你們都知道，室內(nèi)可見光通信發(fā)展并不理想，那么，要推動這項技術(shù)的應用，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)絡服務要求，解決射頻無線通信網(wǎng)絡存在的頻帶緊張和帶寬限制等問題，通過深入室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)技術(shù)的研究和探討，從而有效補充現(xiàn)有射頻無線通信系統(tǒng)方式在無線通信網(wǎng)絡的運用。本文就室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)信道模型分析，室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)，以及室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)信道編碼技術(shù)展開了詳細的分析闡述，旨在進一步與完善室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)在無線通信網(wǎng)絡中的運用。

　　近年來，室內(nèi)可見光通信技術(shù)被越來越廣泛地運用到我們的日常生活當中，室內(nèi)可見光通信技術(shù)可以同時滿足我們在室內(nèi)對網(wǎng)絡的需求，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；且可以通過無線通信的方式接入，其網(wǎng)絡覆蓋面得到擴展，對空間的復用性也十分良好，這些優(yōu)勢使得該項技術(shù)引起了相關(guān)領(lǐng)域研究人員的關(guān)注。

　　白光LED 是可見光通信系統(tǒng)所提供的最主要的一種可見光源，它的尺寸比其它類型更小，且電壓、消耗功率和壽命低，通過常溫即可實現(xiàn)對白光LED 的控制，在市場上具有很強的競爭力。

　　但是，室內(nèi)可見光通信技術(shù)目前在我國的發(fā)展尚不成熟，致使一些應用上的問題得不到妥善的解決。本文將對室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)的相關(guān)問題進行分析，以期推動該項技術(shù)在我國的發(fā)展。

　　室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)信道模型分析

　　一般來說，可見光源LED 燈把信號從發(fā)射端發(fā)射出來之后，會依靠接收端來接收信號。該通信系統(tǒng)在發(fā)射信號時，先由發(fā)射端調(diào)制光功率的強度，而后利用LED 進行發(fā)射，信號會通過不同的路徑傳輸?shù)浇邮掌魃?，如直射、反射；最后，接收器會對通過光路傳輸過來的信號進行檢測和恢復。其信號傳輸場景見圖一。

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

　　系統(tǒng)來表示，這是根據(jù)其傳播的規(guī)律得出的結(jié)果。在省去對漫反射的計算之后，可以把第一次反射、直射傳輸給接收端的光功率的信號設(shè)置為y( t) ，將發(fā)送光信號時產(chǎn)生的瞬時功率設(shè)為x( t) ，脈沖響應為h( t) ，光信道噪聲為n( t) ，信號卷積以* 表示，且t 的值大于等于0。因為造成光噪聲的要因是背景光，所以在計算時，把獨立的高斯噪聲作為設(shè)置值里的光噪聲來進行計算，計算公式、公式簡化過程如圖三所示，最后得出的信號發(fā)送循環(huán)矩陣見圖四。公式Y(jié)=XH+N 中的Y 表示接收到的信號的序列： Y=［y0，y1，…yk－1］T，H 指信道

　　中脈沖沖激的響應： 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度和訓練序列的長度。

　　室內(nèi)可見光通信系統(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準。PN 結(jié)結(jié)電容和有源區(qū)的載流子的復合壽命是影響LED 調(diào)制帶寬的主要原因，因此，我們在縮減寄生電容、減少載流子的復合壽命之外，還可以使用多芯片型的白光LED 來調(diào)制帶寬。除此之外，優(yōu)化外部的驅(qū)動電路也不失為一種提升LED 的調(diào)制能力的好方法。

　　在國外，相關(guān)領(lǐng)域的研究人員會將一種均衡技術(shù)運用在白光LED 的系統(tǒng)當中，從而實現(xiàn)調(diào)制帶寬能力的提高。研究人員在信號的發(fā)射端和接收端都引用了均衡技術(shù)進行相關(guān)的實驗，得出的實驗結(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)提高均衡方案的復雜程度，能夠使系統(tǒng)的性能得到更進一步的完善。說到系統(tǒng)調(diào)制技術(shù)，就不能不提及正交頻分復用調(diào)制技術(shù)。正交頻分復用調(diào)制技術(shù)簡稱為OFDM，這種技術(shù)能夠使用簡單的方法解決信道的色散問題，是高頻譜效率的一種技術(shù)，實用性很強，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，這種技術(shù)在將信道中的可用帶寬分成多個子信道之后，借助子信道間擁有正交性的特點，完成頻分復用的過程，或在子載波上對被分配的功率、比特加以利用，從而傳遞信號，進而適應信道中的調(diào)節(jié)條件，增加碼元周期，降低子載波的傳輸速率。

　　除了正交頻分復用技術(shù)，還有多輸入多輸出的技術(shù)，簡稱為MIMO。這項技術(shù)為了解析出更多的獨立通信信道，對接收端對LED 燈陣列傳輸出的光信號的接收能力會有所要求。雖然兩者都各有長處，但相比起來，OFDM 技術(shù)更具優(yōu)勢。使用多徑傳播的方法雖然有很多好處，但是容易造成ISI( 碼間串擾) 的現(xiàn)象， ISI 會對通信的傳輸速率產(chǎn)生負面影響，這時就有必要利用OFDM 來進行調(diào)解。

　　在VLC 中使用OFDM 可以有效減少ISI 帶來的影響。相關(guān)領(lǐng)域的研究人員曾設(shè)計過多種在VLC 中使用OFDM 的方案，本文取其一來進行說明。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，與此同時利用直流偏置調(diào)制LED 的光源；在信號發(fā)射到達接收端時，對接收到的光信號再次進行解調(diào)；而后把在發(fā)射端插入的導頻信號提出，這種做法可以實現(xiàn)對信道狀態(tài)的更新和及時的評估。正如前文提及的，OFDM 會將信號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 帶來的影響；此外，把保護間隔放入OFDM 的符號間的做法，能夠更深入地清除殘余的ISI。這種調(diào)制手段會使白光LED 的通信系統(tǒng)的冗余部分變多，但同時也可以把誤碼率保持在較低的水平上。

　　室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)信道編碼技術(shù)

　　在通信領(lǐng)域里，最為常見、應用最廣泛的編碼技術(shù)是分組碼。有一種適合用來傳輸LED 的數(shù)字的編碼技術(shù)，表示為mBnB，這種技術(shù)由暨南大學的趙俊和陳長纓提出。分組碼按照一定單位對原始的信息碼字進行分組，完成后再使用其他單位的碼字來代替表示；比如用每組m 比特的方式來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

　　分組已經(jīng)完成，可用ＲZ 碼的格式進行傳輸，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。研究人員曾經(jīng)進行過相關(guān)的實驗，證明mBnB 的編碼方式可以有效改進光通信的效果和性能。以6B8B 的編碼為例( 編碼實現(xiàn)過程見圖五) ，當此編碼的光信號在0. 5 米到2. 5 米間的通信距離范圍內(nèi)時，它受到的來自LED 的影響較小，也就是說，LED 的電阻、串口模塊的分頻，以及LED 的數(shù)量都不會大幅減緩該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送速度。不過，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，為了更進一步地提高室內(nèi)可見光通信技術(shù)，研究人員仍在持續(xù)努力。

　　光通信市場2018年達到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線接入室內(nèi)的方案，應用范圍十分廣泛；國際上的權(quán)威機構(gòu)對光通信市場進行統(tǒng)計、預計后，得出此市場將在2018 年達到60 億美元的結(jié)果。如果我國的室內(nèi)光通信技術(shù)能夠得到良好的發(fā)展，勢必會創(chuàng)造更多的價值。

　　目前，歐美、日本等國家和地區(qū)對室內(nèi)光通信技術(shù)的研究正如火如荼地展開，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，我國的研究相對落后。在改善室內(nèi)可見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，所以理應加強對這些方面的研究，以盡早解決當前室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的不足之處，從而實現(xiàn)該技術(shù)真正的價值。