白光LED可见光通信系统及关键技术研究(2)
1.1 光通信技术光通信技术分为有线光通信和无线光通信技术。有线光通信主要指光纤通信技术，已经广泛应用于广域网和城域网，此技术已经非常成熟。无线光通信则是无线通信和光通信相互结合的产物，它以空气为传输介质，以光信号为载体，在大气中进行传输。无线光通信主要分为可见光通信、 自由空间光通信[2]（Free space optical,简称 FSO） 和室内外红外光通信三种，它们的光信号载体分别是 LED 可见光、 波长为1550nm 或850nm 的红外光以及由发光二极管LED 产生的红外光[3]。
1.1.1 光纤通信光纤通信以光波为载波，以光纤为传输介质进行信息传输，通常被称为有线光通信。由于激光具有方向性高、相干性强、单色性高等优点，光纤通信主要采用激光作为载波。与传统的电缆通信相比，光纤通信具有传输带宽大、传输距离远、损耗低、不受电磁干扰、保密性好等优点。光纤通信主要存在以下3 点问题：1）光缆质地脆，机械强度差。2）光纤的切断和连接操作较为复杂，需要一定的工具和设备。3）光纤弯曲半径不宜过小。弯曲半径过小，就会带来光纤的折断，之后的检测和修复较为困难。
1.1.2 自由空间光通信技术自由空间光通信技术采用点对点的传输方式，在整个系统的两端分别设有一对发射和接收机，以便实现全双工通信。在整个传输过程中，电信号对发射机的光源进行调制，通过具有天线作用的光学望远镜将光信号发射出去，经过在传输介质空气中的传播，到达接收端的望远镜。考虑到大气对不同波长的光透射率和折射率不同，而且 1550nm 的光波具有较强的透射能力，同时也对人的眼睛没有太大危害，FSO 一般采用波长为1550nm 的光波。与传统的微波技术相比，该技术的优点是调制速度快、频带宽以及不占用频谱资源等；与光纤通信相比，该技术的优点是机动性灵活、运行成本低、易于推广等。自由空间光通信技术存在以下 4点问题[4]：
1）FSO 是基于视距宽带的一种通信技术，传输距离是影响信号质量的主要因素。当传输距离超过一定的限度时光波束就会变宽从而难以被接收机捕捉到，因此FSO 一般在城市内部使用。2）天气对传输质量的影响是另一个主要问题。晴天影响最小，而雨天、雾天和下雪等恶劣天气影响较大。3）城市建筑物密集，收发点难以对准。4）高功率的激光对人体有巨大的危害，对眼睛也有巨大的影响。1.1.3 红外通信技术红外通信技术的传输介质是红外线，它是波长范围在 0.75pm—1000pm 的电磁波，可以实现红外局域通信网以及点对点通信技术。红外通信通常选择频率为 38kHz 的信号，在整个传输过程中，二进制基带信号被调制成脉冲信号用于驱动红外线发射机，并向外发出红外脉冲。到达接收机时，由高灵敏度探测器接收红外光信号并转化成电信号，随后交由后续部分进行解调等处理从而恢复出原始的二进制信号[5]。红外通信存在的主要问题有以下 3点：1）高信噪比的需求必然导致发射光功率的增加，因此就增大了器件的功耗。2）在点对点通信时，过短连接距离使这种技术只能在两台设备之间传输数据，而且在传输数据的过程中设备是不能移动的。3）通信速率较低， 满足不了高速率的应用需求。 多个设备同时工作时， 会相互产生干扰。
1.1.4 可见光通信技术可见光通信技术用白光 LED 作为光源，是一种全新的无线宽带接入技术。白光LED 不仅尺寸小、功耗低、寿命长，还具有响应频率高、调制性能好、安全性高等优点。在整个传输过程中，发射端将二进制比特流进行预处理和调制后，对 LED进行驱动，把电信号转换成光信号发射出去，到达接收端时，光电探测器接收光信号并转换成光电流送至信号处理部分，从而恢复出原始电信号。可见光通信所采用的波长范围是 380nm 到780nm 之间。