波分復(fù)用技術(shù)基礎(chǔ)上的LED可見光通信探索

劉金磊 陳曉琳

摘要

波分復(fù)用技術(shù)因為相同信道中傳輸?shù)男盘柌ㄩL相互獨立，所以能夠綜合傳輸很多特征不一樣的信號，進而實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)信息的匯集和分離。本文通過對可見光通信與波分復(fù)用技術(shù)的有關(guān)分析，進一步探索了波分復(fù)用技術(shù)基礎(chǔ)上的LED可見光通信。

【關(guān)鍵詞】波分復(fù)用技術(shù) LED 可見光通信

LED不僅具備了功耗較低、沒有污染等諸多優(yōu)勢，同時有著響應(yīng)時間相對較短等不同特征，進而使得把LED當(dāng)作可見光通信系統(tǒng)中的信號源實行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)靡哉嬲龑崿F(xiàn)。與目前已經(jīng)存在的無線通信技術(shù)比較，LED可見光通信技術(shù)具備了傳輸速率較高等各種優(yōu)勢，因此，可以運用其對目前的無線通信技術(shù)進行補充。

1 可見光通信與波分復(fù)用技術(shù)

1.1 可見光通信的運用

在LED高速調(diào)制特征的基礎(chǔ)上，可見光通信的具體運用領(lǐng)域關(guān)鍵包含：

1.1.1 室內(nèi)照明和通信

LED可運用在室內(nèi)容易攜帶的一些通信設(shè)備的高速無線光接入與聯(lián)網(wǎng)方面，譬如手機等，進而使室內(nèi)各個角落均能夠?qū)崿F(xiàn)無線通信，并確保通信網(wǎng)絡(luò)始終處于安全狀態(tài)。

1.1.2 可見光智能交通與安全系統(tǒng)

目前，隨著社會科技的快速發(fā)展，車燈、路燈及其交通信號燈均逐漸被LED替換，在智能交通系統(tǒng)中把可見光通信加以運用，以此使車輛、路燈和信號燈之間的通信得以達成，從而對交通管理起到較好的輔助作用。

1.1.3 顯示和數(shù)據(jù)通信

LED顯示屏經(jīng)常會運用在對有關(guān)信息進行顯示，譬如交通信息與廣告信息等各個方面，根據(jù)其調(diào)制特征，還可將LED當(dāng)作通信信號發(fā)射源，把手機終端當(dāng)作接收設(shè)備，以此將一些具有一定價值的相關(guān)信息進行接收，而且此種形式在機場以及火車站等相關(guān)場所具有非常好的運用前景。

1.2 波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)設(shè)計

波分復(fù)用主要指的是把各種載有信息，不過波長不一樣的光信號在發(fā)射端經(jīng)復(fù)用器匯集，針對RGB LED來講，也就是把紅（R）、綠（G）、藍（B）三種顏色不一的光束各自調(diào)制以后進行結(jié)合，進而通過自由空間的無線信道完成傳輸，并在接收端利用解復(fù)用器分離多個波長的光載波信號。而在此之后，則可采用光電探測器實施光、電轉(zhuǎn)換與信號處理，從而將原始發(fā)送信號還原的一種通信技術(shù)。

在波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端，輸入信號首先會通過設(shè)置的碼型進行相應(yīng)轉(zhuǎn)變，然后通過串/并之間的變換分成三路，并經(jīng)過多個波長的光載波將此攜帶，進而利用復(fù)用器復(fù)合多束光以后，便會自動向自由空間無線信道進行傳輸。因為各個信號是被多個波長的光束攜帶，所以在自由空間進行傳輸?shù)倪^程中，彼此之間并不會產(chǎn)生任何影響。通過解復(fù)用器，接收端可以順利分離多個波長的光信號，而想要對多個波長光束傳送的相關(guān)信號進行有效分辨，則可以在PIN型光電探測器前端增設(shè)與之對應(yīng)的光帶通濾波器，這樣便可以將攜帶其它信息的光進行過濾，從而在一定程度上讓背景光所產(chǎn)生的影響得到有效下降。最后光束會在PIN光電探測器表面匯集，并把光信號轉(zhuǎn)變成電信號，進而通過跨阻放大器讓信號在相應(yīng)區(qū)域以內(nèi)發(fā)生一定變化，而利用并、串轉(zhuǎn)換裝置則可以將原始信號還原，同時將其傳輸至與之對應(yīng)的接收機。

1.3 系統(tǒng)仿真

針對接收端來講，其主要運用了透射率相對較高，同時對其他顏色光具有較好隔離效果的光帶通濾波器實行信號分離。RGB LED的三路信號各自通過波分復(fù)用系統(tǒng)傳輸至自由空間無線信道當(dāng)中，采用光譜分析儀檢測出的信道中RGB LED三色光譜，其在波分復(fù)用系統(tǒng)中，RGB波長彼此獨立，而且還在一定程度上加大了信道的實際傳輸容量，從而使傳輸帶寬問題得到有效解決。

為了對百兆級的實際傳輸速率進行深入探究，可以把紅、藍、綠信道中的傳輸速率各自設(shè)定成50、30與20Mbit/s，而其他條件則無需發(fā)生任何變化。采用誤碼分析儀在接收端對輸出信號的具體特征進行觀察，可以發(fā)現(xiàn)跡線十分清晰，而且眼睛端正，與之對應(yīng)的眼高各自是0.43、0.48與0.51，其BER水平都比10^-20數(shù)量級更低。RGB三路信號在具體傳輸中彼此之間不會產(chǎn)生任何影響，并且傳輸特性相對較好。所以，經(jīng)過使用三色光波分復(fù)用技術(shù)，可以讓可見光通信系統(tǒng)的傳輸容量得到很大提高。

2 結(jié)果分析和探討

為了對系統(tǒng)的可靠性做出進一步探究與評價，可以在終端將眼圖與誤碼率分析儀接入，以此對信號的實際傳輸性能進行深入分析。光調(diào)制形式主要包含強度調(diào)制與直接檢測，電信號調(diào)制形式為開關(guān)鍵控。當(dāng)傳輸速率各自是100、150與200Mbit/s的時候，對NRZ與RZ系統(tǒng)的傳輸特性進行比較，將傳輸距離設(shè)置成3m.根據(jù)眼圖可以看出其十分清晰，眼睛端正，張開度以及噪聲容限相對較大，這對于終端判決具有很大幫助。針對Q因子曲線來講，其會跟隨眼圖的實際張開大小發(fā)生以下變化：與眼圖張開的最大位置更加貼近，那么其Q因子也會相對更大，而與之相應(yīng)的BER則會更小。在傳輸距離沒有發(fā)生變化的情況下，跟隨速率上升至150與200Mbit/s的時候，系統(tǒng)眼圖跡線隨之變得比較模糊，張開度變小，而且BER性能也會逐步降低。

針對通信系統(tǒng)性能來講，對其產(chǎn)生干擾的一個重要因素，實際上就是傳輸距離，所以，有關(guān)人員可以在確保其他參數(shù)不會發(fā)生任何變化的情況下，經(jīng)過調(diào)整收發(fā)裝置之間的實際距離，對系統(tǒng)BER出現(xiàn)的變化進行觀察。通過這樣的方式便可以全面了解到，當(dāng)傳輸距離不斷增加時，系統(tǒng)的BER也會隨之上升;當(dāng)實際傳輸距離低于18m的時候，那么NRZ調(diào)制形式下的系統(tǒng)性能則會比RZ更加優(yōu)質(zhì);而當(dāng)實際傳輸距離是12m的時候，RZ與NRZ傳輸系統(tǒng)的BER分別是10^-4與10^-5，不過在此種情況下系統(tǒng)仍然能夠?qū)⒃及l(fā)送信號還原。所以，針對波分復(fù)用技術(shù)基礎(chǔ)上的LED可見光通信系統(tǒng)傳輸性能來講，其穩(wěn)定性與可靠性可以得到有效確保。

3 結(jié)束語

在當(dāng)前的可見光通信系統(tǒng)中經(jīng)常會將白光LED加以運用，因為其具備了功耗較低等各種優(yōu)勢，進而可將LED當(dāng)作可見光通信的信號源，使得無線數(shù)據(jù)傳輸變成可能。而針對波分復(fù)用技術(shù)基礎(chǔ)上的LED可見光通信來講，則可以讓系統(tǒng)的信道利用率得到進一步提升，從而對長距離高速可見光通信的真正實現(xiàn)起到一定促進作用。

參考文獻

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