可見光通信作為新一代信息技術(shù),除了為移動通信拓展頻譜資源外,還具備高速、大容量、安全、節(jié)能的技術(shù)特點(diǎn)。現(xiàn)有射頻通信的5G、6G技術(shù)方案能耗很高,而照明、顯示用的LED已經(jīng)無處不在,所以可見光通信將來可用于實(shí)現(xiàn)普適的萬物光互連。商用照明的熒光型LED器件的帶寬有限,通過均衡技術(shù)已經(jīng)把可見光通信系統(tǒng)的3 d B帶寬拓展到了600 MHz,單路二進(jìn)制開關(guān)鍵控實(shí)時通信速率達(dá)到了1.39 Gbps。如果采用高階調(diào)制和波分復(fù)用技術(shù),多色LED光源的非實(shí)時通信總速率已經(jīng)超過15 Gbps。燈光上網(wǎng)、燈光定位和智能家居系統(tǒng)等創(chuàng)新應(yīng)用證明了可見光通信與照明或顯示融合不是夢,預(yù)示看得見的光無線通信將引起更大的技術(shù)變革。 

【文章來源】：物理. 2020,49(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

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圖1 基于可見光進(jìn)行文本傳輸?shù)幕驹砘诎坠釲ED的室內(nèi)可見光通信技術(shù)以可見光作為載波，以室內(nèi)自由空間作為信道，同時具有光通信的高速和無線通信的便捷這兩大優(yōu)點(diǎn)，不過它的通信速率高不過光纖通信，移動便捷性好不過射頻通信。但是隨著移動接入終端用戶數(shù)量的增多，基于頻率、帶寬共享原則的Wi Fi技術(shù)在人口密集區(qū)已經(jīng)很難給無線用戶提供滿意的用戶體驗(yàn)。而可見光通信技術(shù)可以簡便地實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用，能在人口密集區(qū)為用戶提供獨(dú)享的高帶寬通信鏈路。所以和傳統(tǒng)的無線射頻通信技術(shù)相比，可見光通信具有如圖2所示的高速、大容量、安全的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。

LED很早就被用做光纖通信的光源，功率一般是毫瓦量級，為了匹配石英光纖的低損耗窗口，光纖通信的LED光源為紅外波段。半導(dǎo)體照明技術(shù)對LED燈的照度有要求，一盞燈的功率從幾瓦、幾十瓦到幾百瓦不等。因此，半導(dǎo)體照明用到的單個LED器件的功率也從幾十毫瓦、1瓦到幾瓦不等。LED器件功率與PN結(jié)的結(jié)面積成正比，LED的額定電功率越大，一般PN結(jié)的結(jié)面積就越大，電功率為1 W的LED器件的結(jié)面積大小約1 mm2。LED器件在相同結(jié)構(gòu)下，結(jié)面積越大，則其3 d B調(diào)制帶寬越小。譬如，電功率為1 W的Ga N基熒光型LED器件的3 d B帶寬比光纖通信中LED器件的帶寬要小很多，通常其黃色熒光的3 d B帶寬約3—5 MHz，其藍(lán)光的3 d B帶寬約10—30 MHz�？紤]到可見光信號在自由空間傳輸中不同頻率成分的信號衰減是不一樣的，可見光信號傳輸有非線性失真，如果通過均衡或者預(yù)加重處理對通信鏈路中信號的非線性失真進(jìn)行補(bǔ)償，則可以拓展可見光通信系統(tǒng)的帶寬，從而提高系統(tǒng)的通信速率。中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的可見光通信研究小組提出了有源模擬均衡的可見光通信帶寬拓展技術(shù)解決方案。2013年，研究小組利用室內(nèi)照明最常用的1 W功率的商用熒光型LED做光源、PIN做探測器，通過在可見光接收機(jī)端增加有源均衡電路，補(bǔ)償信號中高頻分量的衰減，把系統(tǒng)的3 d B調(diào)制帶寬從12 MHz提高到了151 MHz，基于簡單的OOK調(diào)制，把實(shí)時通信的速率從50 Mbps提高到了340 Mbps[4]。2015年，研究團(tuán)隊在發(fā)射機(jī)端增加預(yù)加重電路，在接收機(jī)端增加有源均衡電路。如圖4所示，在光源和探測器不變的前提下，基于簡單的OOK調(diào)制，實(shí)時通信的速率提高到了610 Mbps，通信距離6.2 m，在沒有加檢錯糾錯的條件下2小時的平均誤碼率是3.5×10-5，遠(yuǎn)低于前向糾錯3.8×10-3的誤碼率上限要求，通過了工業(yè)信息化部中國泰爾實(shí)驗(yàn)室的檢測。有源均衡的技術(shù)方案為國內(nèi)外同行設(shè)計可見光高速實(shí)時通信電路提供了參考，均衡技術(shù)在可見光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用潛能不斷被挖掘。2016年，北京理工大學(xué)的研究團(tuán)隊用紅綠藍(lán)黃4色LED做光源、APD做探測器，采用NRZ-OOK調(diào)制技術(shù)，傳輸距離1.7 m，基于均衡技術(shù)分別實(shí)現(xiàn)了紅光單路實(shí)時通信速率750 Mbps時，誤碼率為6.64×10-8；綠光單路實(shí)時通信速率690 Mbps時，誤碼率為8.97×10-7；藍(lán)光單路實(shí)時通信速率730 Mbps時，誤碼率為5.81×10-7；黃光單路實(shí)時通信速率650 Mbps時，誤碼率為6.59×10-7[5]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]750Mb/s monochromatic LED-based real-time visible light communication system employing a low-complexity cascaded post-equalizer[J]. 駱加彬,唐義,Huiping Jia,朱慶煒,薛唯.  Chinese Optics Letters. 2016(12)
[2]國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃的通知[J].   中華人民共和國國務(wù)院公報. 2016(24)



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