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摘 要：可见光通信技术（Visible Light Communication，VLC）技术是一种新型的通信技术，它既有无线通信方便、快捷的优点也拥有光纤通信高速、保密的优点，可以在有LED的条件下为用户提供高速、便捷的宽带接入。随着射频技术的发展全球的频谱资源正逐渐枯竭，而VLC技术的出现正好为这个问题提供了新的解决方案。
关键词：可见光、通信技术、射频技术、频谱、VLC技术
2000年可见光通信的概念横空出世，其利用发光二极管作为光源，使LED照明的同时可以高速通信。目前LED已经被应用在照明、商业显示、通信、医疗等领域。相比于其他的光源，LED具有部署灵活、成本低、带宽大、灵敏度高等特点。LED的发展也促进了可见光通信的发展。
本世纪初，日本学者就开始了 VLC的研宄，仿真了利用LED进行基站无线接入的方案。从此，日本的研究者看到了 VLC的广阔发展前途，投入了大量的人力与物力进行研究。2003年庆应义塾大学NakagawaLab成立，着手VLC的基础理论研宄，如可见光信道模型及特性等，对可见光通信的商用化和民用化起到了推动作用。2008年，在日本九十九里海滩进行了利用灯塔上的LED作为发射机的可见光通信实验，通信距离为2000m，最大通信速率为1022bps。2009年，日本展出了应用VLC技术的数字广告牌，该广告牌利用其背光LED传输数据，其使用者可以根据需要下载信息。2010年日本以图像图像传感器作为接收机、利用LED交通信号灯作为发射机进行通信实验并取得了成功，该系统传输速率4800kbps，通信距离可达300m。2012年，庆应义塾大学提出了针对智障者的辅助系统，使用智能手机终端检测用户的位置信息并引导客户虽然可见光通信技术的起源在日本，但是美国和欧盟的研宄者在该领域也取得了很多突出的成就。
2008年，欧盟提出了集结法国、德国、意大利等21个国家科学家团队的OMEGA项目，发展IGbps以上速率的超高速家庭接入网研宄，无线光通信技术是研宄的焦点技术之一。搭建的测试网络理论速率为1.25Gbps，最高传输速度可达300Mbps。2008年，美国自然科学基金资助开展了 “智能照明”项目，该项目主要进行可见光通信技术研究。2011年，美国、德国、挪威和以色列共同成立了 Li-Fi联盟，进行航天系统中的可见光通信技术研究。2012年，英国及美国科学家开展了“超并行可见光项目（UP-VLC）”，探索自由空间和空间复用VLC的实施方案。同年，柏林的研究机构与西门子合作进行了 VLC高速实验技术研究，利用DMT技术及RGB-LED发射机、基于PIN接收机，实现了单信道806Mbps的传输速率我国对可见光通信的研宄比国外起步要晚，很多的研究处于跟踪报道阶段。
可见光关键技术，利用成熟的朗伯光源模型建立了 LED光照模型，通过改进的蒙特卡洛信道模型分析室内多径效应的影响，优化VLC系统参数并仿真分析了光源布局对通信系统性能的影响。中国科学技术大学的徐正元团队提出了使用LED照亮通信盲E的概念，并于2013年启动了 “宽光谱信号無线传输理论与方法研究”国家973项目，该项目的主要目的是在频谱资源日益紧缺的背景下，挖掘更加丰富的光谱资源，以满足国家信息化建设及各行各业人们对高速、大容量通信的需求，并将可见光通信应用到电磁敏感区域等场景。复旦大学的迟楠教授团队领衔的课题组在可见光的基础理论研究比较深刻，主要研宄了可见光的发射部分、接收部分以及调制和均衡技术。迟楠教授团队搭建了国内一流的VLC通信系统，据13年报道迟楠教授团队的可见光通信系统离线最高单向传输速率达到3.7Gbps，这个研究成果站在了世界可见光研究领域的前列。
综上，国外的研究团队对于可见光通信技术的研究起步较早，无论是在基础理论研宄还是相关标准都取得了一定成果、甚至还出现了相关的应用产品。国内对于可见光通信技术的研究起步较晚，最初止步于理论分析、信道建模等。但随着人们对可见光通信的重视，越来越多的科研工作者将研究重点放在了可见光通信领域，迟楠教授团队研制的可见光通信系统达到了世界先进水平。随着人们对可见光通信技术的需求进一步增强，未来的研究重点将很有可能转移到实时通信系统和高速通信系统上来。
此外，由于VLC具有不受电磁干扰的优势，使得VLC技术可以应用在对射频信号敏感的场合，比如电力系统机房、医院、飞机和空间站等。例如在电网调控中心机房的巡检和变电站的巡检中，需要通过无线手持终端实时地回传数据记录或视频。在上述电磁环境复杂的场合，采用WiFi可能会引起很多问题。通过可见光通信技术实现上述复杂电磁环境的巡检过程中数据和视频资料的安全、快捷、快速的回传，并且不会对变电站设备和机房设备造成电磁干扰。
目前，国内外的主流大学、研究所、设备商都开始了 VLC技术的研究与实验，VLC己经日益成为人们关注的热点。但是目前VLC技术也存在比较明显的瓶颈，其中最大的挑战就是目前常用的LED的带宽的限制，从而限制了通信速率。目前照明中广泛使用的焚光粉蓝光LED其响应带宽只有几MHz，在OOK调制下其最大传输速率只能达到10Mbps，这远远无法满足人们对高速无线通信的需求，因此，提升LED带宽，提升VLC系统速率是VLC技术的主要目标。
当下解决LED响应带宽的方法主要有以下几种：首先，研宄者们可以通过在探测器前加蓝光滤光片来提升系统带宽，LED响应带宽可以从3MHz提升到10MHz，蓝光滤光片的作用是滤除白光中响应较慢的黄光分量。通过采用均衡技术可以将LED的带宽进一步的提升到了几十MHZ，均衡的作用是补偿信道失真和器件失真等。通过使用RGB-LED替换代替蓝光LED可以成倍的提升带宽，但是RGB-LED组成的系统较为复杂此外，VLC系统也可以通过釆用MIMO技术、WDM技术、高阶调制技术、OFDM技术进一步提升系统的传输速率。 對比几种提升VLC系统系统通信速率的方法，添加滤光片和均衡技术实现起来较为简单，但是只能有限的提升VLC系统速率。RGB-LED和高阶调制技术在提升系统速率的同时也大大增加了系统实现的复杂度，而且随着调制阶数的升高系统复杂度越来越高，实现越困难。MIMO技术受到器件的限制在VLC系统中应用较少，但是其拥有广阔的前景。MIMO技术可以在有限的带宽下通过采用空间复用技术成倍的提升系统速率。目前可见光中比较通用的高速通信技术是OFDM技术，未来的VLC系统采用MIMO与OFDM相结合的技术将是一个非常好的选择。
参考文献
[1]罗鹏is.短距离无线光通信若干关键技术的研究[D]：北京邮电大学，2013.
[2]白成林，冯敏，罗清龙.光通信中的OFDM北京：电子T：业出版社，2011.
[3]胡国永，陈长缨，陈振强.白光LED照明光源用作室内无线通信研究.光通信技术.2006 （07）：46-48
[4]张浩，陈长缨.可见光通信信道障碍成因分析及解决方案.光通信技术.2012（09）： 57-60
[5]Fan， K.，Komine， T.， Tanaka， Y.，et al. The effect of reflection on indoor visible-light communication system utilizing white LEDs. In： Wireless Personal Multimedia Communications， 2002. The 5th International Symposium on， 2002： 611-615 vol.612
[6]Bouchet， O.，Porcon， P.， Wolf， M_，et al. Visible-light communication system enabling 73 Mb/s data streaming. In： GLOBECOM Workshops （GC Wkshps）， 2010 IEEE. 2010： 1042-1046
[7]Vucic， J.， Kottke， C.， Nerreter， S.，et al. 513 Mbit/s Visible Light Communications Link Based on DMT-Modulation of a White LED. Lightwave Technology. Journal of. 2010， 28 （24）： 3512-3518
关键词：可见光、通信技术、射频技术、频谱、VLC技术
2000年可见光通信的概念横空出世，其利用发光二极管作为光源，使LED照明的同时可以高速通信。目前LED已经被应用在照明、商业显示、通信、医疗等领域。相比于其他的光源，LED具有部署灵活、成本低、带宽大、灵敏度高等特点。LED的发展也促进了可见光通信的发展。
本世纪初，日本学者就开始了 VLC的研宄，仿真了利用LED进行基站无线接入的方案。从此，日本的研究者看到了 VLC的广阔发展前途，投入了大量的人力与物力进行研究。2003年庆应义塾大学NakagawaLab成立，着手VLC的基础理论研宄，如可见光信道模型及特性等，对可见光通信的商用化和民用化起到了推动作用。2008年，在日本九十九里海滩进行了利用灯塔上的LED作为发射机的可见光通信实验，通信距离为2000m，最大通信速率为1022bps。2009年，日本展出了应用VLC技术的数字广告牌，该广告牌利用其背光LED传输数据，其使用者可以根据需要下载信息。2010年日本以图像图像传感器作为接收机、利用LED交通信号灯作为发射机进行通信实验并取得了成功，该系统传输速率4800kbps，通信距离可达300m。2012年，庆应义塾大学提出了针对智障者的辅助系统，使用智能手机终端检测用户的位置信息并引导客户虽然可见光通信技术的起源在日本，但是美国和欧盟的研宄者在该领域也取得了很多突出的成就。
2008年，欧盟提出了集结法国、德国、意大利等21个国家科学家团队的OMEGA项目，发展IGbps以上速率的超高速家庭接入网研宄，无线光通信技术是研宄的焦点技术之一。搭建的测试网络理论速率为1.25Gbps，最高传输速度可达300Mbps。2008年，美国自然科学基金资助开展了 “智能照明”项目，该项目主要进行可见光通信技术研究。2011年，美国、德国、挪威和以色列共同成立了 Li-Fi联盟，进行航天系统中的可见光通信技术研究。2012年，英国及美国科学家开展了“超并行可见光项目（UP-VLC）”，探索自由空间和空间复用VLC的实施方案。同年，柏林的研究机构与西门子合作进行了 VLC高速实验技术研究，利用DMT技术及RGB-LED发射机、基于PIN接收机，实现了单信道806Mbps的传输速率我国对可见光通信的研宄比国外起步要晚，很多的研究处于跟踪报道阶段。
可见光关键技术，利用成熟的朗伯光源模型建立了 LED光照模型，通过改进的蒙特卡洛信道模型分析室内多径效应的影响，优化VLC系统参数并仿真分析了光源布局对通信系统性能的影响。中国科学技术大学的徐正元团队提出了使用LED照亮通信盲E的概念，并于2013年启动了 “宽光谱信号無线传输理论与方法研究”国家973项目，该项目的主要目的是在频谱资源日益紧缺的背景下，挖掘更加丰富的光谱资源，以满足国家信息化建设及各行各业人们对高速、大容量通信的需求，并将可见光通信应用到电磁敏感区域等场景。复旦大学的迟楠教授团队领衔的课题组在可见光的基础理论研究比较深刻，主要研宄了可见光的发射部分、接收部分以及调制和均衡技术。迟楠教授团队搭建了国内一流的VLC通信系统，据13年报道迟楠教授团队的可见光通信系统离线最高单向传输速率达到3.7Gbps，这个研究成果站在了世界可见光研究领域的前列。
综上，国外的研究团队对于可见光通信技术的研究起步较早，无论是在基础理论研宄还是相关标准都取得了一定成果、甚至还出现了相关的应用产品。国内对于可见光通信技术的研究起步较晚，最初止步于理论分析、信道建模等。但随着人们对可见光通信的重视，越来越多的科研工作者将研究重点放在了可见光通信领域，迟楠教授团队研制的可见光通信系统达到了世界先进水平。随着人们对可见光通信技术的需求进一步增强，未来的研究重点将很有可能转移到实时通信系统和高速通信系统上来。
此外，由于VLC具有不受电磁干扰的优势，使得VLC技术可以应用在对射频信号敏感的场合，比如电力系统机房、医院、飞机和空间站等。例如在电网调控中心机房的巡检和变电站的巡检中，需要通过无线手持终端实时地回传数据记录或视频。在上述电磁环境复杂的场合，采用WiFi可能会引起很多问题。通过可见光通信技术实现上述复杂电磁环境的巡检过程中数据和视频资料的安全、快捷、快速的回传，并且不会对变电站设备和机房设备造成电磁干扰。
目前，国内外的主流大学、研究所、设备商都开始了 VLC技术的研究与实验，VLC己经日益成为人们关注的热点。但是目前VLC技术也存在比较明显的瓶颈，其中最大的挑战就是目前常用的LED的带宽的限制，从而限制了通信速率。目前照明中广泛使用的焚光粉蓝光LED其响应带宽只有几MHz，在OOK调制下其最大传输速率只能达到10Mbps，这远远无法满足人们对高速无线通信的需求，因此，提升LED带宽，提升VLC系统速率是VLC技术的主要目标。
当下解决LED响应带宽的方法主要有以下几种：首先，研宄者们可以通过在探测器前加蓝光滤光片来提升系统带宽，LED响应带宽可以从3MHz提升到10MHz，蓝光滤光片的作用是滤除白光中响应较慢的黄光分量。通过采用均衡技术可以将LED的带宽进一步的提升到了几十MHZ，均衡的作用是补偿信道失真和器件失真等。通过使用RGB-LED替换代替蓝光LED可以成倍的提升带宽，但是RGB-LED组成的系统较为复杂此外，VLC系统也可以通过釆用MIMO技术、WDM技术、高阶调制技术、OFDM技术进一步提升系统的传输速率。 對比几种提升VLC系统系统通信速率的方法，添加滤光片和均衡技术实现起来较为简单，但是只能有限的提升VLC系统速率。RGB-LED和高阶调制技术在提升系统速率的同时也大大增加了系统实现的复杂度，而且随着调制阶数的升高系统复杂度越来越高，实现越困难。MIMO技术受到器件的限制在VLC系统中应用较少，但是其拥有广阔的前景。MIMO技术可以在有限的带宽下通过采用空间复用技术成倍的提升系统速率。目前可见光中比较通用的高速通信技术是OFDM技术，未来的VLC系统采用MIMO与OFDM相结合的技术将是一个非常好的选择。
参考文献
[1]罗鹏is.短距离无线光通信若干关键技术的研究[D]：北京邮电大学，2013.
[2]白成林，冯敏，罗清龙.光通信中的OFDM北京：电子T：业出版社，2011.
[3]胡国永，陈长缨，陈振强.白光LED照明光源用作室内无线通信研究.光通信技术.2006 （07）：46-48
[4]张浩，陈长缨.可见光通信信道障碍成因分析及解决方案.光通信技术.2012（09）： 57-60
[5]Fan， K.，Komine， T.， Tanaka， Y.，et al. The effect of reflection on indoor visible-light communication system utilizing white LEDs. In： Wireless Personal Multimedia Communications， 2002. The 5th International Symposium on， 2002： 611-615 vol.612
[6]Bouchet， O.，Porcon， P.， Wolf， M_，et al. Visible-light communication system enabling 73 Mb/s data streaming. In： GLOBECOM Workshops （GC Wkshps）， 2010 IEEE. 2010： 1042-1046
[7]Vucic， J.， Kottke， C.， Nerreter， S.，et al. 513 Mbit/s Visible Light Communications Link Based on DMT-Modulation of a White LED. Lightwave Technology. Journal of. 2010， 28 （24）： 3512-3518