4.可见光通信系统的优势 1.可见光通信安全又经济。 2.“有灯光的地方，就有网络信号。关掉灯，网络 全无。”迟楠告诉记者，与现有WiFi相比，未来 的可见光通信安全又经济。WiFi依赖看不见的无 线电波传输，设备功率越来越大，局部电磁辐射 势必增强；无线信号穿墙而过，网络信息不安全。 这些安全隐患，在可见光通信中“一扫而光”。 而且，光谱比无线电频谱大10000倍，意味着更大 的带宽和更高的速度，网络设置又几乎不需要任 何新的基础设施
光信号由PIN 光电二极管接收转换成电流信号，通过前 置放大器和主放大电路进行放大。前置放大器和主放大器之 间采用阻容耦合的方式进行连接。使得两级放大之间的静态 工作点相互独立，并且可以起到滤除低频干扰的作用。
前置放大电路：

主要部分为跨阻抗放大器、差分信号转换器和差分放大输出。 PIN 光电二极管接收光信号并转化成电流从输入引脚IN 输 入，经过跨阻放大器进行放大，再经过差分信号转换器转换 成差分信号，然后通过差分放大器输出。
调制带宽是衡量LED的调制能力的参数, 是LED用于无线 光通信的重要参数之一, 它关系到LED的数据传输速度大小。 LED的调制带宽主要受有源区载流子复合寿命和PN结结电容 的影响。在白光LED制造工艺上, 除了减少载流子复合寿命 和减小寄生电容, 我们还可以采用具有很大的潜在调制带宽 的多芯片型白光。此外, 通过外部驱动电路的优化设计也是 提高LED调制能力的一种方法。
☆均衡技术：
国外研究人员通过在白光LED通信系统中引入均衡技术 来提高系统的调制带宽。以16个LED作为光源, 同时借助于 16组略有差异的调谐驱动电路使每个LED具有不同的峰值频 率。每个LED的前置均衡电路都由一个缓存器、谐振电路、 谐振电容、谐振电感以及直流源组成(将产生的直流信号叠 加到原始信号上)。通过实验证明, 采用均衡技术将LED的调 制带宽从3MHZ提高到了25MHZ,同时相应地降低了系统的误码 率。在接收端也引入了均衡技术, 在实验中接收端的均衡方 案由一个简单的一阶模拟均衡器组成。最终的实验测试表明 , 6 收发两端引入均衡技术后, 系统可以在保持10 级误码率的 同时提供超过75Mb/s的传输速率。
（5）光接收机: 光接收机原理框图：
信息的处理是采用“电处理、光传输” 方式，这种工作方 式的特点是：光电探测器的功能相当于电通信系统中的检波器， 仅仅是完成光强度变换的检测，完成光/电转换；检测出的电 信号在后续处理中与传统的电通信系统几乎一样，在传统的电 系统中完成放大等各种处理。
光接收模块原理图:
（4）光发射机: 光发射机原理框图：
光发射机的主要功能是将电信号调制到LED 光源发出的 光上，然后在自由空间中传播出去。 光发射机性能的主要技术要求包括： （1）光源性能应符合要求。 （2）稳定的输出光功率。稳定的光功率输出能够保持系统 的稳定性。 （3）调制方法要简单，好的消光比。 （4）快的响应速度。
在不影响计算精确度的前提下，K的取值没有必要很高，即 可以舍弃高次反射部分。称此为简化的光线跟踪法。 Hk j ( ) 第j个接收器经过k次反射的频率响应，k阶频率响应：
离散傅里叶变换表示：
为了研究信道特性令 0 ，求出信道的-3dB截止频率， 再根据LED的调制带宽，来设计接收滤波器补偿信道特性缺 陷而引起的误码，及最佳的接收方式。 接收器的信道直流增益可以表示为： MIMO信道仿真算法： （1）求直接照射。逐个计算每个LED发射装置出射的光线直 接进入接收器的光照度，再考虑接收器的有效面积和探测器 的转换效率，求出电信号大小，便得到接收器的直接响应。 （2）计算各次反射对接收器的贡献。 （3）高阶反射可用低阶反射递归运算，这样可以提高计算 的速度，减少存储空间。 （4）按照时间顺序求信道的脉冲响应。 （5）求出直接及各次反射的相应频率响应这里的频率响应 采用快速傅里叶变换来提高运行速度。
LED 的模拟调制技术:
设置好合适的偏置电流，以使静态工作点位于LED 的P-I 特 性曲线的中间，避免线性失真，然后再提供足够大的调制电 流驱动LED 光源发出足够强的光功率。 LED 的数字调制技术: 利用PCM 脉冲来实现 控制LED 导通和截止， 驱动电路主要起到开 和关的作用，LED 的 P-I 特性的非线性对数 字调制来说影响很小， 所以电路的开关速率， 即数据调制速率才是数字调制首要考虑问题
两种优化的研究方法： ☆射极耦合电流开关型LED高速调制驱动电路：
由于该电路超越了线性范围工作, 即使输入端过激励时, 其仍没有达到饱和,所以开关速率更高,计算表明该电路可响 应300Mb/s以上的数字信号。
3. OFDM技术在可见光通信中的应用
几种可见光通信技术的研究： 1.均衡技术 2.分集接收技术 3.自适应传输技术 4.室内LED可见光MIMO通信
自适应传输技术：
采用自适应收发器的设计方案, 可以有效减缓光无 线通信中信噪比的剧烈波动.在发射端, 借助一个信号 处理器(DSP)来完成对机电定向系统的实时控制。 DSP被广泛应用于现代通信中, 使通信系统获得更 高的信噪比、更好的灵活性及调节预见性。对白噪声、 非平衡千扰和多径干扰, 可以有相应的实现方法去进行 最佳的信号处理。在接收端, 则采用单一的光电检测器 来简化对光前端的设计。这个优化的设计方案采用定向 机制将更多的光能量集中到单一信道, 一方面由于接收 端视场的减小而降低了环境噪声对系统性能的影响, 另 一方面大大提高了系统抗多径畸变的能力。
(3)光源LED的工作原理与特性:
a.伏安特性:
b. P-I特性:
c.调制特性: 调制特性是指将电信号加载到LED 光源上变成光信号 的特性。LED 的调制特性主要有两个问题，一是线性，二是 带宽。
LED 输出功率可表示为：
p w
p 0 1 (w )
可见光LED 驱动调制技术： 光波是电磁波的一部分，理论上光通信系统的信号调制 方式和电通信系统一样，都可以通过调幅、调频及调相把信 息调制到光上. 因为LED 光源的频谱不纯，中心频率也极不 稳定，出于设计实现简单和经济效益上考虑， 光通信系统 几乎都采用直接调制-幅度调制方式，称为直接光强度调制 法，即改变光源的激励电流，使得光输出强度随信号“0” 和“1”的不同而改变，用不同光输出强度代表不同信号。
低速率分集接收装置（低于100M） 分集接收电路 （信号传输速率） 高速率分集接收装置（高于100M） 当传输速率超过100M时, 由于码间串扰的影响, 不能将信 号直接相加, 必须设计专门的控制电路对信道进行自动判决 和选择.在高速通信中, 信噪比最大的方向为直射链接的方向。 此时, 应选取最接近直射链接的方向作为最佳接收方向。
小组成员：黄术生 董 明 罗 东 张 勇
目录：
1.可见光通信的概念 2.基于以太网的LED可见光通信系统 3. OFDM技术在可见光通信中的应用 4.可见光通信系统的优势
1.可见光通信的概念：
可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出
的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将 高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源 插头即可使用。利用这种技术做成的系统能够覆盖室 内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，因而具有 广泛的开发前景。
主放大电路：
主放大电路对信号进行多级放大，使得信号强度满足判决再 生的需要。并且，电路具有自动增益（AGC）功能，对输入 信号的变化作出补偿控制，保持输出信号的幅度基本不变。 放大后的信号供以太网介质转换模块进行时钟提取、判决再 生，然后通过双绞线传输到计算机。
光接收机新技术：分集接收
一种基于分集技术的光接收机技术可以用来克服码间干扰 和阴影的影响。分集接收的思想就是在接收机的不同方向上 安装多个光电探测器, 对多个探测器接收到的信号进行比较, 选取信噪比最大的信号进行通信。
系统信道模型： 输出信号： y RHx n
信道传输矩阵：
y j hij xi n j 第j个接收与第i个发射装置的功率传输关系： i 1
解调信号：
x 1 R
Nr
H
1
y
y R( H H ) x n 考虑漫反射后的信道模型：
MIMO信道的特性包括：时域特性、频域特性和直流增益。 时域特性用信道的单位脉冲响应来表征，频域特性则为信道 的频率响应，通信的可靠性则可以由信道的直流增益间接表 示。 脉冲响应 = 直射脉冲响应+漫反射脉冲响应
室内LED可见光MIMO通信： MIMO技术的优点：在不增加频谱资源的前提下具有更高的传输 容量，还能够克服通信链路被室内人员走动，家具的阴影而打 断通信链路的问题。
MIMO通信系统组成：
室内可见光MIMO通信系统模型：
关键点： 1.LED的发散角很大，漫反射部分信号在总接收信号中也占 有相当大的成分。 2.由于光线在信道中传输的路径不同，达到光学接收器的时 间也不同，MIMO系统容易产生码间串扰现象。 3.因为信道存在多径效应，系统的调制速率越高，多径效应 就越明显。
(1)接口处理电路: 接口处理电路主要用于信号电平耦合，主要作用有： 1.将差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波使之得以增强，增 大传输距离。 2.提供芯片与外部模块的电气隔离，因为外部信号是通过电 磁场的转换耦合进来的，隔离了直流分量，避免大直流分量 对芯片的损坏， 还起到静电保护作用和一定的防雷作用。 3.兼容不同模块。隔离系统模块与模块之间的不同电平，以 防止不同电压通过网线传输损坏设备，使得采用不同电压供 电的模块可以兼容工作。
低速率分集接收探测器原理框图
高速率分集接收探测器原理框图
在接收机的不同方向上安装的多个光电探测器均匀分布 于一个半球面上, 这样在减少探测器个数的同时又提高了接 收效果。只要不是整个接收机被遮住, 通信就不会中断。关 于探测器的个数和布局, 需要根据具体环境和通信性能的要 求来决定。理论计算和计算机仿真结果表明, 采用分集接收 系统, 能很好地克服不同路径引起的码间干扰的影响。而且, 当接收机随用户位置改变或室内有人员走动和其他物体产生 阴影时, 通过分集接收系统自动判决和选择, 不需要人工设 置就能保证通信系统的畅通。实验证明, 在高速通信中, 采 用分集接收技术的系统信噪比平均提高了2dB , 有效提高了 系统性能。