前段时间,一篇发表在《Electronics》的论文引起广泛关注,研究人员利用实验演示了以 LED 为发射器和接收器的全双工 LED-to-LED VLC 可见光通信系统的调制方案,通过波长依赖性和误码率等性能比较,结果表明 VLC 相对于传统的射频无线通信优势明显。

 

可见光通信(VLC)又称为 nm 波通信,是一种利用 380~740nm 的可见光光谱作为信息载体的通信技术。而由于 LED 具有高效能、长寿命和快速响应等特性,比其他可见光源更适合无线通信。

 

与传统的射频(RF)无线通信相比,VLC 具有以下几个方面的优势:

◆VLC 拥有约 400THz 的非授权带宽,频谱资源丰富。

◆VLC 容易实现,只需加装一个微控制器便可以利用现有的 LED 设备构建网络。

◆VLC 采用的是可见光作为载体,不会对其他电子设备造成电磁干扰。

◆VLC 链路可以轻松设置 10Gb/s 以上的高速通信链路。

 

因此,有关 VLC 的研究已经广泛开展,其中包括针对 IEEE 802.15.7 VLC 标准的制定。在本次实验中,研究人员通过测量发射器和接收器 LED 颜色的上升时间和信噪比(SNR),总结了 LED-to-LED VLC 的性能对发射器和接收器 LED 波长的依赖性。

 

在以往的研究里面,开关键控(OOK)是光通信中最简单、最传统的调制方法,具有复杂度低、实现足够带宽等优点。IEEE 802.15.7 VLC 标准中提出了脉冲位置调制(PPM)来支持调光,PPM 是另一种调制方案,可以实现比 OOK 更高的功率效率。但是,PPM 需要更复杂的系统和带宽消耗。

 

而正交频分复用(OFDM)是一种多载波调制方案,表现出较高的频率效率,还可以通过高频子载波发送数据,使系统对其他照明光源的低频环境光具有很强的鲁棒性。为了克服 LED 转 LED VLC 中数据速率低、易受其他照明光源影响的缺点,研究人员通过最佳的 LED 颜色集设置,在全双工 LED-to-LED VLC 实验中应用了正交幅度调制(QAM)和直接电流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)调制方案。

 

此外,研究人员还分析了全双工 LED-to-LED VLC 系统中的失真和信号损耗。在全双工 LED-to-LED VLC 系统中,采用 32-QAM DCO-OFDM 调制和反向偏置电路,实现了 49 kbps 的最大数据速率,误码率<2.5×10-4。他们相信,LED-to-LED VLC 技术将为 VLC 技术的广泛普及做出贡献。