可见光通信数字通信文献综述

数字通信文献综述：数字通信文献综述： 可见光通信的关键技术可见光通信的关键技术 和应用和应用 第第 1 1 章章可见光通信概述可见光通信概述 一、背景和概念一、背景和概念 光通信的发展最初是从可见光通信开始的，比如旗语以及光通信的发展最初是从可见光通信开始的，比如旗语以及 古代军事上的烽火狼烟都可以看做是可见光通信的最原始形式，古代军事上的烽火狼烟都可以看做是可见光通信的最原始形式， 但是在现代通信中但是在现代通信中, ,由于缺乏实用的光源和高信道衰落，所以在由于缺乏实用的光源和高信道衰落，所以在 光纤出现后，发展方向迅速转向光纤通信。光纤出现后，发展方向迅速转向光纤通信。 本世纪初本世纪初, ,随着短路无线通信的兴起和基于固态新型照明随着短路无线通信的兴起和基于固态新型照明 的大功率的大功率 LEDLED 的不断发展，人们提出了可见光通信的不断发展，人们提出了可见光通信(Visible(Visible Light CommunicationLight Communication，，VLCVLC））,VLC,VLC 的理论基础在于通过让的理论基础在于通过让 LEDLED 通通/ /断切换的足够快以至于人眼无法分辨从而来传输数据断切换的足够快以至于人眼无法分辨从而来传输数据. . 在足够先进的技术支持下。在足够先进的技术支持下。 每种新的每种新的 LEDLED 灯也能以有线方灯也能以有线方 式接入网络，式接入网络，是室内任何设备实现无所不在的无线通信，是室内任何设备实现无所不在的无线通信，并且不并且不 增加已经拥挤不堪的射频带宽负担增加已经拥挤不堪的射频带宽负担, ,形成了新的短距光无线通信形成了新的短距光无线通信 的应用。的应用。 白光白光 LEDLED 具有功耗低、具有功耗低、使用寿命长、使用寿命长、尺寸小、尺寸小、绿色环保等绿色环保等 优点，优点，特别是其响应灵敏度非常高，特别是其响应灵敏度非常高，因此可以用来进行超高速数因此可以用来进行超高速数 据通信。据通信。利用这种技术做成的系统能够覆盖灯光达到的范围，利用这种技术做成的系统能够覆盖灯光达到的范围，接接 收设备不需要电线连接收设备不需要电线连接, ,与传统的射频通信和与传统的射频通信和 FSOFSO 相比，相比，VLCVLC 具具 有发射功率高、无电磁干扰、节约能源等优点，在有发射功率高、无电磁干扰、节约能源等优点，在 VLCVLC 系统中，系统中， 白光白光 LEDLED 具有通信与照明的双重作用，具有通信与照明的双重作用， 这是因为白光这是因为白光 LEDLED 的亮度的亮度 很高很高, ,且调制速率非常高，人的眼睛完全感觉不到光的闪烁，因且调制速率非常高，人的眼睛完全感觉不到光的闪烁，因 而而 VLCVLC 技术具有极大的发展前景，已引起人们的广泛关注和研技术具有极大的发展前景，已引起人们的广泛关注和研 究。究。 二、主要发展过程二、主要发展过程 20002000 年，日本庆应大学的年，日本庆应大学的 TanakaTanaka 等人和等人和 SONYSONY 计算机科计算机科 学研究所的学研究所的 HaruyamaHaruyama 提出利用提出利用 LEDLED 灯作为通信基站进行信息无灯作为通信基站进行信息无 线传输的室内通信系统。线传输的室内通信系统。 20022002 年，年， TanakaTanaka 和和 KomineKomine 等人对等人对 LEDLED 可见光通信系统展可见光通信系统展 开了具体分析，开了具体分析， 并于同年正式提出了一套结合电力线载波通信和并于同年正式提出了一套结合电力线载波通信和 LEDLED 可见光通信的数据传输系统。可见光通信的数据传输系统。 20082008 年，在东京国际电子展上，日本太阳诱电公司向全年，在东京国际电子展上，日本太阳诱电公司向全 世界首次现场展出了白光世界首次现场展出了白光 LEDLED 的通信系统，的通信系统，当时，当时， 它的最大传输它的最大传输 距离仅距离仅 20cm20cm。。 20092009 年，年， 牛津大学的牛津大学的 BrienBrien 等人利用均衡技术实现了等人利用均衡技术实现了 100100 Mbit/sMbit/s 的通信速率，的通信速率，并与次年展出了室内可见光通信演示系统并与次年展出了室内可见光通信演示系统, , 利用利用 1616 个白光个白光 LEDLED 通信，完成了通信，完成了 4 4 路高清视频实时广播。路高清视频实时广播。 20102010 年年, ,德国德国 Fraunhofer Henrich Hertz Institute Fraunhofer Henrich Hertz Institute 实实 验室的科研人员将这一通信速率提高到验室的科研人员将这一通信速率提高到 513 Mbit/s513 Mbit/s，创造了当，创造了当 时可见光通信速率的世界纪录时可见光通信速率的世界纪录. .当时的可见光通信还不叫当时的可见光通信还不叫 LiFiLiFi，， 而是而是 VLCVLC（（Visible Light CommunicationVisible Light Communication））. . 20112011 年，年，爱丁堡大学哈拉尔德爱丁堡大学哈拉尔德 哈斯教授演示了带有信号哈斯教授演示了带有信号 处理技术的处理技术的 LEDLED 灯泡如何将高清视频传输到电脑上，灯泡如何将高清视频传输到电脑上， 并将可见光并将可见光 通信命名为通信命名为 LiFiLiFi（（Light FidelityLight Fidelity）） 。。 20132013 年，年，来自英国多所高校的研究者们将来自英国多所高校的研究者们将 LiFiLiFi 的通信速的通信速 率刷新到高达率刷新到高达 10Gb/s10Gb/s。。 三、三、VLCVLC 的主要优缺点的主要优缺点 可见光通信与传统的无线网络相比可见光通信与传统的无线网络相比, ,主要有以下优点：主要有以下优点： 首先首先, ,传输速度更快。当前实验室可见光通信实时传输速率传输速度更快。当前实验室可见光通信实时传输速率 已在米级距离上达到了每秒已在米级距离上达到了每秒 500500 兆比特，兆比特， 离线传输速率也已达到离线传输速率也已达到 了每秒了每秒 1010 比吉特。也就是用比吉特。也就是用 LIFILIFI 技术下载一部技术下载一部 1 1 个个 G G 的电影的电影, , 只需只需 0.20.2 秒的时间秒的时间. . 其次，绿色环爆因为不存在电磁干扰其次，绿色环爆因为不存在电磁干扰, ,因此辐射小，对人体因此辐射小，对人体 无害。无害。 此外，有光的地方就有网络的特点此外，有光的地方就有网络的特点, ,让室内信号更加稳定，让室内信号更加稳定， 安全性能也更高，安全性能也更高，室内的网络电脑信息不会泄露到室外，室内的网络电脑信息不会泄露到室外，在对电在对电 磁信号敏感的医院等环境中也能自由使用。磁信号敏感的医院等环境中也能自由使用。 最后，最后， 照明的同时可以高速传输信息照明的同时可以高速传输信息, ,让上网费用更加便宜让上网费用更加便宜. . 可见光通信的缺点也是明显