可見光通信復(fù)用技術(shù)研究進(jìn)展

龔毅敏

摘?要：目前，人們明確提出了對無線通信帶寬的需求，當(dāng)然也包括高速數(shù)據(jù)接入的需求。通過可見光通信復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用，可以確保調(diào)制帶寬約束的順利解決，確保VLC系統(tǒng)的傳輸容量的顯著提升，這已經(jīng)成為了VLC領(lǐng)域的重中之重。本文主要針對可見光通信復(fù)用技術(shù)展開研究，重點(diǎn)闡述了VLC多維復(fù)用系統(tǒng)、VLC MIMO技術(shù)等內(nèi)容，旨在為相關(guān)研究人員提供些許借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：可見光;通信復(fù)用技術(shù);多輸入輸出技術(shù)

在發(fā)光二極管不斷普及和發(fā)展過程中，大大增長了高速無線接入需求，可見光通信技術(shù)（VLC）具有廣闊的發(fā)展空間。對于可見光技術(shù)來說，主要是指加強(qiáng)LED光線強(qiáng)弱變化的應(yīng)用，以此來進(jìn)行信息的順利傳遞。該技術(shù)不僅具有強(qiáng)大的照明功能，而且在信息傳輸方面也發(fā)揮著重要作用。與傳統(tǒng)無線通信技術(shù)進(jìn)行對比，VLC技術(shù)具有較高的安全性能，而且功耗程度較低。因此，在未來移動通信室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)的選擇中，VLC技術(shù)將會發(fā)揮出更大的使用價值和功能。

一、VLC多維復(fù)用系統(tǒng)

通過多維復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用，可以給予多路信號并行傳輸強(qiáng)有力的支持，并對調(diào)制帶寬限制予以彌補(bǔ)和完善，將VLC系統(tǒng)容量提升上來。一般來說，WDM、SCM等是多維復(fù)用方式的重要構(gòu)成內(nèi)容，現(xiàn)進(jìn)行如下分析：

（一）WDM技術(shù)

該項技術(shù)主要是指借助自由空間光信道，以此來傳輸多路載有信息，其波長的光信號是不相同的，在接收端，所采用的濾光片的顏色并不一致，以此來促進(jìn)光載波分離的順利進(jìn)行，最后在光接收機(jī)信號處理的幫助下，最大程度地對原始信息予以恢復(fù)，現(xiàn)已經(jīng)成為了重要的通信手段之一。

3路不同波長的光信號，要想順利加載到RGB3種顏色的LED上，必須要借助電放大器和直流偏置器來進(jìn)行，借助空間耦合，可以為這3束不同顏色的光束形成白光創(chuàng)造條件。在接收端透鏡聚焦后，應(yīng)提高對使用RGB3種顏色的濾光片的重視程度，以此來濾出不同波長的信號，最后通過接收電路的帶動，促進(jìn)信號采集和離線處理等過程的順利進(jìn)行。基于理論視角，借助于RGB三色的WDM技術(shù)，有助于顯著提高VLC系統(tǒng)的傳輸效率。圖1為VLC WDM原理框圖：

文獻(xiàn)[1]通過對單載波頻域均衡調(diào)制的應(yīng)用，各個波長的調(diào)制帶寬在156MHz左右。測試后的各個波長傳輸速率為1.25Gb/s，RGB三色的WDM后，明顯提升系統(tǒng)總傳輸速率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1.25Gb/s。

（二）SCM技術(shù)

對于該項技術(shù)來說，主要是指借助不同的載波，獨(dú)立化調(diào)制多路信號，再通過同一波長發(fā)射器件的應(yīng)用，實現(xiàn)自由空間的順利傳輸，所以該項技術(shù)已經(jīng)成為了非常重要的復(fù)用方式之一。通常來說，在子載波中心頻率增大的情況下，極容易降低子載波信噪比，由于子載波間隔的降低趨勢明顯，對于解決頻譜的不平坦問題具有很大的幫助。由于其頻譜分配方式具有較高的靈活性，所以決定于SCM的靈活性。通過對其原理示意圖的分析，雖然子載波并不相同，但是可以動態(tài)化調(diào)整調(diào)制階數(shù)和中心頻率等。

通過SCM的應(yīng)用，可以對各個子載波的調(diào)制階數(shù)予以靈活性調(diào)配，從而致力于子載波數(shù)量降低目標(biāo)的實現(xiàn)，確保通信性能的穩(wěn)步提升。對SCM特點(diǎn)予以分析，在多址接入或雙向傳輸中具有較高的適用性。其中，在雙向傳輸方面，下行傳輸可以對低中頻區(qū)域予以保留，加強(qiáng)64QAM調(diào)制方式的應(yīng)用，為下行通信速率的提升提供便捷。而上行速率需求并不高，這時高頻區(qū)域的應(yīng)用不容忽視，應(yīng)加強(qiáng)開關(guān)鍵控的應(yīng)用，取得良好的調(diào)制效果。

二、VLC MIMO技術(shù)

（一）成像 MIMO

對于該項技術(shù)來說，主要是指在接收端，對應(yīng)的接收機(jī)也比較多，從而完成對應(yīng)接收工作。該項技術(shù)具有明確的要求，那就是各個接收機(jī)僅僅可以對發(fā)射機(jī)發(fā)射的光信號進(jìn)行接收。因此，在處理光信號串?dāng)_問題方面，無需對MIMO解復(fù)用算法進(jìn)行考慮使用，將接收機(jī)集成的復(fù)雜性予以控制，并防止浪費(fèi)不必要的成本。

文獻(xiàn)【2】通過對OFDM調(diào)制的使用，在選擇發(fā)射機(jī)方面，主要選擇商用熒光白色LED，加強(qiáng)預(yù)嘉均衡硬件電路的開發(fā)，大大拓展了白光的可用帶寬，已經(jīng)高達(dá)100MHz，最終在通信距離為1m的情況下，順利完成數(shù)據(jù)傳輸。

（二）非成像MIMO

與成像MIMO進(jìn)行對比，該項技術(shù)免去了對準(zhǔn)這一步驟，更加適用于實際應(yīng)用場合之中，也就是在各個接收機(jī)前，僅僅將聚光器件放置到位即可。在實驗系統(tǒng)中，RGBLED的數(shù)量為兩個，這在VLC發(fā)射源中發(fā)揮著重要作用，4階SC-FDE調(diào)制技術(shù)，有助于系統(tǒng)頻率效率的提升，最后傳輸速率為500Mb/s。

三、VLC MIMO發(fā)展趨勢

在分類和預(yù)測等領(lǐng)域中，人工智能的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用價值非常優(yōu)越。但是在處理VLC MIMO系統(tǒng)的空間復(fù)用方面，人工智能方面的研究并不多。在未來領(lǐng)域中，人工智能與VLC MIMO的結(jié)合已經(jīng)成為必然發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)MIMO解復(fù)用算法進(jìn)行對比，通過人工智能技術(shù)的應(yīng)用，可以確保對VLC信道和接收符號估計的靈活性、準(zhǔn)確性。結(jié)合相關(guān)研究了解到【3】，通過人工智能技術(shù)的應(yīng)用，有助于將VLC MIMO系統(tǒng)容量大大提升上來。

四、結(jié)束語

綜上所述，對于VLC MIMO技術(shù)來說，在LED陣列發(fā)射和接收陣列接收的幫助下，在室內(nèi)照明場景中具有較高的應(yīng)用價值，可以使室內(nèi)照明質(zhì)量得以保證，并且可以使VLC系統(tǒng)傳輸?shù)耐ㄐ潘俾实靡员ＷC。所以說，VLC MIMO將會在未來室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中發(fā)揮著更為顯著的功能和優(yōu)勢，其意義極其深遠(yuǎn)且不可小覷。

參考文獻(xiàn);

[1]?賈科軍，楊博然，陸?zhàn)?，郝?可見光通信光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)符號分解技術(shù)抑制LED非線性失真研究[J].中國激光，2020，47（04）：234-242.

[2]?遲楠，喬梁，趙嘉琦，盧星宇.基于可見光通信的MIMO技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].南京信息工程大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，9（02）：113-122.

[3]?彭小峰，曹陽，楊家旺，劉世濤，張勛.室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的OFDM與ACO-OFDM調(diào)制技術(shù)研究[J].光通信技術(shù)，2016，40（07）：60-62.