可見光通信及其關鍵技術研究

王怡然

摘 要：隨著科學技術的不斷發(fā)展，移動通信成為了人們生活中必不可少的一部分，主要表現(xiàn)為其使用人群的逐漸增多。傳統(tǒng)的移動通信技術穩(wěn)定性不高，甚至在人數(shù)擁擠的網(wǎng)絡平臺上不能做到正常運行。而現(xiàn)階段的可見光技術以高頻率、容量大、傳輸速度快等優(yōu)勢影響著人們，同時也為我們帶來了很大的便利?？梢姽馔ㄐ诺年P鍵技術是指在光纖信息編碼的過程中，以增加數(shù)據(jù)傳輸功能手段的網(wǎng)絡接線方式。以可見光通信的發(fā)展現(xiàn)狀為切入點，探討其關鍵技術的應用。

關鍵詞：可見光通信；關鍵技術；數(shù)字信號；網(wǎng)絡接入

中圖分類號：TN929.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.009

可見光技術是近幾年內在通信領域得以發(fā)展的一種重要通信手段，它一種通過客戶端內的指令傳輸，完成區(qū)域內部的執(zhí)行口令，實現(xiàn)無線傳輸?shù)姆绞脚c途徑?？梢姽馔ㄐ排c我們的生活息息相關，廣場上的顯示屏、路燈上的照明裝置、寬帶的轉換儀器都是它的重要體現(xiàn)。另外，可見光通信可以滿足用戶對網(wǎng)絡的具體要求，保障移動通信的傳遞質量。

1 可見光通信的研究目的與現(xiàn)狀

1.1 可見光通信的研究目的

無線通信系統(tǒng)的傳輸方式有很多種，其中，可見光通信是最為主要的一種。首先，它的傳播途徑為射頻傳播，利用頻段的移動規(guī)律進行方式核準與轉變。相對于傳統(tǒng)的通信方式而言，可見光的優(yōu)勢是非常顯著的，包括：①可見光模式可以提供大量的數(shù)據(jù)寬帶，數(shù)據(jù)寬帶的質量非常高，數(shù)量也比較突出。它的使用方式與其他途徑不同，它可以不受任何管理權限的約束。在傳統(tǒng)的通信技術中，管理是非常嚴格的。其所有的程序都要受相應體系的控制，在逐步提升維護成本的前提下才能夠達到資源合理利用的目的。②可見光通信所搭建的平臺更加合理，網(wǎng)絡構建方式更加安全。該技術的傳播媒介是可見光，所以它的傳播地點是有限制的，它不能穿過墻體來達到傳播的目的，介質會將這一部分阻隔在外界，在物理阻擋的作用下將干擾性信號排除。這樣也在一定程度上保證了信息的安全性與可靠性。③可見光通信可以在系統(tǒng)性的網(wǎng)絡連接通路上進行輸送，在實際的網(wǎng)絡搭建平臺上進行靈活應用。它可以穿過一些信號的傳播盲點，在集約化與大數(shù)據(jù)化的系統(tǒng)上工作運行。

1.2 可見光通信的研究現(xiàn)狀

可見光通信是在近幾年來發(fā)展起來的技術方式，它在我國的應用還不是非常的廣泛與成熟。以可見光的通信系統(tǒng)組成結構為例，分析它的主要形式與內容，如圖1所示。

如圖1所示，我們可以從中看出可見光的主要構成部分就是數(shù)字信號的光電轉化器。系統(tǒng)將數(shù)字信號在激光器上進行調節(jié)，在統(tǒng)一的天線上進行合理配置。當經過電信調制器時，系統(tǒng)會將信號進行自動過濾，在發(fā)生器與轉換器雙重作用下將通信信號轉入。作為一項巨大的科技性工程，我國也將此技術列入到單獨的發(fā)展戰(zhàn)略上，在資源調整與課題開發(fā)的基礎上達到多用戶接入的目的。但是我國的多用戶網(wǎng)絡接入系統(tǒng)還不是非常完善，所以更要對其關鍵技術的進行實際應用與開發(fā)。

2 可見光通信技術的簡要論述

2.1 可見光通信技術的應用原理

可見光的基本原理是通過LED驅動器將信號傳輸?shù)酵饨?。但是它較為特殊的一點是，可以將電信號轉化為光信號，光信號則能夠對信號來源進行檢測，確定輸送路徑無誤后在原有調制方式的基礎上，實現(xiàn)信號的控制與利用?？梢姽鈧鬏斣诠庠吹霓D化系統(tǒng)上將整體分為幾個部分，分別是發(fā)射、通道與接收部分。信號在預制的光源節(jié)點上進行輸出，LED的光源街道則負責將傳輸路徑引入。當無線信號到達頂端的時候，再進行原有路徑的復制。可見光信道包括上行鏈路與下行鏈路。下行鏈路主要是保證在移動過程中控制信號傳輸?shù)墓?jié)點位置，使集中式的信號變?yōu)榉稚⑿问絹碓?；上行鏈路則與之不同，它是將分散變?yōu)榧械囊环N方式。可見光信道的運行結構如圖2所示。

如圖2所示，我們可以從中看出，它的整個路徑的關鍵步驟就是對信源進行模擬。在波幅過濾器中對信息進行編號、重組，接著，將整體數(shù)據(jù)信號都傳送到數(shù)字信道當中，通過波形解碼器的重置進行無線通信來源輸出。

2.2 可見光通信的應用領域

可見光通信的技術性非常強，應用領域也相對廣泛，包括：①可見光通信可以應用在室內光源的照明中，作為室內的無線通信調制端口，將現(xiàn)實生活中的通信網(wǎng)接入。②可以在交通通信中發(fā)揮一定的作用。在街道照明、應急信息管理、光源的移動接入端口上進行制定。在現(xiàn)階段的智能交通中，我們都使用LED信號光源，對汽車燈控進行管理，實現(xiàn)交通理念的全自動化與信息化。同時，它還能夠為汽車的運行提供導航定位。③可見光通信以圖像處理為主要方式，將LED的信息調制到一個高度，實現(xiàn)各室內終端設備的連接。例如室內燈光、計算機、電腦、打印機等設備之間可以通過一條無線端口進行連接，實現(xiàn)各設備之間的串聯(lián)。以智能交通系統(tǒng)為例，探討其在可見光技術的具體應用，如圖3所示。

在圖3中，我們可以看出，應用可見光通信可以將車輛的具體信息都以LED具體光源的形式記錄上。這樣在系統(tǒng)的操控平臺上就可以通過車牌號與位置進行載體之間的交互與監(jiān)控信息輸送?？梢姽馔ㄐ偶夹g將集約化的數(shù)據(jù)傳送到基站中心，管理人員通過對圖像顯示頻的分析，在車載終端的控制中心上進行管理，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)化的網(wǎng)絡覆蓋效率與綜合性管理。

3 可見光通信關鍵技術的研究

3.1 可見光通信技術的光源

想要了解可見光的通信技術，對其光源的探索是必不可少的。我們都知道可見光是通過LED信號傳輸?shù)墓庹臻W爍規(guī)律來完成的，信號傳輸?shù)奶厥庑跃驮谟谶@種高效的立體系統(tǒng)是不能用肉眼進行識別的。它要完成在發(fā)送端上的明暗調控，就要利用合理的條碼標注。比如，一般的光源傳送將“明”標注為“1”，將“暗”標注為數(shù)字“0”，它們代表了數(shù)據(jù)流通的具體規(guī)則。其主要步驟如下：①系統(tǒng)會將標注好的數(shù)字編碼加以分類，在光源中以數(shù)字流通的方式達到光纖信息傳輸?shù)哪康?，進而完成整個發(fā)送過程。②將光源在相應的探測接頭中進行過濾，調整明暗光源的解碼模式。③通過在客戶終端上譯出光源所代表的數(shù)值，在室內形成高速的室內接收端口。其次，在工藝結構上，系統(tǒng)可以對光源的LED調節(jié)模式進行合理布局。它會找出光源的任意覆蓋點，利用通信技術調節(jié)接收端的頻率與信號，在紅外接收系統(tǒng)的規(guī)范模式中添加端口指令，通信就會在高速傳遞的過程中逐漸穩(wěn)固，進而實現(xiàn)可見光通信光源的關鍵技術管理。

3.2 不同路徑引起的ISI

在可見光通信的技術中，LED燈源的排列方式是非常重要的。為了使通信的技術性更強，光照的光亮更加明顯，在路徑的接口處通常會引入多個數(shù)據(jù)傳播通道，來達到合理排列組合的目的。一般情況下，我們會在增大面積的基礎上在房間的不同角落設置內部光源。當不同的光信號達到接收機位置時，它就會有不同的機會產生ISI，從而使得可見光的速度減慢，使系統(tǒng)的傳播途徑減少，性能降低。ISI是碼間干擾的一種，在很大程度上影響了通信質量與速度。

不同路徑的延時分布結構如圖4所示，顯示出不同的信道中因延時而改變路徑的情況。我們可以從中看出，當通信系統(tǒng)在主節(jié)點中分散開來的情況下，主節(jié)點會將各組成部分在不同的路徑處進行轉化，進而達到減弱ISI的目的。其具體實施措施主要有以下兩種：①在不同路徑的調制器中進行空間轉碼，將信號在主要節(jié)點處進行分散，以多個渠道進行輸送，這樣就可以在增加運輸平臺的基礎上達到延時的目的，以防信號攔截情況的出現(xiàn)。②我們也可以使用均衡濾波器進行信號轉碼。首先利用脈沖的平衡原則將不同路徑的信號進行疊加，信號波動會在沖脈的阻隔下形成一層保護界面，我們要令沖脈的長度小于信號間隔的距離，這樣系統(tǒng)的寬帶傳輸效率就遠遠高于原有的數(shù)值。但是因為信道的沖擊概率不同，所以在可見光通信的流動標準上也有著很大的差異。在系統(tǒng)進行標準化計算的過程中，可以開啟平衡器，其性能就是改善信源的編碼性能，使光交傳輸在串行的子載波體上保持速度與穩(wěn)定性的雙重融合。這樣也能在高效數(shù)據(jù)的調節(jié)頻道上將光信號源發(fā)射出去，降低ISI系統(tǒng)的干擾。

3.3 接收端硬件與軟件系統(tǒng)的設計

可見光通信系統(tǒng)的接收端部分是非常重要的，其硬件與軟件的設計也可以說是其中的關鍵?？梢姽獾慕邮斩耸怯晒怆姷臏y試模塊、信號傳遞模塊、通信信道流入模塊、信號波幅的過濾模塊組成的。各模塊之間如果想要達到軟件開發(fā)技術的有效性與可執(zhí)行能力，就要將各模塊進行聯(lián)合與約束?？梢姽馔ㄐ跑浖儆趩纹倪B接機體，它有顯示相關數(shù)據(jù)的功能。信號可以通過光檢測裝置進行無限制性的放大，通過對其放大規(guī)律的觀察，使光限號變?yōu)殡娦盘?。接著，系統(tǒng)對信號進行自動過濾，在USB的轉串口處將產生干擾的通信結構略去，濾波會隨著系統(tǒng)的整體變化而出現(xiàn)結構性的轉換。但是，我們不要忘記的是，最終想要達到的目的是將原有通信路徑還原。當信號解碼模塊以一定的速度向前發(fā)展時，光電會在系統(tǒng)內形成自動的接收系統(tǒng)，在各階段上以波幅的放電形式進行規(guī)劃。

4 結論

綜上所述，科學技術的進步也帶動了可見光通信的發(fā)展。本文從可見光通信技術的研究現(xiàn)狀為出發(fā)點，對其工作原理與具體的應用領域進行探索。首先，建立了可見光通信技術的基本模型，證明了它是以光源為關鍵性技術、以LED通信傳輸為依托的寬帶系統(tǒng)化技術。其次，從可見光通信干擾性因素作為編碼分析的方式得出分散通信的傳播路徑能夠在一定程度上減緩干擾，達到大數(shù)據(jù)輸送的目的。所以，可見光通信技術是對原有模式的延續(xù)與發(fā)展，為我國多樣化的網(wǎng)絡接入方式創(chuàng)造了有利條件。

參考文獻

[1]任鳳娟，孫彥楷.白光LED可見光通信及其關鍵技術研究[J].電子質量，2010（05）.

[2]何穎潔.基于USB接口的可見光實時音視頻傳輸系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].南京：南京郵電大學，2014.

[3]劉芳.基于DirectShow的可見光實時音視頻傳輸系統(tǒng)[D].南京：南京郵電大學，2014.

[4]盧圣睿.基于白光LED的可見光通信系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].大連：大連海事大學，2014.

[5]王濱濱.基于光角度分集技術的VLC系統(tǒng)的研究[D].長春：長春理工大學，2012.

[6]徐子軒.基于LED照明系統(tǒng)的可見光無線通信系統(tǒng)研究[D].無錫：江南大學，2012.

[7]閆輝，王太峰，劉毅，等.對可見光通信技術應用的思考[G]//四川省通信學會2015年學術年會論文集，2015.

[8]趙俊.基于白光LED陣列光源的可見光通信系統(tǒng)研究[D].廣州：暨南大學，2009.

[9]徐憲瑩.基于OFDM的室內光無線傳輸技術研究[D].大連：大連海事大學，2014.

〔編輯：王霞〕