基于LED照明的无线通讯系统设计文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

基于LED照明的无线通讯系统设计

• 1. 引言

可见光通信(Visible Light Communication, VLC)技术是一种利用可见光传递信息的新型通信方式。可见光通信技术主要是基于发光二极管(Light Emitting Diode, LED)相对于白炽灯的高速响应特性，利用各种如LED显示屏、汽车尾灯、路灯等的照明设备进行信号传递，来同时实现照明和通讯的功能。相比于传统的射频通信系统，可见光通信系统具有发射功率大、电磁辐射小、安全性高、通信速率快等优势^1，2。

自二十世纪末起，到二十一世纪初，香港、日本的多个实验室都对可见光通信展开了初步的研究。不仅从理论上对可见光通信的可行性进行了论证，而且在实际中利用可见光通信系统完成了信息传输，不过这一时期的VLC系统大多传输效率较低且传输距离短。总之，作为一种全新的通信方式，可见光通信在本世纪初已经引起了广泛的关注，并逐渐形成了较多的研究成果^3，4，5。

• 1. 国外相关研究

2000年，日本杏林大学的Tanaka和索尼计算机科学研究所的Haruyama等人提出了一种使用LED灯作为数据传输基站来进行通信的新型通信系统⁶。他们对信号源的发射光进行了幅度调制并在此基础之上进行了建模和仿真，得到了传输速率、误码率、接收功率等指标间的关系。最终他们得出结论，认为传输速率在10Mbps以下的可见光通信系统是可行的，而该系统面临的两个最大问题在于码间干扰和多径效应⁷。2001年，Tanaka等人在原来的研究基础上，分别用OOK和OFDM两种调制方式对系统进行了仿真⁸。结果表明在传输速率低于100Mbps时两种调制方式差别较小；当传输速率大于100Mbps时，采用OFDM调制的可见光通信系统的性能要优于采用OOK调制的系统。

2003年，日本多个科研机构和企业成立了可见光通信联盟（Visible Light Communication Consortium, VLCC），旨在研究可见光通信技术以及推进可见光通信产业化和标准化。索尼、卡西欧和东芝等企业及东京大学、庆应大学等科研机构都是该联盟的成员。

2008年，西门子公司开发的新技术使室内白光LED可见光通信系统的传输速率到达了100Mbps。该技术采用了数字调制，并使用图像检波器作为接收机实现了这一高速率数据传输，在实验室条件下，其数据信号传输距离达到了一米。不过这项技术要求在视距的前提条件下进行，所以在适用性上较传统射频通信技术仍有所欠缺⁹。继日本公布了可见光通信技术后，欧洲各国也注意到了这项新技术所拥有的潜力，在2008年成立了联合研究小组OMEGA，对室内LED可见光通信系统展开了深入广泛的研究¹⁰。

到2010年，可见光通信已经在全世界范围内引起了相当的重视。德国的Heinrich Hertz实验室将可见光传输速率提升到了513Mbps。同年，针对无线短距离光通信技术的国际标准IEEE802.15.7制定完成，使可见光通信具备了产业化条件¹¹。

2012年，英国意大利圣安娜大学研究院采用多载波通信和1024正交振幅调制QAM技术的实现了1Gb/s的传输速率¹²。

2017年，美国加州大学圣巴巴拉分校的Changmin Lee等人通过使用氮化激光二极管（LDs），将VLC系统信号源的调制带宽提升到大于5GHz的程度，远高于普通LED几百兆赫的带宽。这大幅减少了VLC系统信号源带宽与太阳光谱的带宽重叠，同时LDs的电流密度和单位面积输出功率均比普通LED高，保证了LDs的发光强度。以上两个特点使的LDs具备在日光下进行可见光通讯的潜力。目前，该研究团队已经实现了1.25Gbps的数据传输速率，并保证了较低的信噪比¹³。

• 1. 国内相关研究

2007年，暨南大学的陈长缨教授和他的团队成功的使用照明光源构建了可见光通信系统，并实现了速率为100Mbps的数据传输，传输距离为0.2米。一年后，暨南大学研制出了国内首台白光LED可见光通信样机，其传输距离到达2.5米。