基于光OFDM的室内可见光通信研究

可见光通信是一种光无线通信技术，利用可见光波段（波长380～780nm）的光作为信息载体，在自由空间传输信息[24]。通过给普通照明用的发光二极管加装调制电路，LED就可发出肉眼感觉不到的高速明暗闪烁的光信号，在提供照明的同时传输信息。基于白光LED的可见光通信系统原理如图1.2所示。

图1.2　可见光通信系统原理图

原始的二进制比特信息流经过调制后和调光控制信号一起输入驱动电路，然后调制LED发光，将电信号转换为光强信号。光信号再经过光束成形系统（如光放大器、准直器）来放大和集中光束。光信号经过光无线信道传输，其中一部分信号被室内物体吸收，其他的光信号经室内散射或者镜面反射传输。通常入射到接收端光电检测器（Photo Detector，PD）的光信号有两种传输模式，一种是不经过反射而直接入射的视线传输（Line-of-Sight，LOS），另一种是经过反射体反射而入射的漫射传输（Non-Line-of-Sight，NLOS）。接收端采用滤光器仅使载荷信息的光波信号透过，同时还可滤掉部分背景光干扰。光信号经过放大和聚焦后输入光电检测器，将光信号转换为电信号。电信号经过跨导放大器（Transimpedance Amplifier，TIA）后输入解调器，解调出原始信号。(www.xing528.com)

通常在VLC系统中使用白光LED作为光源，同时提供照明和通信的双重功能。LED属于固体光源，在20世纪90年代时才有了用于照明的大功率 LED。随后，LED照明技术发展很快，其使用寿命已经超过了100000h，照明效率超过了260lm/W[25]，而传统的白炽灯照明效率最大为52lm/W，荧光灯为90lm/W[26]。相比于传统光源，LED具有很多优点，比如使用寿命长、耐潮湿环境、体积小、发光效率高、功率消耗低和响应速度快。因为这些优点，白光LED被认为是实现照明（室内和室外）和数据通信双重功用的理想光源。

据《2015—2020年中国LED照明产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》分析，照明市场是LED最重要、最具发展前景的应用。为推动中国LED产业的发展，降低能源消耗，2009年，中国科技部推出了“十城万盏”工程，我国LED路灯市场保持持续增长，至2013年，占到全球市场规模的五成左右，已成为全球最重要的LED路灯市场之一。2016年，在法兰克福国际灯光照明及建筑物技术与设备展（Light+Building2016）期间，欧洲照明协会（Lighting Europe）正式对外发布了以2025年为战略目标的行业发展路线图。欧洲照明协会预测，从2016年开始，传统电光源产品的年销售数量将持续下滑，预计到2020年，LED光源的年销售数量将增长至8亿支。

LED逐渐取代白炽灯、日光灯成为下一代主要照明技术已是大势所趋，利用LED作为发射光源的可见光通信技术，必将随着LED的发展而高速发展。无论是从国家战略层面，还是从对节能减排的迫切需求，或者是从抢占市场考虑，可见光通信作为一种照明和光通信结合的新型通信方式，将推动下一代照明和接入网的发展，已成为国际竞争的焦点和制高点。