基于先进调制的高速可见光通信技术

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1、基于先进调制的高速可见光通信技术中图分类号：TN929.1文献标志码：A文章编号：1009-6868（2014）06-0016-005摘要：基于发光二极管（LED）调制带宽限制了可见光通信（VLC）系统传输速率这一问题，从VLC系统的先进调制技术出发，探讨了类平衡-正交频分复用、无载波幅相调制和频域均衡单载波调制3种调制技术。对这3种调制技术原理和实验结果的分析与讨论，验证了先进调制技术在提升VLC系统传输容量上的可行性。关键词：可见光通信;正交频分复用;无载波幅相调制;频域均衡单载波调制;类平衡探测Abstract：Weintroducethreeformats，basedonadva

2、ncedmodulation，thatimprovetransmission.Theseformatsarequasi-balanceddetectionorthogonalfrequency-divisionmultiplexing（OFDM），carrier-lessamplitudeandphasemodulation，andsinglecarrier-frequencydomainequalization（SC-FDE）.WedeterminethefeasibilityoftheseschemesforimprovingtransmissioninaVLCsystem.Wean

3、alyzetheprinciplesofthesethreemodulationformantsandprovideexperimentalresults.11Keywords：visiblelightcommunication;orthogonalfrequencydivisionmultiplexing;carrier-lessamplitudeandphasemodulation;singlecarrier-frequencydomainequalization;quasi-balanceddetection可见光发光二极管（LED）具有高亮度、高可靠性、能量损耗低和寿命长等许多优

4、良的特性，可用于全色显示、交通信号指示和照明光源等，是公认的下一代绿色照明产品。此外，可见光LED还具有调制性能好、响应灵敏度高的优点，利用LED的这种特性，我们还可以将信号调制到LED所发出的可见光上进行传输。LED可以将照明与数据传输结合起来，促进了一种新型的无线通信技术，即可见光通信（VLC）技术的发展[1]。VLC利用的可见光波段是未受到管制的频谱，无需授权即可使用。与传统的射频无线通信技术相比，VLC具有如下优点[2-4]：（1）绿色通信，安全环保，没有射频电磁辐射，且LED发出的白光对于人眼安全。（2）能够同时实现通信与照明。（3）白光不可穿透墙壁等物体，因此可见光通信具有高

5、度的保密性。（4）可见光不受射频信号的电磁干扰，可以应用在电磁敏感环境中，如机舱、医院等。11（5）由于频谱无需授权即可使用，所以可见光通信应用灵活，可以单独使用，也可以作为射频无线设备的有效备份。目前，VLC得到了全球研究者越来越多的关注[5-13]。VLC技术已经取得迅猛发展，传输速率从最开始的几十兆比特每秒[5-6]到500Mb/s[7]再到800Mb/s[8]，目前已经突破了吉比特每秒[9-10]。随着与VLC相关系统器件的开发，系统通信速率还会有更高的提升。但是VLC技术通信速率的提高也存在着很多限制因素，其中最主要的挑战是LED有限的调制带宽。目前，普通商用白光LED的3dB

6、调制带宽都低于1011MHz，这很大程度上限制了VLC系统的传输速率。为突破调制带宽这一“瓶颈”，许多技术都被应用到VLC系统，如系统多维复用技术[11]、预均衡技术[12]、后均衡技术[13]等等，来提升VLC系统传输速率。采用先进调制技术，是克服可见光通信系统调制带宽限制，提升系统传输容量的有效方法。在VLC系统中，可以采用的先进调制技术包括类平衡探测-正交频分复用（OFDM）[14]、无载波幅相调制（CAP）[15]和频域均衡单载波调制技术（SC-FDE）[16]。本文从提升VLC系统传输容量出发，分析这3种先进调制技术的特点与实现方式，实现了高速VLC传输系统。通过对这3种调制技

7、术原理和实验结果的分析与讨论，验证了先进调制技术在提升VLC系统传输容量上的可行性。1类平衡探测-正交频分复用技术类平衡探测-正交频分复用技术（QBD-OFDM）结合类平衡探测编码技术和OFDM技术[14]。OFDM信号数据被分为多个数据块，每个数据块有两个符号的数据。在相同的数据块，第二个符号中的信号是和第一个符号中的信号在运算符号上是相反的。经过理论推导，发现二阶互调制失真、直流电流、可以完全消除，而且接收机的灵敏度可以提高3d