2014，Cossu等人利用RGBY-LED，采用 WDM和DMT技术，在大 于1.5m范围内实现了5.6Gb/s的数据速率。
2015年，中科院的陈雄斌团队使用16QAM调制的OFDM技术，实现 了1m内数据速率达到682Mb/s的可见光通信样机。
特点： • 传输速率高 • 技术手段复杂 • 设备专用性强
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测试结果
发送端窗口
接收端窗口
16
数据封帧
含义 长度（bit） 帧头 16 预留位 3 000 帧序号 8 / 数据长度 8 / 数据 192 / 校验位 16 /
值（二进制） 1111000011110000
系统帧格式
数据扰码
mk 输入ak Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1
输出bk
4 7 扰码器结构 g ( x ) 1 x x
a1m
...
a2m ... anm
...
插入同步码 PC 和FPGA通信
目的：标志数据帧的开始，使得接收机采样时能够准确捕获整帧 数据，达到帧同步的目的。
含义 长度 （bit） 值 同步码 13 1111100110101 帧头 16 1111000011110000 预留 位 3 000 帧序 号 8 / 数据 长度 8 / 数据 192 / 校验位 16 /
发射端FPGA
LED
数字基带部分 模拟部分
LED选型
颜色 绿色 额定 功率 1W 正向 电流 350mA 工作电压 3.0-3.6V 发光效率 80-100lm/W 波长 515-525nm 发光 角度 120°
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接收机方案设计
接收端FPGA
FPGA-PC 数据解帧 数据解扰 信道解码 解交织 定时同步
2
2 研究现状
目前关于可见光通信系统实现，公开代表性成果有：
2012年，Fjimoto等人采用双二进制的OOK调制技术，并使用预均衡 和后均衡技术，单颗LED实现614Mb/s的传输速率。
2013年，Azhar等人采用荧光激发LED并使用4×4 MIMO布局实现了 1m范围内1Gb/s的光通信系统。
光电探测器
主放大 电路
前置放大 电路
数字基带部分 模拟部分
光电探测器选型
光敏面积 100mm2 光敏面直径 10mm 波长响应范围 450-650nm 峰值波长 550nm 封装 金属
6
4 系统实现
PC-FPGA 通信 PC 和FPGA 通信
串口
通信接口协议——起止式异步协议： 起始位（1 bit）+ 数据位（8 bits）+ 终止位 （1 bit）
（7，4）汉明编码
交织器
目的：将连续差错分散开 来，使突发性错误转化为 随机性错误，弥补编码模 块的不足。
a11 a21 a12 ... a1m a22 ... a2m
交织处理后
a11 a12
a21 ... an1 a22 ... an2
...
...
...
...
an1
...
an2 ... anm
...
驱动芯片
接收端两级放大电路 PC和FPGA通信
目的：在接收端，光电探测器的输出信号 是十分微弱的电流信号，且叠加了高背景 噪声分量。如果不加处理， FPGA 将无法 准确完成信号恢复。
前置放大器
主放大电路
定时同步
目的：获得同步码元起止时刻，从而能准确地提取出发送信息。 方法：从采集到的多路信号中提取出能量最大的采样序列。
系统稳定性差
实现成本高
不利于普及与推广
3
3 可见光通信系统方案设计
发 射 机
LED
直流驱动
电信号
发射
光信号
接 收 机 光电探测器
信号处理 电路
电信号
AD
接收端 FPGA
串口
模拟部分
数字部分
PC(信宿)
4
发射机方案设计
PC-FPGA 数据封帧 数据扰码 信道编码 交织器 加同步码 驱动电路
电平软判决 四倍频采样 巴克码识别 选择输出
系统测试
发送端
接收机实物图
整套系统选用单颗 1w 绿光 LED 作为发射源，PIN光敏二极管作为光电 探测器，用VHDL语言编程并在 FPGA芯片中实现数字电路相关处理。PC 作为发送、接收信号的控制端，采用OOK调制，FPGA和PC之间通过串行 接口进行数据传输。
同步码选用巴克码，其自相关函 数的主瓣值远大于旁瓣值。13位 巴克码组值为[1111100110101]
发射端 LED驱动电路 PC和FPGA 通信
目的：经过处理后的信号通过 FPGA 管脚 输出，而FPGA 管脚的电流驱动能力有限， 无法驱动大功率LED正常发光。
P1输入接口 74HC04
P2输出接口
FPGA原理与应用
可见光通信系统
1
1 背景简介
可见光通信：一种利用可见光作为信息载体，将信号调制到LED 光源上，经过空间传输后被接收端解调恢复，从而实现通信功能 的无线通信技术（Visible Light Communicaiton，VLC）。 优势：与传统的无线通信方式比，具有成本低、绿色无辐射、频 谱资源丰富、安全性高等优点。
目的：防止发送信息中包含大段 连“0”码或者连“1”码时，造 成LED光源明显闪烁
信道编码
监督位a2、a1、a0计算公式：
a2 a6 a5 a4 a1 a6 a5 a3 a a a a 0 6 4 3
错误位码 无错码 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 汉明码字A a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 校正因子
S0 S1 S2
0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1
校正因子S2、S1、S0计算公式：
s0 a6 a5 a4 a2 s1 a6 a5 a3 a1 s a a a a 2 6 5 3 0