)光不能夠繞墻傳送，具有較高的保密性，開(kāi)發(fā)潛力巨大。同時(shí)，可見(jiàn)光通信可以實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)之間的傳輸，對(duì)手機(jī)上的安全識(shí)別有了進(jìn)一步的保障。

（4）在視覺(jué)信號(hào)上面，燈光通信可以由不同色彩的信號(hào)的組成，通過(guò)信號(hào)燈顏色的變換給人們提供信號(hào)，將數(shù)據(jù)和信號(hào)燈相結(jié)合能夠更好的管理交通通行。可以將交通信號(hào)的變化信號(hào)以數(shù)據(jù)的形式傳遞給通行車輛，更好的緩解交通出行。

4 總結(jié)

LED可見(jiàn)光通信作為一種新型通信技術(shù)，應(yīng)用前景廣泛，具有巨大的開(kāi)發(fā)價(jià)值，受到國(guó)家和科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注。本文對(duì)可見(jiàn)光通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景使用做了初步的分析和展望，可以在今后的研發(fā)中更進(jìn)一步。