可见光通信概述

可见光通信及其关键技术研究

摘要：用室内照明的白光LED光源作为通信基站进行信息无线传输的技术是当前国外光无线通信领域的研究热点之一，是一项有发展前景的新兴技术。这也将可见光通信技术带到了众人的面前。文章详细介绍了可见光通信技术在国内外的研究现状，分析了其关键技术，阐述了其巨大的优点以及应用领域上的发展趋势。

关键词：可见光通信、技术优势、发展历史、关键技术、应用展望

Studies on the visible light communication and

itskey technologies

Jieyong He

Optical Engineering, School of Physics, Sun Yat-sen University, User ID:15212250

Abstract

It is one of hot spots of optical wireless communication research field in abroad that using whiteLED light source as base station to transmit information through wireless mode currently, which is an promisingnew technology. This trend brings the visible light communication into our attention. In this paper I introduce the current situation of visible light communication bywhite LEDs at home and abroad in detail, analyze the key techniques and clarify the advantages and development trend of thesystem.

Key Words:visible light communication, advantages, key technologies, developing history, developments

1可见光通信介绍

近年来，被誉为“绿色照明”的半导体（LED）照明技术发展迅猛。与传统照明光源相比，白光LED 不仅功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保，更具有调制性能好、响应灵敏度高等优点。利用LED 的这种特性，它用作照明的同时，还可以把信号调制到LED 可见光束上进行传输，实现一种新兴的光无线通信技术，即可见光通信（indoor visible light communication，VLC）技术。

1.1可见光通信技术概述

一直以来，在一个人的头顶上画一个闪亮的灯泡，被用来象征一个发明家的灵光乍现，但是德国物理学家哈拉尔德·哈斯(Hass H.)由灯泡本身“点亮”了奇思妙想：依赖一盏小小的灯，将看不见的网络信号，变成“看得见”的网络信号。哈斯和他在英国爱丁堡大学的团队最新发明了一种专利技术，利用闪烁的灯光来传输数字信息，这个过程被称为可见光通信，人们常把它亲切地称为“LIFI”，以示它能给目前以WIFI为代表的无线网络传输技术可能带来革命性的改变。

可见光通信（VLC）是将发光二极管（LED）等可见光发出的肉眼察觉不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的。VLC结构由两个部分组成，一个是VLC发送部分，另一个是VLC接收部分。发送部分处，将需要传输的数据加载在光载波信号上，并进行调制，然后到达接收部分，即利用光电转换器件接收光载波并解调以获取信息。

可见光通信系统能够覆盖灯光所能达到的范围，不需要电线连接。与目前使用的无线局域网（无线LAN）相比，可见光通信系统可以利用照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数

十兆至数百兆。利用专用的、能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在灯光照到的地方，就可以进行数据传输。另外，通过使用可见光的数据通信，能解决很多射频（RF）和红外（IR）存在的问题。

1.2可见光通信技术的优点

与传统的射频通信和其他光无线通信相比，可见光通信具有以下突出优点：（1）可见光通信技术采用对人眼安全无害的可见光波段传输数据信号，不产生电磁干扰且不易受到其它电磁波信号的干扰，可以应用于对电磁干扰敏感的场所，如医院、空间站、加油站、飞机等。

（2）可见光通信具有宽光谱特性，可以提供更大范围的带宽。对于RGB调制下的LED可采用波分复用技术，增加数据信息的传输率。与射频通信相比，可见光通信不受频谱许可的限制，无需进行频谱申请，覆盖方便。

（3）室内可见光通信技术具有更高的信息安全性。可见光作为数据信息传输的载体，光线受限于室内有限的空间内，扫除了无线信号穿墙而过的安全隐患。在可见光通信中，光线所到之处就有无线网络信号，阴影处则信号全无。

（4）可见光通信是现有无线通信的补充，可快速搭建无线网络且成本低廉。在传统的射频信号盲区内，如地铁、隧道、煤矿等场所，搭建射频基站费用较高，而搭建VLC系统既能满足照明需求，又能降低通信成本。

（5）可见光通信的光源发射功率高。与普通光无线通信的信号光源相比，LED光源对人眼无危害，信号光源的发射功率不受限制。随着LED照明技术的不断发展，可见光通信将翻开光通信历史新的一页。

因而可见光通信技术具有极大的发展前景，将为光通信提供一种全新的高速数据接入方式，已经引起了人们的广泛关注和研究。现在，从LED 照明系统中获得无线通信能力的可能性已经从试验得到证明，将无线通信能力嵌入未来LED 照明系统中是一个发展方向，很可能是光无线接入网的一个目标。1.3可见光通信技术历史

真正意义上的现代可见光通信技术是由中国香港大学Grantham Pang在1999年提出的，其将音频信号编码后调制到LED灯上，载有音频信息的光在自由空间光链路下传播后使用光电探测器在接收端接收并解码，最后用扬声器输出音频信号。接收端在加聚焦透镜的情况下，音频信号最远可以传输200cm。

日本是VLC 技术的先行者，KEIO 大学的研究者们率先开展了一系列基础性的理论研究工作,尤其以Tanaka，Komine和Sugiyama为代表。2000年，Tanaka等以强度调制直接检测(IM-DD)为光调制形式进行了建模仿真，获得了数据率、误码率以及接收功率等之间的关系，认为码间干扰(ISI)和多径效应是影响系统性能的两大因素。2001年，他们分别采用OOK-RZ 与光学正交频分复用(OFDM）方式对系统进行了仿真。2002，Fan和Komine等研究了由墙壁反射引起的多径效应对LED可见光无线系统造成的影响。2003 年，Tanaka等人对LED 可见光无线通信系统展开了具体分析，求出了系统所需LED单元灯的基本功率要求。同年，Nakagawa教授联合韩国三星集团和十多家日本知名企业，包括卡西欧、松下电气、夏普等公司成立了VLC联盟（Visible Light Communications Consortium, VLCC），致力于VLC系统标准平台的研究。2007年，VLCC提出的VLC系统标准（Visible Light Communication System Standard）和VLC身份识别系统标准（Visible Light ID System Standard）被日本电子信息技术工业协会（Japan Electronics and Information Technology Industries Association, JEITA）所接受，发布了VLC标准JEITA CP-1221和JEITA CP-1222。

欧洲各国也积极致力于VLC技术的研究。2008年，欧洲委员会设立OMEGA （Home Gigbit Access）项目基金致力于开发物理信道为Gb/s的RF、VLC、红外相结合的家庭局域网，隶属于欧盟第七框架规划（European Union Framework Program 7，EUFP7）的OMEGA项目由法国牵头，德、

英、意等多国参与，此项目有1900万欧元的预算。2010~2011年期间，德国弗劳恩霍夫研究所的Langer等人通过不同的调制方式和接收器获得运行速率在10~800Mb/s的链路，证实高速VLC的可能性。2012年，意大利Cossu等人使用商业化RGB式白光LED和DMT调制方式在30cm距离内使用WDM技术后总传输速率实现速率高达2.1Gbit/s，其中单个信道的传输速率是1Gbit/s。

相比之下，我国基于白光LED可见光通信技术的研究起步较晚。近年来，在国家多项科技计划的支持下，我国的VLC技术研究也取得了一定成果，相关项目正在进行应用性验证。目前对VLC开展研究工作的单位有：清华大学、中科院半导体所、长春理工大学、暨南大学、南京邮电大学、浙江大学、复旦大学、西安理工大学等。2013年，复旦大学的研究人员使用RGB式LED 和磷荧光粉式LED成功实现下行链路575Mb/s和上行链路225Mb/s的全双工副载波复用的波分复用VLC系统。同年10月，复旦大学计算机科学技术学院的科研人员将数据信息加载到一盏1W的LED灯上，照明环境下的4台电脑最高可实现3.25Gbit/s的上网速率，平均速率可达150Mbit/s，成功实现高速率下的“灯光上网”。在2013年的上海工博会，展出了该系统的10台样机。

2可见光通信的应用

随着LED在照明、显示上替代传统光源，使得这些设施在原有基础上具备了传输信息的功能。另外，由于图像传感器在VLC 领域的应用，使得接收端除了能够接收到数据外还能够准确判断发射端与接收端的相对位置，这就为VLC应用于室内导航、机器人或车辆之间的精确控制、准确的位置测量等提供了可能。

VLC应用可分为室外及室内应用。对于室外主要应用于：

(1) 智能交通系统（Intelligent Transport System, ITS）。包括车辆与车辆之间、车辆与路灯等基础设施之间信息的传递。前者可以传递路况、刹车等信息进而有效避免交通事故，后者可将车辆车速、车牌等相关信息传递到交通检测系统中，实现对车辆信息的采集工作。

(2) 户外显示屏及信号灯通信。行人可手持手机等终端向户外显示屏下载商品广告、产品信息、促销活动、股市行情等信息，而信号灯可向行人提供路况信息、道路指南等信息服务。

(3) 海上VLC。将发射端放置在灯塔和浮标等处，装备有图像传感器的船只便可解码信息并在监视器中显示灯塔所传递的内容。

(4) 基于VLC的三维位置测量。使用接收器为图像传感器的VLC系统可实现对桥梁等设施测量，该系统可实现24h对目标物体的测量，目前精度可达毫米量级。

(5) 水下VLC。无线电波在水下的传播距离非常有限，导致其几乎无法运用到水下环境，而LED闪光信号灯已经被日本学者证实可以在水下30m范围内传输信号。该项技术将会对潜水艇和海底观测站的通信起到重要作用。

VLC在室内的应用主要涉及高速连接和导航，具体包括点对点、广播式通信和室内定位：

（1）点对点通信。为了实现该种通信方式，需要两个终端做到充分的对准，并使LED发出的光束尽可能窄，以保证不会有太多的路径损耗。通过合理设计外围设备，可以保证通信和下载的高速率从而代替IrDA、Bluetooth、UWB等技术。同时，由于VLC 在安全性能上的保证，无疑增加了其在诸多方面应用的可能性。例如，日本Casio公司研制了一种LED徽章，通过接受端的图像传感器，可以在显示器上同时获得使用者的身份信息并采集到图像。该公司还提出了一种利用手机上的LED闪光灯与装备有光电探测器的自动取款机进行信息传递以实现用手机查询账户信息和取款的方法，这种方法使外人无法窃取通信信息。

(2) 广播服务。白光LED阵列可以实现信息的广播，例如当我们在浏览名胜古迹和博物馆时，通过LED即可将相关知识内容

下载到各种手持终端上。

(3) 室内定位。图像传感器的使用使这一技术可以帮助我们实现室内导航、机器人的控制并可为超市提供客流分析等功能。GPS 导航系统已被广泛应用于为手机使用者或车辆进行导航，但因来自GPS卫星的信号在建筑物内并不强，因而其导航功能在室内和地下一直受到限制。为了解决室内导航的问题，目前采用的方法是基于WIFI和RFID 平台的导航系统，但两系统都存在结构复杂、使用条件苛刻、成本高等问题。而基于VLC 的室内导航系统，在系统结构和成本上都有较大优势，且其精确度很高（小于5cm）。

综上所述，VLC技术必将在智能家居、智能汽车、智能办公室、绿色信息通信技术、个性化医疗服务、无线电频率识别、无线局域网、安全系统、无钥匙大门、智能机器人等领域有广阔的应用前景。

3可见光通信的关键技术

3.1高性能编码、调制技术

对信源进行何种编码以及采用何种调制方式，将直接决定通信系统的通信性能。由于实现简单，VLC 系统大多设计成光强度调制/直接探测（IM/DD）系统，采用曼切斯特编码和OOK 调制方式。二进制OOK 编码通过光学链路一次只能发送一个比特，传输慢；曼切斯特编码虽然可以降低系统的误码率，但要求较宽度频带，而现有的基于蓝光激发磷光体产生“白光”的LED 可用调制带宽非常有限，所以必须探索新的编码、调制方法。

由于正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Technology, OFDM）具有频谱效率高、带宽扩展性强、抗多径衰落、频谱资源灵活分配等优点，在VLC中得到了广泛研究。OFDM被证明在高速通信情况下可有效抑制码间干扰(Inter-symbol Interference, ISI)。该技术的优点在于：

(1)将数据进行串并转换后同时传输，在时域上符号持续时间得到增加，能够减少信道时域弥散产生的ISI，并可通过插入循环前缀的方法进一步消除信道ISI；

(2) 具有较高的频谱利用率；

(3) 调制解调过程中的快速傅里叶变换和快速傅里叶逆变换随着DSP技术的发展易于实现；

(4) 可根据上下行链路不同数据量和通信质量要求进行自适应的调制；方便与多址技术结合等。其面临的主要挑战在于如何将信息有效地加载到OFDM载波上，以及如何对LED的非线性进行补偿。

3.2码间干扰消除技术

在室内LED 可见光通信系统中，LED 光源通常是由多个发光LED 的阵列组成,具有较大的表面积、较大的发射功率和宽广的辐射角,光线分布在整个房间。另一方面,为了达到较好的照明和通信效果,防止“阴影”影响,一个房间通常安装多个LED 光源。由于LED 单元灯分布位置不同及大气信道中存在的粒子散射导致了不同的传输延迟, 加上光的色散，已调光脉冲会在时间上延伸,每个符号的脉冲将加宽延伸到相邻符号的时间间隔内, 不可避免地产生码间干扰，极大地降低了系统的性能甚至导致不能正常通信。因此，如何消除码间干扰，对保证高性能的VLC 通信至关重要。针对VLC 系统中ISI 的起因不同，主要采用以下方式来削弱码间干扰：运用部分响应技术、采用均衡技术、采用消ISI 的调制方式等。下面详细解释下均衡技术。

作为室内照明用的LED，其调制带宽仅限于几兆赫兹。为了提高LED的调制带宽，人们研究了使用滤光片，将由荧光层产生的黄色光滤去（荧光层的响应速度较慢），让较快速响应的蓝光部分入射到接收端上。另外一种方法是使用发射端均衡技术，该方案实质就是使用模拟均衡技术补偿白光LED在高频时的快速降落。例如，使用16个LED 构成阵列，并使用具有某一最大输出频率的谐振技术为每一个LED的驱动电路设计均衡部分电路。实验证明当使用NRZ-OOK( No Return Zero On-off Keying)调制方式时，16个LED组成的阵列可在距离为2m、覆盖半径为0.5m范围内达到40MB/s的通信速率，并保证较低的误码率。如果增加均衡电路复杂度，其单个LED的通信速率甚至可达到80MB/s。

单独为每一个LED都添加一个均衡电路，这无疑会增加系统成本和发射端能耗，若在接收端选择使用均衡技术，就会在提高系统传输速率的情况下降低系统的复杂性。例如，研究人员在接收端使用一阶模拟均衡器在NRZ-OOK调制方式下，模拟得到了最大传输速率为32MB/s、误码率小于10-6的通信系统。发射端和接收端的均衡技术都有待进一步优化以增加系统覆盖面积和减少误码率。

3.3全双工通信

VLC系统要接入互联网就必须实现全双工通信，即实现数据的上传与下载。要实现VLC 全双工通信方式，除了要具有现在研究的热点下行链路外，还必须具备上行链路。目前，几乎所有的研究更多集中于下行链路的实现，很少关注上行链路的实现技术。

确保上行链路实现的一个重要问题在于如何避免具有照明功能的下行链路的干扰，目前已提出的方案包括：（1）使用红外波段作为上行链路，以区别下行链路的可见光；（2）使用激光反射器将入射光的一部分反射回发射系统，并将这一部分反射光进行调制以实现上行链路；（3）将VLC与RF 结合，即使用VLC实现下行链路，RF系统完成上行链路；（4）采用时分技术，将上下行链路传递信息的时间分开。另有我国学者提出可利用上下链路光的不同偏振态或利用隔板去阻隔下行链路对上行链路的干扰。

4结论与展望

面对全球节能减排的巨大压力，发展第四代绿色照明技术已刻不容缓，而白光LED 照明的实现在节约能源的同时，更为高速、宽带的光无线接入提供了一种新途径，也为解决现有无线电频带资源严重有限的困境提供了一种新思路，可见光通信将很有可能成为光无线通信领域的一个新的增长点。虽然日本、德国、英国、美国等国家已经对可见光通信开展了从理论到实验的研究，但都还处于初级阶段，要实现此技术的实用化，还需要相关科研人员做更加深入的研究。

可见光通信的概念从提出至今不过15年，从最初的不被重视到现在的飞速发展，主要原因在于照明市场的发展和通信技术如WIFI、RFID以及智能手机的普及。近年来，白光LED在亮度、节能等方面都得到了显著提高，这就为VLC的发展提供了硬件方面的保证。在未来，只要有白光LED 照明的地方，就具备了白光光通信的条件，最终VLC技术可能会像目前的WIFI技术一样普及。如果将WIFI、RFID的概念移植到VLC中，将智能手机与VLC技术有机结合，必将大大扩展VLC技术的应用范围。虽然白光光通信的应用前景非常值得期待，但是从通信网络应用来说，它也只能是对现有网络的一个有效补充，永远也不可能取代现有的基于射频的无线电网络。另一方面，目前商用的LED，照明是其唯一功能，制造商并没有考虑通信的需求，因此，这些照明用的LED调制速率都很低，其最高速率仅3MHz。而文献中所报道的几百兆赫兹甚至达到京赫兹的VLC通信系统，所用LED均属于特殊制造，并非照明用LED。真正要将VLC 技术推向市场，除了解决VLC的关键技术外，还需要LED制造商制造既有高亮度、又有高调制速率的低成本LED。如何在已有条件下既保证一定的通信距离和高的通信速率，还要尽可能降低使用成本，是目前VLC技术发展面临的一个主要问题。

参考文献

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基于可见光通信的几种室内定位方法

Indoor Positioning MethodsBased on Visible Light Communication Wang Yuqi1,2, Gong Yingkui1, Shi Zhengfa1,2, Li Yankun1, Zhang Ye1 1.Academy of OPTO-Electronics,Chinese Academy of Sciences,Beijing,China,100094 2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing,China,100049 1.wangyuqi12@https://www.sodocs.net/doc/873629873.html,, 2.ykgong@https://www.sodocs.net/doc/873629873.html, Abstract:As a new technology, the visible light communication using LED lights as the access points has many advantages such as without electromagnetic radiation, high bandwidth, high rate, etc.Itprovides a new possibility for indoor navigation and positioning. According to the current research progress and status, five kinds of positioning technologiesbased on visible light communication are analyzedand compared, then a new methodis proposed which combining visible light communication withphotogrammetry. Finally, the future of indoor positioning based on visible light communicationand its application is expounded. Keywords:LED; visible light communication; indoor positioning; photogrammetry 基于可见光通信的几种室内定位方法 王语琪1,2，巩应奎1，史政法1,2，李延坤1，张烨1 1．中国科学院光电研究院，北京，中国，100094 2．中国科学院大学，北京，中国，100049 1.wangyuqi12@https://www.sodocs.net/doc/873629873.html,, 2.ykgong@https://www.sodocs.net/doc/873629873.html, 【摘要】可见光通信作为一种新兴技术，具有无电磁辐射、高带宽、高速率等多种优点，其利用LED 灯为接入点，为室内定位技术提供了新的可能。本文综合国内外研究现状，对基于可见光通信的五种 定位技术进行分析和比较，并提出一种可见光通信与摄影测量结合的方法。最后对基于可见光通信的 室内定位技术的未来发展和应用前景进行展望。 【关键词】LED；可见光通信；室内定位；摄影测量 及图像传感器定位等技术。本文对以上五种定位技术 进行分析及比较，并提出一种新的可见光通信与摄影 测量相结合的定位方法。 1 引言 随着室内活动的日趋频繁，对于室内定位的需求 日益增多，同时对移动终端平台上基于位置的服务也 提出了更高的要求。GPS作为一种成熟的定位系 统，在户外开阔环境具有良好的用户体验和定位精 度，但由于卫星导航信号穿透建筑物墙壁后，信号 强度大幅度的衰减，加之室内多径现象严重，导致 GPS的定位精度大幅度下降，难以满足用户的室内 定位需求。目前主流的室内定位系统主要依赖红 外、超声波、超宽带、射频识别（无线局域网、 ZigBee）[1]技术等，由于使用的是射频信号，在空 中传播时易受干扰且在同一微波电路、同一方向上 不能使用同一频率，因此飞机、医院等特殊场景下 使用受限。可见光通信技术具有无电磁辐射、高带 宽、高速率、无需额外布设接入点等优点，为室内 定位方法提供了新的可能。 国内外对基于可见光通信的定位技术的研究工作 主要集中在五个方面，包括LED灯身份信息识别定 位 （LED-ID）、到达时间及时间差（TOA/TDOA）定位、 2 定位方案分析及比较 2.1LED-ID定位方法 基于LED-ID定位采用LED灯作为信标，每盏灯都 有一个固定ID。LED灯编码自身ID信息，可采用OOK （二进制启闭键控）的信号调制方式，不断向外发送 信息。定位过程如图1所示，首先控制中心为每盏LED 分配ID以示区别，在移动终端低速行进的过程中，利 用运动模糊及覆盖范围识别LED-ID，最后终端接收 后，根据LED通信信息中的ID信息，查询对应数据 库的三维坐标信息，通过映射的方式来确定终端的位 置。 Figure1LED-ID positioning process 图1LED-ID定位技术思路

浅谈可见光通信及其应用

浅谈可见光通信及其应用 如今，无线通信技术已经非常发达，我们已经能够轻松地在生活中的任何地方任何时间通过无线网络接入互联网。随着网络频段资源的枯竭，以及网络干扰，网络泄密问题的日益严峻，能克服上述问题新的网络通信技术应运而生，其中最有发展前景的当属可见光通信技术。 可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的一种传输技术。将高速因特网的装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。与目前使用的无线局域网相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。利用专用的、能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载和上传数据。该系统还具有安全性高的特点：用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外。另外，可见光通信建立在照明灯的基础上，不需要额外供电系统，同时减少电磁辐射对人的影响。可见，在家庭应用领域，可见光通信相比现在的无线电波是有很大优势的。 可见光通信还将在一些对电磁信号敏感的领域发挥重要作用。例如，飞机上的通讯需求将可得到满足。目前无线终端发出的射频信号会对飞机的导航和通讯系统造成干扰，容易影响飞行安全，所以飞机上乘客的通信愿望是要被限制的，但是有了可见光通信，只需在飞机上加装一个中央控制器，将接收到的卫星信号输送到乘客座位上的LED阅读灯上，此时的LED阅读灯作为一个网络接入点，接收并发射信息，放置在其下方的笔记本电脑就能接入互联网；再比如医院，高频电磁波类型的无线通信干扰可能会对某些仪器造成损害，特别是在手术中，那

可见光通信系统研究

可见光通信系统研究 摘要 目前室内无线通信能满足要求的最好选择就是白光LED。白光LED在提供室内照明的同时，被用作通信光源有望实现室内无线高速数据接入。目前，商品化的大功率白光LED功率已经达到5W，发光效率也已经达到90lm/W，其发光效率（流明效率）已经超过白炽灯，接近荧光灯。白光LED的光效超过100lm/W并达到200lm/W（可以完全取代现有的照明设备）在不久的将来即可实现。因而LED照明光通信技术具有极大的发展前景，已引起人们的广泛关注和研究。论文主要对基于白光LED的室内可见光通信系统进行了研究。 本文在对白光LED用作通信光源时的伏安特性、光谱特性和调制特性等物理特性做深入分析的基础上，重点研究了白光LED照明光源通信系统的组成结构和系统设计，并设计出了白光LED调制和发射电路。给出了一种求LED照明灯室内布局的方法，仿真结果表明，该方法可以较好地解决可见光通信系统的室内LED照明灯的最优布局问题。采用直射式链路形式和光强度调制一直接检测技术，可以实现对白光LED的高速调制，并设计出了用于接收可见光信号和信号解调的光接收电路，完成了白光LED的可见光通信收发实验并给出了实验结果。 绪论 VLC VLC是一种在白光LED技术上发展起来的新兴的无线光通信技术。白光LED具有功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保等优点，特别是其响应灵敏度非常高，因此可以用来进行超高速数据通信。与传统的射频通信和FSO相比，VLC具有发射功率高、无电磁干扰、节约能源等优点，在VLC系统中，白光LED具有通信与照明的双重作用，这是因为白光LED的亮度很高，且调制速率非常高，人的眼睛完全感觉不到光的闪烁，因而VLC技术具有极大的发展前景，已引起人们的广泛关注和研究。 与FSO和射频通信相比，VLC主要有一下几个优点： 1 可见光对人体相对安全，无伤害。Vlc系统主要使用室内LED照明灯来传送数据，对人体辐射小。 2 VLC无处不在。几乎生活中的每一处都有照明灯，因此用于通信的照明灯可以安装在任何地方，可以比较方便的传输无线数据。 3 发射功率较高。相比于红外通信，由于红外通信对人的眼睛损伤较大，发射功率需要压制到相当低，系统的性能因此将受到严重的限制。而对于射频通信，其射频信号对人体的损伤又比较大，也需要限制其

可见光通信

兰州交通大学本科生课程设计 中文题目:可见光通信技术的应用 英文题目: The Application of The VLC Technology 课程：现代传输技术 学院：电信学院 专业：通信工程 班级：通信1302班 组长：XXX 组员：XXX XXXXXX 指导教师：高丽 完成日期： 2016年7月 7 日 成绩：

目录 目录 摘要 (1) Abstract (1) 1 可见光(VLC)通信技术概述 (2) 1.1 VLC的研究背景 (2) 1.2 VLC的简介 (2) 1.3 VLC的发展现状 (2) 1.4 VLC的特点 (4) 2.传输原理 (5) 2.1概述 (5) 2.2组成 (5) 2.3 信号调制 (5) 2.4 信号解调 (6) 2.5关键技术研究 (7) 2.5.1光源 (7) 2.5.2光源布局 (7) 2.6最佳LED灯个数 (7) 2.7接收机FOV的选择 (8) 2.8不同光路径引起的ISI (8) 3可见光通信应用 (9) 3.1创新应用 (9) 3.2存在问题 (9) 3.3 VCL的基本应用 (10) 3.3.1室内（Indoor）应用 (10) 3.3.2室外（Outdoor）应用 (11) 3.4可见光的应用延伸 (12) 3.4.1实现室内定位导航 (12) 3.4.2 灯光无线 (14) 3.4.3结束乘飞机无通信时代 (14) 结束语 (15) 参考文献 (16)

摘要 用室内照明的白光LED光源作为通信基站进行信息无线传输的技术是当前国外光无线通信领域的研究热点之一，是一项有发展前景的新兴技术。这也将可见光通信技术带到了众人的面前。可见光通信技术是一种新兴的无线光通信技术,随着白光LED的发明及应用,可见光通信技术得到了良好的发展。白光LED不仅可以提供室内照明,而且可以应用到无线光通信系统中满足室内个人网络需求。在照明方面,白光LED的节能、环保等特点被认为终将取代荧光灯、白炽灯等传统照明光源,成为下一代固体照明光源。与此同时,白光LED又具有响应时间短,加之其具有高速调制特性,可以设计出基于白光LED的室内可见光无线通信系统。由此设计出的基于白光LED的室内可见光无线通信系统,与传统的红外和无线电通信相比,具有发射功率高、无电磁干扰和无需申请频谱资源等优点。文章详细介绍了可见光通信技术在国内外的研究现状，分析了其关键技术，阐述了其巨大的优点以及应用领域上的发展趋势。 关键词：可见光通信、技术优势、发展历史、关键技术、应用展望 Abstract It is one of hot spots of optical wireless communication research field in abroad that using whiteLED light source as base station to transmit information through wireless mode currentl y, which is an promisingnew technology. This trend brings the visible light communication int o our attention. Visible light communication technology is an emerging wireless optical communication technology. The visible light communication technology has a good development with the invention and application of LED white light. White LED can not only provide indoor lighting, but also can be applied to wireless optical communication system network to meet the individual needs of the indoor. In the lighting, white LED has energy-saving, environmental protection and other features, that fluorescent, incandescent,In this paper I introduce the current situation of visible light communication by white LEDs at home and abroad in detail, analyze the key techniques and clarify the advantag es and development trend of thesystem. Key Words:visible light communication, advantages, key technologies, developing history, dev elopments

可见光通信技术及其应用

可见光通信技术及其应用 与目前使用的无线局域网（无线LAN）相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。利用专用的、能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载和上传高清晰画像和动画等数据。该系统还具有安全性高的特点。用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，同时使用多台电脑也不会影响通信速度。由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。 无需WiFi信号，点一盏LED灯就能上网。一种利用屋内可见光传输网络信号的国际前沿通讯技术在实验室成功实现。研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网，最高速率可达3.25G，平均上网速率达到150M，堪称世界最快的“灯光上网”。可见光通讯被称为Lifi。 无线电信号传输设备存在很多局限性，它们稀有、昂贵、但效率不高，比如手机，全球数百万个基站帮助其增强信号，但大部分能量却消耗在冷却上，效率只有5%。相比之下，全世界使用的灯泡却取之不尽，尤其在国内LED光源正在大规模取代传统白炽灯。只要在任何不起眼的LED灯泡中增加一个微芯片，便可让灯泡变成无线网络发射器。 可见光通讯安全又经济。科研人员不仅在实验室环境中利用可见光传输网络信号，并且实现能够“一拖四”，即点亮一盏小灯，4台电脑即可同时上网、互传网络信号。光和无线电波一样，都属于电磁波的一种，传播网络信号的基本原理是一致的。 给普通的LED灯泡装上微芯片，可以控制它每秒数百万次闪烁，亮了表示1,灭了代表0。由于频率太快，人眼根本觉察不到，光敏传感器却可以接收到这些变化。二进制的数据就被快速编码成灯光信号并进行了有效的传输。灯光下的电脑，通过一套特制的接收装置传输信号。有灯光的地方，就有网络信号。关掉灯，网络全无。与现有WiFi相比，未来的可见光通讯安全又经济。WiFi依赖看不见的无线电波传输，设备功率越来越大，局部电磁辐射势必增强；无线信号穿墙而过，网络信息不安全。这些安全隐患，在可见光通讯中“一扫而光”。而且，光谱比无线电频谱大10000倍，意味着更大的带宽和更高的速度，网络设置又几乎不需要任何新的基础设施。 可见光通信由于具有众多的优点，因此在很多领域具有巨大的应用前景。 （1）照明与通信 白光LED 可以同时被用于照明与通信，因此信息可以在室内环境下进行广播，并 同时满足照明的需求。此外，可见光通信还可以实现手持终端之间的点对点通信，由于发散角较小，因此可以有效地降低传输损耗，实现高速通信。 （2）视觉信号与数据传输

可见光通信研究现状

可见光通信技术研究现状介绍 作为一种新兴的通信技术，LED可见光通信提出的历史不算久远，早在2000年以前，就有研究人员提出利用LED发出的光来进行通信的设想，并付诸实验，实现了一些简单的通信系统[1-6]。在这些设想中，最具代表性的是香港大学的Grantham Pang于1999年提出的实现方案，他们的实验小组搭建并演示了基于可见光LED的音频信号传输系统[3]。这些设想方案提出时，LED照明技术还没有受到重视，对LED可见光通信的关键技术也没有进行深入研究，其影响力有限。 2000年，日本Keio大学M. Nakagawa教授领导的研究团队提出了一种利用白光LED实现室内可见光接入的方案，并针对室内可见光通信信道进行建模仿真和分析计算，实现了10Mbps的室内可见光通信接入方案[8]，正是这一成果被视为可见光通信领域具有影响力的开创性研究，之后，可见光通信技术开始受到世界各地研究人员的重视。 1 国外研究现状 1.1 日本方面 日本方面，在庆应义塾大学(KeioUniversity)的M. Nakagawa研究团队提出LED可见光通信的接入方案后，这种技术在日本国内非常受重视。先后有名古屋大学(Nagoya Univesity)、东京理科大学(Tokyo University of Science)、长冈技术科学大学(Nagaoka University of Technology)、日本电信电话(NTT Cooperation)的科研团队参与研究。在可见光通信的各类应用方面，日本的研究人员做了大量的工作，从局域网高速互连、LED显示器数据下载、智能交通系统、智能灯塔到测量等种类繁多。 2001年，庆应义塾大学的研究人员首先研究了利用交通灯进行可见光通信，并对系统的调制方式、所需的信噪比以及通信速率等特性[9]进行了分析。同年，他们研究了OOK调制技术和OFDM技术在室内可见光通信的应用。研究结果表明：OOK调制方式在较低速率下（如100Mbps以下）非常有效，而在高速率情况下，选择OFDM调制方式性能更佳[10]。之后，他们又进一步提出在道路照明系统中加入可见光通信功能，以减少交通事故的发生，通过用符合照明要求的LED进行实验获得成功[11]。2004年，M. Nakagawa研究团队对LED室内可见光通信系统的可行性进一步分析，对光源进行建模，仿真了在多盏灯照射下室内光照分布、信道冲激响应，并对有无反射情况下的室内信噪比分布、符号间干扰等参数进行了研究。在此基础上，他们还研究了接收端FOV(Field of View)视场角大小对系统速率的影响，并得到结论：当接收端视场角足够小时，可见光通信的

可见光通信报告

可见光通信报告 —陈晨1.概述 可见光通信（VLC）是将可见光用于短距离（5m以内）的光无线（OW）通信系统。若干种光源，如LED/LD可作为光源。数据能够通过光通/断切换得足够快，以致于闪烁使人眼无法分辨来发送。 VLC具有如下优点：对人安全；避免了射频的限制；出于安全考虑，有些地方禁止使用射频通信，如医院和飞机；与相邻射频信号之间的互相干扰可能会限制Wi-Fi的使用，而可见光基本上不存在干扰问题，相邻光束可以交叉通过，只要它们的目的地不同就可以了。 2.结构 VLC结构由两个部分组成，一个是VLC发送部分，另一个是VLC接收部分。发送部分能使用任一类LED光照明。VLC发送部分必须具有用于照明和传输性能的PHY/MAC功能。VLC接收部分能支持任一类能避免其它光干涉的光二极管（PD）。两者的公共部分是VLC PHY和MAC。VLC PHY具有用于一种无线通信的一种调制和线路编码。VLC MAC必须支持不同的应用。

3.规范 两个与相关眼和皮肤安全规范的问题：可见光闪烁和可见光强度。 VLC的PHY调制能使光闪烁。光闪烁可能对人/动物产生有害健康的影响。光闪烁是一种视觉不稳定的印象，这种印象由一个光亮度或光谱分布随时间变动的光刺激而产生。临界闪烁频率（CFF，即闪烁融合门限）是一个观察者由间歇光感觉到完全稳定感觉的频率。 要求：甚至即便是低比特率或成组数据传输时，VLC调制频率必须高于CFF 门限： 》1 /最小闪烁频率是200HZ（=5ms） 》每个最大闪烁时间周期（MFTP）的亮度必须全部相等。 4.发送光角 光轴被设定为包含光口设备的接口：发送器：扩张角；接收器：视场。

可见光通信

可见光通信技术前景广阔的通信新领域

目录 前言 (2) 可见光通信技术介绍 (2) 可见光通信技术的特点 (3) 光通信的发展历程 (4) 可见光通信技术的发展 (5) 应用邻域 (7) LED灯=高速网络连接 (7) 未来飞机上也能打电话 (8) “光通讯”将挺进传统通讯禁区 (8) “光通讯”运用于日常生活中 (9) 参考文献 (10)

前言 在通信技术发达的现在，网络信号的传输速度与方式已经有了大幅度的提高与改进。但在多年的应用检验下，这些网络信号传输方式仍旧存在一些众所周知的不足。以现如今流行的Wi-Fi举例：它存在地区限制，在同一时间容纳的用户数量的限制，稳定性与抗干扰能力也有待提高。 但是你可曾想过有这么一天，有灯光的地方，就有网络信号。点一盏LED灯，就能上网。只要一盏1W的LED灯珠，就能够“一拖四”，使灯光下的4台电脑同时上网，平均上网速率达到150M，这样的方便快捷到秒杀Wi-Fi的新技术你向往吗？ 而这种技术便是被称为Li-fi的可见光通信技术。 可见光通信技术介绍 可见光通信技术(Visible Light Communication，VLC)是指利用可见光波段的光作为信息载体，不使用光纤等有线信道的传输介质，而在空气中直接传输光信号的通信方式。它能够同时实现照明与通信的功能，具有传输数据率高，保密性强，无电磁干扰，无需频谱认证等优点，是理想的室内高速无线接入方案，在全球已经成为了研究的热点。与目前使用的无线局域网（无线LAN）相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度

可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。利用专用的、能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载和上传高清晰画像和动画等数据。 可见光通信技术的特点 无线电信号传输设备存在很多局限性，它们稀有、昂贵、但效率不高，比如手机，全球数百万个基站帮助其增强信号，但大部分能量却消耗在冷却上，效率只有5%。相比之下，全世界使用的灯泡却取之不尽，尤其在国内LED光源正在大规模取代传统白炽灯。只要在任何不起眼的LED灯泡中增加一个微芯片，便可让灯泡变成无线网络发射器。 该系统还具有安全性高的特点。用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，同时使用多台电脑也不会影响通信速度。由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。而且，光谱比无线电频谱大10000倍，意味着更大的带宽和更高的速度，网络设置又几乎不需要任何新的基础设施。

可见光通信概述

可见光通信及其关键技术研究 摘要：用室内照明的白光LED光源作为通信基站进行信息无线传输的技术是当前国外光无线通信领域的研究热点之一，是一项有发展前景的新兴技术。这也将可见光通信技术带到了众人的面前。文章详细介绍了可见光通信技术在国内外的研究现状，分析了其关键技术，阐述了其巨大的优点以及应用领域上的发展趋势。 关键词：可见光通信、技术优势、发展历史、关键技术、应用展望 Studies on the visible light communication and itskey technologies Jieyong He Optical Engineering, School of Physics, Sun Yat-sen University, User ID:15212250 Abstract It is one of hot spots of optical wireless communication research field in abroad that using whiteLED light source as base station to transmit information through wireless mode currently, which is an promisingnew technology. This trend brings the visible light communication into our attention. In this paper I introduce the current situation of visible light communication bywhite LEDs at home and abroad in detail, analyze the key techniques and clarify the advantages and development trend of thesystem. Key Words:visible light communication, advantages, key technologies, developing history, developments 1可见光通信介绍 近年来，被誉为“绿色照明”的半导体（LED）照明技术发展迅猛。与传统照明光源相比，白光LED 不仅功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保，更具有调制性能好、响应灵敏度高等优点。利用LED 的这种特性，它用作照明的同时，还可以把信号调制到LED 可见光束上进行传输，实现一种新兴的光无线通信技术，即可见光通信（indoor visible light communication，VLC）技术。 1.1可见光通信技术概述 一直以来，在一个人的头顶上画一个闪亮的灯泡，被用来象征一个发明家的灵光乍现，但是德国物理学家哈拉尔德·哈斯(Hass H.)由灯泡本身“点亮”了奇思妙想：依赖一盏小小的灯，将看不见的网络信号，变成“看得见”的网络信号。哈斯和他在英国爱丁堡大学的团队最新发明了一种专利技术，利用闪烁的灯光来传输数字信息，这个过程被称为可见光通信，人们常把它亲切地称为“LIFI”，以示它能给目前以WIFI为代表的无线网络传输技术可能带来革命性的改变。 可见光通信（VLC）是将发光二极管（LED）等可见光发出的肉眼察觉不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的。VLC结构由两个部分组成，一个是VLC发送部分，另一个是VLC接收部分。发送部分处，将需要传输的数据加载在光载波信号上，并进行调制，然后到达接收部分，即利用光电转换器件接收光载波并解调以获取信息。 可见光通信系统能够覆盖灯光所能达到的范围，不需要电线连接。与目前使用的无线局域网（无线LAN）相比，可见光通信系统可以利用照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数

可见光通信

你还在抱怨WIFI热点太少、信号不稳定吗？未来，有电灯泡你就有无线网络信号，而且传输速度可高达1Gbps远高于WIFI。该技术由英国大学科技人员Herald Haas和他的团队发明——利用一束光来传输数据，这类技术常被称作可见光通信（VLC）。不过，要实现该技术并不是没有障碍。首先，可见光无法穿透物体，因此信号会被切断。另外，手机如何接收光通信信息，也是个难题。 LED灯泡加装微芯片传递数据 据国外媒体报道，Haas表示，他最大的梦想是将电灯泡变为宽带通信设备。这样电灯泡不仅能提供照明，也将成为一款必要的工具。Haas认为，通过给普通的LED灯泡加装微芯片，使灯泡以极快的速度闪烁，就可以利用灯泡发送数据。 灯泡的闪烁频率达到数百万次每秒，对人的裸眼来说，这样的闪烁不可见，只有光敏接收器才能探测到。通过这种方式，LED灯泡可以快速传输二进制编码。 这一技术的好处显而易见：只要你身边有电灯泡，就可以获得无线互联网连接。据估计，目前全世界的电灯泡数量约有140亿盏。 传输速度可高达1Gbps 这一可见光通信技术被简称为“LIFI”，其优点并不仅仅是可以让世界上任何路灯都成为互联网接入点，还可以节约日渐稀缺的射频频谱资源。目前，作为无线数据传输的最主要技术，WIFI利用了射频信号。然而，无线电波在整个电磁频谱中仅占很小的一部分。但随着用户对无线互联网需求的增长，可用的射频频谱正越来越少。 这就是为什么当你周围上网的人越来越多，你的网速会变得越来越慢。3G无线网络如此，WIFI网络同样如此。按照Facebook创始人、CEO马克·扎克伯格（Mark Zuckerberg）的预计，未来10年人们分享的信息量将相当于目前的1000倍。 Haas表示，他的技术将是解决问题的重要部分， “可见光频谱的宽度达到射频频谱的1万倍。”这意味着可见光通信能带来更高的带宽。Haas表示，“LIFI”技术能带来高达1Gbps的数据传输速度，远高于4G网络。另外，该技术几乎不需要再新建基础设施。 实现该技术需跨三大障碍 手机很快就能使用LIFI了吗？未必！尽管该技术有着无可比拟的优点，但其缺陷也同样明显。技术人士称，可见光无法穿透物体，因此如果接收器被阻挡，那么信号将被切断。同时，手机、平板电脑等设备如何接受可见光通信信号、稳定性如何，也尚无定论。另外，140亿盏灯，貌似是140亿个热点，无论室内室外皆有，但安全性却堪忧。 Haas认为，可见光通信并不是WIFI的竞争对手，而是一种相互补充的技术。如果光信号被阻挡，而用户需要使用设备发送信息，就可以无缝地切换至射频信号。 他表示，用户仍然需要WIFI射频通信系统。在短期内，可见光通信也许可以小范围实现一

可见光通信技术的发展趋势

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/873629873.html, 可见光通信技术的发展趋势 作者：魏访 来源：《电子技术与软件工程》2017年第19期 摘要依托LED光源的快速调制特征，可达成集照明、通信于一体的可见光通信。文章通过阐述可见光通信技术，分析可见光通信关键技术，对可见光通信技术应用前景展开探讨，旨在为如何促进可见光通信技术有序健康发展研究适用提供一些思路。 【关键词】可见光通信技术发展应用前景 依托LED光源的快速调制特征，可达成集照明、通信于一体的可见光通信。可见光通信关键技术是基于对三维融合的达成，将芯片模块加在LED灯电路中，进而实现无线路由器、通信基站以及GPS等功能。相较于传统技术，可见光通信技术凭借其可利用频带宽、安全性高，无电磁干扰，无需频段许可授权等优势，为新型多媒体通信发展提供了可靠保障。由此可见，对可见光通信技术的发展趋势开展研究，有着十分重要的现实意义。 1 可见光通信技术概述 可见光通信技术是借助LED发出高速明暗闪烁信息以实现信息传递，LED每秒闪烁速可达数百万次。可见光通信技术是移动系统的一种补充接入方式，有着极为丰富的频率资源，可为用户提供丰富的无线频谱，实现在电磁信号敏感或电磁受限前提下的便捷使用。可见光通信系统，如图1所示，以LED照明设备对无线局域网基站进行取代，无需再装置任何其他基础设施。仅需在LED照明范围内，便可达成不间断高速数据传输，速率在每秒数十兆到数百兆之间，其光谱宽可达到无线电频谱宽的万倍以上。除此之外，可见光通信系统有着十分可靠的安全性，仅需拉上遮光帘，便可防止出现信息泄漏情况。 2 可见光通信关键技术相关研究 2.1 发光二极管个数 可见光通信系统中，技术人员往往将发光二极管装置于房间阳光最大辐射角处，以尽可能对房间各个角度进行覆盖。然而受行人遮挡影响，光源接收机表面极易产生阴影，进而对可见光通信成效造成不利影响，为了防止引发该种情况，技术人员应当尽可能降低阴影的影响。对于房建照明而言，照明灯越多，则房间亮度越高，照明效果越显著，同时光源接收功率也越大。阴影影响得到消除，然而可见光通信系统性能依旧未得到显著改善，这是因为受光源存在一定差异影响，形成的光路径便会不同，并且不同光路径还会产生各种程度的码间干扰。由此表明，伴随发光二极管灯数量的增多，码间干扰水平会不断升高。倘若系统码率为 1000Mbps，则可将发光二极管数量调节为约3个。 2.2 接收机选择技术

可见光通信的研究

可见光通信的研究 白光发光二极管(LED) 面世后，发光效率逐步提高，其应用领域逐步从显示扩展到照明。与传统的照明设备相比，白光LED 具有驱动电压低、功耗低、使用寿命长等优点，是一种绿色环保的照明器件，被视为第四代节能环保型照明设备[1]。由图1 可以看出，LED 在全球照明市场中所占据的比重正逐年递增。据专业人士预测，随着白光LED 照明技术的不断发展和完善，到2021 年，LED 将占据以上的全球商用照明灯泡市场份额[2-3]。由于白光LED 具有很高的响应灵敏度，因此可以被用于进行高速的数据通信。可见光通信(VLC) 就是在白光LED 技术上发展起来的新型的无线光通信技术。室内可见光通信系统示意图。在可见光通信系统中，白光LED 具有通信与照明的双重功能，由于LED 的调制速率非常高，人眼完全感觉不到其闪烁。可见光通信系统可利用室内白光LED 照明设备代替无线局域网基站，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，只要在室内灯光照到的地方，就可以实现长时间的高速数据传输；可见光通信系统具有安全性高的特点，室内的信息不会外泄漏到室外；由于不使用无线电波通信，在对电磁信号敏感的环境中可以自由使用该系统。除此之外，与传统的射频通信以及红外无线光通信技术相比，可见光通信还具有对人体安全、频率资源丰富等优点。 1 可见光通信的研究现状 1.1 国际上的相关研究现状由于可见光通信技术具有较好的应用前景，它在未来通信领域中占有重要的地位和价值，因此很多研究机构和电信运营公司加入到无线光通信的研究领域中来，特别是日本、欧洲、美国等国家在可见光通信的领域已经投入了大量的人力、物力以及财力。可见光通信的研究最早在日本开展。早在2000 年，中川研究室的等人就对基于白光的可见光通信信道进行了初步的数学分析和仿真计算，分析了白光作为室内照明和通信光源的可能性[4]。2002 年，中川研究室的研究人员又对可见光通信系统展开了具体的分析，包括光源属性、信道模型、噪声模型、室内不同位置的信噪比分布等[5]。2003 年，在中川正雄的倡导下，日本可见光通信联合体成立，并吸引了一大批研究单位及企业参与，包括NEC、Sony、Toshiba、等。VLCC 关于可见光通信的研究范围比较宽广，根据具体的应用场景可分为室内移动通信、可见光定位、可见光无线局域网接入、交通信号灯通信、水下可见光通信等。在可将光通信研究领域已经取得了很大的成就，例如Samsung 公司展出过工作距离为1 m 的双向可见光通信系统；中川研究室还开发了基于可见光通信的超市定位及导航系统，而且是面向商业化的产品。欧洲的OMEGA 计划也对可见光通信展开了深入的研究。OMEGA 计划由欧洲的20 多家大学科研单位和企业组成，它的目标是发展出一种全新的能够提供宽带和高速服务的室内接入网路。OMEGA 计划计划把可见光通信技术列为重要的高速接入技术之一，并且已经取得了丰硕的研究成果。2009年，牛津大学的’Brien 等人利用均衡技术实现了100 Mbit/s 的通信速率[8]；2010年，他们又利用多输入多输出和正交频分复用技术(OFDM)技术，实现了220 Mbit/s 的传输速率[9]。2010年在OMEGA 计划的年会上展出的室内可将光通信演示系统的通信速率达到了100 Mbit/s，该系统利用房间天花板上的16 个白光LED 通信，完成了4 路高清视频的实时广播。在2010年1 月，德国Heinrich Hertz 实验室的科研人员创造了可见光通信速率的世界纪录，他们利用普通商用的荧光白光LED 搭建的可见光通信系统达到了513 Mbit/s 的通信速率，并且他们通过分析认为该系统的通信速率还有提升的空间，可达到甚至 1 000 Mbit/s [10]。2011 年，实验室的科研人员又利用色光三原色(RGB)型白光LED 以及密集波分复用(WDM) 技术实现了的通信速率[11]。除了日本和欧洲的科研单位，美国的UC-Light[12]也是进行可见光通信研究的重要机构。UC-Light 依托于加州大学的 4 所分校和1 个美国国家实验室，其研究人员的研究背景涉及建筑学、无线通信、网络、照明、光学、器件等领域。UC-Light 成立的目的是开发一种基于LED 照明的高速通信和定位系统。 1.2 中国的研究现状中国的可见光通信研究起步相对较晚，与国际相比仍然落后很多，

可见光通信技术

可见光通信技术 可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，因而具有广泛的开发前景。 与使用的无线局域网（无线LAN）相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。 利用专用的、能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载和上传高清晰画像和动画等数据。该系统还具有安全性高的特点。用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，同时使用多台电脑也不会影响通信速度。由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。 无需WiFi信号，点一盏LED灯就能上网。一种利用屋内可见光传输网络信号的国际前沿通讯技术在实验室成功实现。研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网，最高速率可达3.25G，平均上网速率达到150M，堪称世界最快的“灯光上网”。可见光通讯被称为Lifi。

无线电信号传输设备存在很多局限性，它们稀有、昂贵、但效率不高，比如手机，全球数百万个基站帮助其增强信号，但大部分能量却消耗在冷却上，效率只有5%。相比之下，全世界使用的灯泡却取之不尽，尤其在国内LED光源正在大规模取代传统白炽灯。只要在任何不起眼的LED灯泡中增加一个微芯片，便可让灯泡变成无线网络发射器。 可见光通讯安全又经济。科研人员不仅在实验室环境中利用可见光传输网络信号，并且实现能够“一拖四”，即点亮一盏小灯，4台电脑即可同时上网、互传网络信号。光和无线电波一样，都属于电磁波的一种，传播网络信号的基本原理是一致的。 给普通的LED灯泡装上微芯片，可以控制它每秒数百万次闪烁，亮了表示1,灭了代表0。由于频率太快，人眼根本觉察不到，光敏传感器却可以接收到这些变化。二进制的数据就被快速编码成灯光信号并进行了有效的传输。灯光下的电脑，通过一套特制的接收装置传输信号。有灯光的地方，就有网络信号。关掉灯，网络全无。与现有WiFi相比，未来的可见光通讯安全又经济。WiFi依赖看不见的无线电波传输，设备功率越来越大，局部电磁辐射势必增强；无线信号穿墙而过，网络信息不安全。这些安全隐患，在可见光通讯中“一扫而光”。 而且，光谱比无线电频谱大10000倍，意味着更大的带

可见光通信系统资料总结

几种室内可见光通信定位系统方案的理论精度分析 （1）可见光通信定位系统的研究意义： 由于GPS 不能应用在室内环境中，所以许多关于在建筑物内部的定位技术被提了出来。例如RF-ID,WLAN 及infrare 等。在这些室内定位技术中，VLC 定位有更高的精度。据报道，在VLC 定位系统中能够达到厘米级的精度。与此同时，VLC 技术还有许多其他的优点。第一：光学信号中没有电磁干扰，在一些特殊的地方很有帮助，如医院，军事基地，飞机等。第二：在不远的将来，LED 灯作为指示灯可能成为基本的照明源，用于VLC 定位系统时没有必要建立附加设施，所以VLC 系统的成本比较低。三，可见光信号无辐射，不会危害人体健康。最后，该光信号无法绕过不透明障碍，使所发送的信息不容易被捕获。所以我们认为基于白光照明LED 的VLC 系统将在定位的应用中起重要作用。 （2）研究要点： 作了关于VLC 定位系统的理论精度极限方面的分析。借鉴了射频无线信号中分析理论精度的方法——Cramer –Rao bound ，即任何无偏估计量的方差的下限。 （3）四种定位方案及原理： 假设条件：LED 灯符合朗伯模型，并且每只LED 灯的信号为不同的强度调制频率。这里采用石膏墙，在这种场景中，多径反射对CRB 的影响很小，因此只考虑LOS 环境。经光电转换之后，接收到的电信号为 ()()()r t x t n t ατ=?-+ 其中a 是光信道的衰减，τ代表信号从发射到接收所需要的时间，()n t 是光 谱密度为02N 的高斯噪声。

h d h d ①RSSI: 通过接收信号的强度来测量发射器和接收器之间的距离。公式为： ()()2 131 cos cos 212R m R m m m A d m A R h R d α?φππ+++=+??= ??? 其中a 为光信道的衰减，A R 为接收器的有效面积，m 为朗伯阶数，R 为光电二极 管的响应度，两个角度如图所示。 注：此种方法定位时至少需要3只LED 信号灯。这里假设与LED 垂直的轴和与接收器垂直的轴是平行的。当室内的高度确定时，在测量平面上可以画出分别以3个参考点为圆心，以每个参考点和被测点之间的距离为半径的三个圆，当系统中没有噪声并且3只LED 灯完全符合朗伯模型时，三个圆会相交于一点，这个点就是被测点。然而，现实中不存在这种理想的情况。在现实中，三个圆往往不会相交于一点，而是一个小区域，此时利用最小二乘法解决问题。 影响因素：第一:接收器角度的影响；第二：由墙面及其他物体反射引起的多径效应。因为假设中提到与LED 垂直的轴和与接收器垂直的轴是平行的以及采用石膏墙，所以这里不予考虑这两个因素。 ②TOA ：利用要测的信号从发射到接收所需的时间来计算发射器和接收器之间的距离。 只考虑LOS 这条链路，测距公式： d c τ= 注：发射器上的时钟和接收器上的时钟必须严格同步。

浅谈可见光通信的发展前景

浅谈可见光通信的发展前景 摘要：可见光通信（VLC）是一种使用白LED灯的光学无线通信方式。在VLC系统中，白LED 灯不但只是用作室内照明，而且还充当通信系统的信号源角色。可见光通信的配置，特征和关键技术在本文中有所提及。VLC的发展前景将会重点介绍。 Abstract: The visible light communication (VLC) is a kind of optical wireless communication that uses the white LEDs. In VLC system, white LEDs are used not only as the illuminator in the rooms, but also as the source of the communication system. The configuration, characteristics and key techniques of visible light communication are mentioned. The devolopment status in the field of VLC is introduced. 关键词：可见光通信白LED灯无线通信无线光学通信 引文：在我们的日常生活中，无线通信技术已经非常发达，我们已经能够轻松地在生活中的任何地方任何时间通过无线网络接入互联网。随着网络频段资源的枯竭，以及网络干扰，网络泄密问题的日益严峻，能克服上述问题新的网络通信技术应运而生，其中最有发展前景的当属可见光通信技术。可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的一种传输技术。将高速因特网的装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。可见光通信具有以下突出优点：(1)可见光对人类非常安全；(2)可见光资源丰富； (3)发射功率高；(4)无需无线电频谱证；(5)无电磁干扰。因而可见光通信技术具有极大的发展前景，将为光通信提供一种全新的高速数据接入方式，已经引起了人们的广泛关注和研究。 可见光通信的研究背景：这些年来，享有“绿色照明”称号的半导体（LED）照明技术发展迅猛。与传统照明光源相比，白光LED不仅功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保，更具有调制性能好、响应灵敏度高等优点。利用LED的这种特性，它用作照明的同时，还可以把信号调制到LED可见光束上进行传输，实现一种新兴的光无线通信技术，即可见光通信技术。较实用的VLC是日本KEIO大学的M.Nakagawa所领导的课题组于2000年提出来的，2003年他们成立了可见光通信协会（VLCC）。在2004年召开的CEATEC大会上，VLCC会长M.Nakagawa教授公布了这项技术。 可见光通信的发展趋势：LED可见光通信技术已经得到了验证并受到了许多国家的高度重视。它由于具有众多的优点，因此在很多领域具有巨大的应用前景。可见光通信的起源最早可追溯到19世纪70年代，当时Alexander Graham Bell提出采用可见光为媒介进行通信，但是当时既不能产生一个有用的光载波，也不能将光从一个地方传到另外一个地方。到1960年激