以波分复用技术为基础的LED可见光通信探究

2022-09-12

波分复用 (WDM) 技术能完成不同特征数据信息汇集与分离之功。当前光通信领域研究的热点内容之一是采用利用WDM技术为提高通信心痛的传输性能[1]。基于发光二级管 (白光LED) 的可见光通信 (LVC) 属于一种新型的无线通信技术, 可在照明的同时提供信息技术, 具备寿命长、小型化、无污染、低耗等诸多优势, 且有调制速率高、响应时间短特性, 让基于白光LED的见光通信进行无线数据信息传输成为现实。

一、可见光通信与波分复用技术

(一) 可见光通信系统原理

可见通信技术的信息载体不采用光纤有线信道的传输介质, 而采用可见光波段的光, 即在空气中直接传输光信号。主要原理为数据发送→编码→调制→白光LED→无线通信道→光电探测器→解调→滤波→放大数据接收。发送部分系统需处理要传输的信息, 产生对应的编码, 然调制LED, 同时间电信号装换为光信号, 此时数据信息被加载于光束发射进入自由空间 (无线通信道) 中, 其介质为空气, 以点对点的方法传输数据, 肉眼未能查阅光的变化, 由此在照明的同时传输数据信息;接受部分光信号聚集于光电探测器上, 将接受的光信号转变为电信号, 滤波放大后还原起初信号。

(二) 波分复用技术设计

RGB LED而言 (将红 (R) 、绿 (G) 、蓝 (B) 三种光束分别调制后将其合在一起) , 波分复用可承载一系列不同的特征的光信号, 在发射器端复用器汇集, 由空间传输 (以空气为传播介质) , 在接受端解复用器分离不同特征的光载波信号, 由光电探测器将原来的信号恢复至起初原始信号。

结合经验, 本文设计的波分复用传输系统原理为:序列输入→码型转换→串联并联转换→RGB三个路由→复用器→无线信道→解复用器→光带通滤波器→PIN光电探测→夸阻放大器→低通滤波器→串联并联转换→序列输出。在发送端, 信号转换为设定的码型, 通过并联/串联分为RGB三个路由不同光载波携带, 再由服用器将光波传输至空间, 利用解复用器将分离不同特征的光信号, 增加光带通滤波器, 避免其他光信息造成的干扰。汇集至PIN光电探测, 将光信号转变为电信号, 滤除噪音, 恢复起初原始信号[2]。见图1。

(三) 系统仿真

为解决传输容量以及传输宽带问题, 接收端采用光带通滤波器 (透射率高、隔离度高) 分离信号, RGB三个路信号经过波分复用器后传输与自由空间, 借助光谱分析仪检测信道中所接受的RGB三色光谱, 在波分复用器中让RGB三色光谱产生相互独立关系。此外, 设置R、G与B信道传输速率至50Mbit/s、30Mbit/s与20Mbit/s, 其他条件均不改变, 由此提升可见光通信的传输容量。

二、结果探讨与分析

进一步探讨以波分复用技术为基础的LED可见光通信的稳定性与可行性, 可在终端接入眼图与误码率分析, 以便深入探究次系统对信号的实际传输性能。强度调制与直接检测为光调制主要形式, 而电信号调制形式主要为开关键控制。当信号在传播过程中, 其速率分别为100Mbit/s、150Mbit/s、200Mbit/s时, 分析比较NRZ和RZ传输性能, 若将距离设置为3cm, 眼图则十分清晰, 眼睛端正, 具有较大的噪声容限以及张开度, 有利于终端判决。而对Q因子曲线而言, 其显示:更加贴近眼图张开的最大位置, 则对Q因子也会增大, 但RGB会变小。于传输速率不变时, 当传输速率上升至150Mbit/s、200Mbit/s时, 系统眼图则会模糊, 张开度降低, RGB性能变小。

能对通信系统造成影响的因素包括传输距离[3], 因此, 本研究保持其他参数不变, 调节收、法装置的距离。结果为, RGB随着传输距离的增大呈现升高趋势, 当传输距离不超过18m时, NRZ调制方式下的系统性会由于RZ调制方式, 而当传输距离等于12m时, NRZ传输系统RGB为10-5, RZ传输系统RGB为10-4, 但系统依然可以将原始信号恢复。由此, 以波分复用技术为基础的LED可见光通信系统具有较高的稳定性与可行性。