白光強光探照燈的通信網(wǎng)絡技術原理

 在可見光通信系統(tǒng)中，白光強光探照燈具有通信與照明的雙重作用，白光強光探照燈的亮度很高，且調制速率非常高，人的眼睛完全感覺不到光的閃爍。由于實現(xiàn)簡單，VLC系統(tǒng)大多設計成光強度調制/直接探測(IM/DD)系統(tǒng)，采用曼徹斯特編碼和OOK(on-off-keying)調制方式。在IM/DD系統(tǒng)中，由于存在多個光源，每個接收機都會接收到來自不同方向的光信號，因而不會因為某條光路徑被遮擋而導致通信中斷，保證了通信的可靠性。

室內無線光通信的基本鏈路方式可以有很多種。由于室內的白光強光探照燈一般固定在天花板上，因此，以此為信號光源的室內無線通信鏈路有兩種形式：直射式視距鏈接和漫射鏈接。

在直射式視距鏈路中，接收機直接指向白光強光探照燈光源。這種光鏈路的優(yōu)點是：信號光源功率利用率高、容易實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)連接，然而該鏈路要求光信號收發(fā)端始終對準，容易因鏈路上存在的障礙物而阻斷。漫射鏈路設計中接收機視角一般較大，降低了對指向的要求，系統(tǒng)不易受陰影效應影響，但鏈路中存在的多徑效應會限制信號傳輸速率，因此，在實際應用中應該綜合兩種鏈路的優(yōu)缺點設計靈活運用。

強光探照燈白光光束會導致調制帶寬受限，不利于數(shù)據(jù)的有效、高效傳輸。所以要實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，必須深入探索頻帶利用率高、抗干擾性能好的調制復用技術。新型正交頻分復用技術(OFDM)是一種較合適的高效率調制復用方式。室內強光探照燈可見光通信系統(tǒng)中，強光探照燈光源通常是由多個發(fā)光強光探照燈陣列組成，具有較大的表面積、較大的發(fā)射功率和寬廣的輻射角。為了達到較好的照明和通信效果、防止“陰影”影響，一個房間通常會安裝多個強光探照燈光源。

由于強光探照燈單元燈分布位置不同及大氣信道中存在的粒子散射導致了不同的傳輸延遲，加上光的色散，已調光脈沖會在時間上延伸，每個符號的脈沖將加寬延伸到相鄰符號的時間間隔內，不可避免地會產生碼間干擾(ISI),極大地降低了系統(tǒng)的性能，甚至導致不能正常通信。通常運用部分響應技術、均衡濾波器可以消除碼間干擾。對光無線通信系統(tǒng)來講，多徑傳播是引入碼間干擾的主要原因，許多技術人員認為依靠OFDM能有效地降低碼間干擾。

在室內強光探照燈可見光無線通信系統(tǒng)中，當接收機從一個基站(房間)移動到另一個基站(房間)時，需要接收機能夠自動切換。切換操作既要能識別一個新基站又要將信令信號分派到新基站的信道上。因此，我們在設計一個室內強光探照燈可見光通信系統(tǒng)時，必須制定一個啟動切換的最恰當?shù)男盘枏姸群颓袚Q時間，以避免不必要的切換。因此，基站在準備切換之前必須先對信號監(jiān)視一段時間才能進行信號能量的檢測，此項工作可以由接收機輔助切換來完成。

白光強光探照燈可見光通信系統(tǒng)的信號傳輸信道是隨機信道，強光探照燈可見光的波長與室內大氣中的塵灰氣體分子的尺寸相近甚至更小，很容易產生光的散射及吸收，從而造成信號的嚴重衰減。不同位置的強光探照燈燈光及日光等背景光也會對系統(tǒng)的性能產生一定的影響。因此，要保證在隨機信道下的正常工作，還必須對強光探照燈可見光傳輸信道作更深入的研究，建立適合強光探照燈可見光信號傳輸?shù)哪Ｐ汀?/p>

強光探照燈光源發(fā)出可見光，由于發(fā)散角較大，對人眼睛基本無害，發(fā)射端可以具有較大的發(fā)射功率，系統(tǒng)的可靠性將大大提高。系統(tǒng)的接收部分主要由光電檢測器(PD)和相應號處理單元組成，室內的光信號被光電檢測器轉換為電信號，然后對電信號進行放大和處理，恢復成與發(fā)端一樣的信號。該系統(tǒng)的上行鏈路與下行鏈路的組成除了使用的光源不同外，其他與傳統(tǒng)的光通信原理基本一樣。