白光led发光模型与通信体系分析

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1、白光LED发光模型与通信体系分析第一章绪论1.1白光LED通信概述在20世纪60年代，人们利用半导体PN结的发光原理成功研制出LED(lightingemittingdiode)o经过50多年发展，LED发展出红、橙、黄、绿、蓝等多种色光光源种类。对于一般的室内照明，白光光源最为理想。近几年，室内照明白光LED开始发展起来。白光LED是新兴的照明产品，目前最被看好，其发展潜力大，可望成为第4代光源⑴。与目前室内照明一般用的白炽灯及焚光灯相比，白光LED具有无热福射、耗电量较小、工作寿命长、响应时间短、对环境污染小、体积小，平面封装，同时易于开发成

2、轻薄短小等各种产品的优点。2011年国家出台相关政策，五年内逐步淘汰白炽灯，支持白光LED发展[2]。白光LED性能方面比现有的白识灯有高亮度，可靠性，低功耗和使用寿命长等优势。LED已经应用于彩色显示屏，银行利率牌、交通灯等。白光不是单色光，根据人们对可见光的研究，人们需要将蓝光、绿光、红光进行组合，制造出白光。白光LED方面具有发射功率高、对人眼安全等特点；另一方面，具有反应速度快、调制性好，无电磁干扰、无需申请无线电频谱等优点[3]。随着白光LED照明推广，人们开始关注基于白光LED的可见光通信，白光LED灯不仅可用于房间照明，而且可利用L

3、ED发出的白光，形成了一种短距离无线光通信链路。利用白光LED的照明，很多学者提出了基于照明用的白光LED室内的可见光通信(VLCvisible-lightmunication)系统[4.6]。控制器对白光LED进行调制将传输信息的电信号转换为光信号，利用白光LED灯光照射的方式实现室内无线传输，同时在白光LED灯光照射范围内安装光接收设备，将光信号转换为电信号，建立可见光无线通信系统，实现信息的传输。1.1.2白光LED通信的优缺点光通信可分为有线光通信和无线光通信[7]，有线光通信是以光纤作为传输介质的通信模式，无线光通信是指收发端机之间存在

4、没有遮挡的视距路径以及足够大的光发射功率，将信号进行光调制而实现的通信模式，分类如图1-1所示。目前室内的无线光通信主要有红外和可见光通信。红外通信利用0.75um~1000um波长范围的红外线电磁波作为传输介质，可见光通信主要利用白光LED发出的光。红外和可见光两种通信的特征[8]如表1所示。随着白光LHD技术的进步以及白光LED照明应用的普及，作为一种新兴的无线光通信技术，白光LED可见光通信技术得到了较快的发展，与红外通信和其他射频通信[9]相比，具有以下显著优点：(1)使用方便、快捷。在室内可见光通信中，用作通信的光源也是照明光源，安装简

5、易，可以很方便的实现无线传输。(2)对人体无害。红外波段的福射，人体以及自然界的多数物质对其有较强的吸收特性，在收到红外波段的福射后，分子运动加剧，并立即转化为热能，使该物体温度升高。在实际应用中，需限制红外的发射功率。白光LED通信的发射信号光源就是室内照明的光源，使用起来较为安全。(3)发射功率较高。考虑到对人眼和身体的安全，红外无线光通信和其他射频通信对发射功率的上限都有规定。室内白光LED光源类似于自然光源，对发射功率的上限没有限制，故发射功率较高。(4)无电磁干扰。在飞机和医院等特殊场合中，可替代存在电磁干扰的射频通信。(5)不受无线电

6、波频谱管制。目前，用于通信的无线电频谱很有限，而白光LED可见光通信能避免这一问题，不需要考虑无线电频谱分配的问题。缺点：目前白光LED的价格较高，难以大范围的普及；白光LED室内通信的多径效应引起码间串扰以及通信速率等问题制约着白光LHD室内通信的进一步发展。随着半导体技术的进步和发展，这些问题必将得到解决。1.2研究背景及意义白光LED产业的发展，白光LED产品取代传统照明产品势在必行。而LED的良好的调制性能使白光LED用于室内照明的同时兼顾通信成为可能。十二五国家科技计划信息技术领域2013年度备选项目征集指南中对可见光通信(VLC)系统

7、关键技术研究进行了大力资助，发展白光LED可见光通信具有非常大的社会、经济和环保意义。(1)社会意义：我国是一个能源相对紧缺的国家，特别是在夏季高温用电的高峰期，供电量严重不足，华南、华东、华北缺电尤为严重，很多地方实行拉闹限电，严重影响工业生产甚至居民生活。所以加速发展低能耗的白光Lm)照明和通信具有可持续发展重要战略意义。(2)经济意义：2011年4.47万亿的净发电总额中，一般光照明用电量占总发电量的10%左右，就已超过4000亿千瓦时。在相同照度下，釆用LED灯比传统荧光灯省电50%以上，比白识灯省80%以上。假如全部采用LED灯至少省电

8、2000亿千瓦时，相当于2.5个三峡大现的发电量。随着国家支持LED照明的普及，白光LED在用于照明的同时，其良好的调制特性更为高速无线