可见光无线通信论文

摘要：基于LED的可见光通信（VLC）的机载无线网络是当前研究的热点，本文研究了基于机舱照明灯的通信系统光源布局，并利用粒子群算法对光源布局优化，使光照明功率满足通信要求，为VLC在民航的应用提供参考。今天小编给大家找来了《可见光无线通信论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

可见光无线通信论文 篇1：

LED的可见光无线通信关键技术分析

【摘要】 LED的可见光无线通信技术是LED照明与光无线通信技术的有效融合，是现阶段国内外研究的热点技术之一。本文首先就LED的可见光无线通信关键技术进行了简要分析，然后从应用的角度阐述了LED可见光无线通信技术的发展方向，希望能为实际工作起到一定的指导作用。

【关键词】 白光LED 可见光通信技术 发展趋势

LED技术是一种利用固态的半导体器件电致发光的技术。而可见光通信系统则是利用发光二极管或荧光灯等发出的一种不能为肉眼所见的高速明暗闪烁信号来对信号进行传输，并将英特网的电线装置照明设置进行连接，在插入电源后便可进行使用的一种系统。LED的可见光无线通信技术是LED技术以及可见光通信技术的有效融合，能够有效的满足下一代多媒体通信的要求。

一、LED可见光无线通信关键技术分析

1.1光信号接受技术

LED可见光通信系统中的噪音问题多，即不仅存在强烈的背景噪音，还存在电路方面的固有噪音。再加上传输距离的不断加大，使得接收机所接收到的信号强度上也有所减弱。而光信号接收技术的使用，能够对这一系列问题进行有效处理与解决。它通过高灵敏度、噪声小且响应速度快的光电探测器，对接收信号进行有效的前置的处理，并运用光滤波器来将背景杂散光的干扰进行抑制，对背景噪声进行了有效的处理[1]。

1.2无线信道传输技术

随机信道是LED可见光无线通信系统的信号进行信号传输的主要信道，而LED可见光的波长与大气中的各种物质（如气体分子、雨滴、灰尘以及大雾等）在尺寸上较为接近，进而极其容易产生光的散射，导致信号强度的降低。为此，要想在随机信道下将工作进行顺利开展，就务必要对LED可见光传输信道进行进一步的深入研究。而目前广泛采用的Bapst和Gfeller分析模型，虽然将信道分为墙壁反射信道和直射信道两各不同部分来对其进行研究，但其却未能对背景光、散射等问题进行有效处理与解决。为此，要想对系统进行深入研究，则必须要建立适当的室内传输模型以及室外传输模型[2]。

1.3自动切换技术

在室外墙壁反射信道可见光无线通信系统中，接收机需要在各个基站点之间进行有效的切换。而在这种切换过程中，对于启动切换的信号强度有着较高的要求，即能够有足够强度的信号来对新的基站点进行识别并将信令信号分派到新的基站点上，同时又能避免信号强度不足而导致通信发生中断或停止。为此，可以将辅助切换技术来提升接收机的切换效率，即在基站准备切换之前对信号进行一定的监视，以对信号的能量进行检测，同时将切换中心的切换次数进行减少，以保障切换的质量。

二、LED可见光无线通信技术的发展方向

2.1提升白光LED的频率响应，拓展宽带

白光 LED 用作为通信光源，它的电信号则务必要调制于白光LED上，再由内向外进行发射。其中，白光LED的响应频率很大程度上决定了通信系统的可用宽带。为此，我们不仅应当努力提升功率的输出量，还要将白光 LED的频率响应进行提升，以有效拓展其带宽，而这也逐渐发展成为了实现高速可见光通信所必须要解决的一个重要难题。

2.2 电力线通信技术与 VLC 技术有机融合的 PLC 技术

一般情况下，LED 照明基站灯都是安装于公路两侧、天花板以及交通枢纽上的，其在通信电缆方面的使用成本上往往过高，运营效益也有待于进一步的提升。而如若把LED照明系统与电力线载波通信结合在一起，通过电力线的利用来进行通信信号的传播，则可以将投资成本进行有效降低。电力线通信技术与 VLC技术有机融合成的 PLC 技术，是利用电力线传输数据及话音信号的一种通信方式。而从无线通信技术的发展趋势来看，PLC 技术已日益显现出了它强大的生命力，为通信打下了坚实的基础[3]。

2.3对 LED 可见光信道进行深入分析

可见光通信系统在信道的冲激响应方面与红外无线通信有所不同，同时，这两种不同系统中引起的码间串扰（ISI）的原因也有所差异。因此，要想有效解决 ISI 带来的影响，就务必要对多光源，时变信道环境下的可见光无线通信（VLC）系统的信道冲激响应以及不同光路径引起的 ISI 进行深入的研究。另外，要想实现 VLC 系统的全双工通信方式，则需要对下行链路以及上行链路进行同样的分析与研究。

三、结语

总而言之，将LED技术应用于可见光无线通信中，不仅有效节省了电磁波的可用频带，还有望发展成为一种重要的通信传输方式。

而对于集照明和数据传输功能于一体的白光LED无线通信技术，也必然得到不断的完善与应用，为我国乃至世界的无线通信翻开新的一页。

参 考 文 献

[1] 颜兵兵，任翔，贾俊成，李杨.基于单片机的LED立体成像系统设计[J].佳木斯大学学报（自然科学版）.2013（03）

[2] 李享，李岱霖，翟国富.LED开关电源中铝电解电容性能退化模型的研究[J].电源学报.2012（06）

[3] 王宽仁，鲍日煜.LED光柱显示器实现高精度显示的软件方法[J].工业仪表与自动化装置.2012（01）

作者：葛莉蓉 李美华

可见光无线通信论文 篇2：

民航座舱内可见光无线通信系统的布局研究

摘 要：基于LED的可见光通信（VLC）的机载无线网络是当前研究的热点，本文研究了基于机舱照明灯的通信系统光源布局，并利用粒子群算法对光源布局优化，使光照明功率满足通信要求，为VLC在民航的应用提供参考。

关键词：可见光通信;粒子群算法;民航座舱内光源布局

随着4G以及5G的普及，手机等移动终端的使用量呈现出爆炸式的增长，人们对互联网的需求无时无刻。然而在飞机上，为了减少无线信号对机载设备的干扰保证航空安全，在飞行的过程中不允许使用各类带有无线和射频等功能模块的电子设备，如手机、电脑等。虽然部分航空公司在飞机上搭建了区域无线网络，但无线网络的可使用时间和区域都有很大的限制，因而基于LED的可见光通信（VLC）成为民航座舱无线通信的候选方案[1]。VLC系统具有高带宽、高速率、无电磁噪声等优点，弥补了民航客舱内传统无线网络的带宽小、高电磁噪声等缺点。合理高效的VLC布局是实现机舱无线通信网络的基础，本文研究基于机舱照明灯的通信系统光源布局，使光照明功率满足通信要求。

1 模型建立

飞机座舱环境我们以民用航空中使用最普及的波音系列客机环境进行建模[2]，两椅之间距离为75cm，椅背倾角为15°至38°，前排座椅背面放下的小桌板为乘客手持移动设备的工作平面，天花板距小桌板距离为85cm，而小桌板的尺寸为40×24cm2。因此，模型的目标函数即是优化该区域的光照强度，使之满足照明和通信需求。

在座舱可见光通信系统中，LED灯作为信号发射源，LED光源辐射满足朗伯模式，即理想漫反射源单位表面积向指定方向立体角内发射的辐射通量和该指向方向与表面法线夹角的余弦成正比，辐射强度[3]表示为：

式中It代表平均光辐射强度，即在单位时间内辐射出的光功率，φ表示辐射光线与LED灯珠方向的夹角，m代表辐射阶数。在理想情况下，单一LED灯对某一水平面的照度贡献可表示为：

式中，D代表照射距离。由于白光LED是一种非相干光源，不会形成光的干涉现象，因此多个LED构成阵列时遵循叠加原理，即总的光照度可表示为：

其中，Ei为每个LED的光照度，N代表LED灯的总个数。结合我们采用实际实验系统，本文中LED发光芯片的光功率为1W，中心发光强度为55cd。现在每个LED芯片在天花板上的位置由水平方向上（x，y）坐标表示，而LED灯光照射方向由（i，j，k）方向向量表示。根据以上模型，我们可以计算得出机载VLC系统中接收平面（小桌板）处的光照度分布，以及光照强度的波动。此时我们研究的问题可描述为一个优化问题：优化每个LED灯位置和照射方向，以最大化接收平面处的光照度和最小化接收平面范围内的光强波动。

2 仿真算法和結果

为了符合座舱灯源功率要求，设定N=20。我们选择使用粒子群算法求解优化问题：算法将每个潜在的LED排布作为一个种群中的粒子，粒子中包含20个LED灯的位置信息和照射方向，这些信息构成粒子的位置信息。位置信息的每次更新步长为粒子的速度。在一次迭代中，通过价值函数判断每个粒子优劣，并根据当前群体最优解和个体最优解，确定粒子的速度并更新粒子位置。之后重复上述过程直到满足迭代停止条件。

根据粒子群算法我们得出灯源排布结果如图1示。我们可以看出灯源在小桌板中轴呈现对称分布，并且为了降低目标区域光照强度波动，光源并没有集中在一点。图2为目标区域的光照强度结果。

3 结论

本文针对基于机舱照明灯的通信系统光源布局，并利用粒子群算法对光源布局优化，从而在保证桌面整体光强满足照明和通信标准的条件下，减小桌面范围内的光强波动，为民航座舱内可见光无线通信系统提供了一种可行的布局方法。

参考文献：

[1]K.Werfli et al.，"Experimental Demonstration of High-Speed 4×4 Imaging Multi-CAP MIMO Visible Light Communications，" in Journal of Lightwave Technology，vol.36，no.10，pp.1944-1951，2018.

[2]隋明铮，夏子贤，朱文龙，沈建华.基于可见光通信的机舱无线网络布局方案研究[J].计算机技术与发展，2015，25（03）：228-233.

[3]Ding，Z.Huang et al.The Analysis of Optical Wireless Communications Using Infrared and Visible Light，in International Conference on Green Communications and Networks（ICTON2009），2009.

项目：天津市级大学生创新创业计划（201910059138）

作者简介：马一鸣，男，汉族，河北石家庄人，主要从事航空电子研究;段明铭，男，汉族，山东聊城人，主要从事航空电子研究;郝祥印，男，汉族，河北辛集人，主要从事航空电子研究;马世耀，男，汉族，河南洛阳人，主要从事航空电子研究。

作者：马一鸣 段明铭 郝祥印 马世耀

可见光无线通信论文 篇3：

Li—Fi 会干掉WiFi吗

无线频谱越来越紧张的情况下，谁能带来新的可能？光传输似乎是一个不错的解决方案。

近期，一项近两年提出的创新技术开始逐步落地。苏格兰初创公司PureLiFi希望利用灯泡建立互联网连接。前不久，该公司已经获得150万英镑（220万美元）融资，估值为1400万英镑。这家公司从爱丁堡大学孵化，前期投资者包括爱丁堡大学、苏格兰政府设立的企业基金以及一些私募基金。本轮融资将主要用于产品开发、市场推广和产品销售。

PureLiFi由Harald Haas教授创立，两年前，Hass第一次用“Li-Fi”这个词来形容双向可见光无线通信技术，利用可见光代替传统无线电频率。Li-Fi技术是将数据转换在LED灯泡中，以每秒上亿次的速度闪烁并传输讯号;同时，只要在计算机或行动装置上设定Li-Fi接收器，就可以对储存在LED灯泡中的数据进行译码。

据了解，PureLiFi的研究大部分还处在实验中，已推出的少部分商业化产品基本还处在闭门内测阶段。此前，美国一家医疗服务提供商成为其第一个客户。2014年，Li-1st问世，可以实现双向的数据传输，但只对合作客户开放购买。

在Li-Fi领域，除了PureLiFi之外，欧洲另一个团队操作的ACEMIND项目，实现过类似技术。而上海复旦大学也已在研发相关技术。研究人士称，着手Li-Fi的研究具备多重优势：

首先是传输快。单向传输最快150Mbps，双向110Mbps，但未来有极大提升潜能，可达1Gbps、10Gbps以上水准。

其次是安全。据介绍，光的特性决定了它无法穿墙传输信号，同时Li-Fi的上行和下行信道是独立运行，黑客必须处在同一个房间之中，并侵入两个信道才能完成一次真正意义上的攻击。

第三，不受电磁波干扰。尽管现行航空法规允许乘客在飞机上使用电子产品，以及医院内重要的医疗设备间，墙壁内都埋有铜网以避免手机干扰，但仍有可能受到干扰，在这些敏感场所改用光无线通信，则可避免干扰发生。

当然，Li-Fi也存在一些问题，比如房间中光线复杂情况下，如何分辨哪个才是应该接收的光数据。而一旦被遮光就无法收发，这些问题需要进一步解决。

尽管如此，相关机构还是十分看好其投资价值和成长空间。英国爱丁堡科研与创新局认为，随着LED的快速普及，Li-Fi技术只要发展成熟，总有一天会取代Wi-Fi。根据相关机构的保守数据，5年后，可见光通讯技术市场空间将在150亿美元以上。

据悉，PureLiFi的消费级产品已经开始研发，但并无公布推出时间表。目前来看，这个技术成型之前，很多商业化设想的视角都切入到公共设施的建设。

一些科技人士表示，非常看好这种新技术，它将会推动移动互联网转向细胞型网络发展。而LiFi如果成为物联网连接源的替代和升级品，就可以撬开更大的市场。

作者：王砚青