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张博,蔡喜平,刘健,等. 基于非视线链路的可见光通信实验研究[J]. 光通信技术,2021,45(12):25-28.

基于非视线链路的可见光通信实验研究

张 博,蔡喜平*,刘 健,李 鑫

(黑龙江大学 物理科学与技术学院,哈尔滨 150080)

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摘要:为了进一步研究非视线链路情况下的可见光通信系统,建立了非视线链路通信空间模型,在此基础上设计基于非视线链路的可见光通信系统收发端并完成通信。实验结果表明:在保证可见光通信过程中接收端只接收到非视线链路传输的信号时,通信系统仍然能正常完成通信,采用非视线通信可以解决因视线链路被遮挡而无法进行通信的问题。

关键词:白光发光二极管;可见光通信;非视线链路;漫反射;通信信道

中图分类号:TN256 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)12-0025-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.12.007

0 引言
      白光发光二极管(LED)将成为未来的主要照明光源。由于LED的高调制速率特性,使得白光LED可以在照明的同时进行通信。白光LED照明光源的广泛安装为基于白光LED的可见光通信提供了极大便利[1]。在白光LED可见光通信中,信号从发射端到达接收端的路径通常分为2种,即视线链路和非视线链路[2-4]。
  针对室内无线光非视线链路通信,人们已经进行了较为广泛的研究,但主要集中于红外波段。例如:CARRUTHERS J B等人[5]采用强度调制/直接检测对非视线链路进行实验,实验结果表明:实际的红外信道可以用光路损耗和均方根延迟扩展来描述;此外,他们还提出并分析了基于红外反射特性的脉冲响应函数模型。JUNGNICKEL V等人[6]提出了一种简单的室内无线红外通信信道分析模型,红外信号被建模为非视线分量和视线分量的组合,实验提出的模型可以应用于不同的场景,为基于红外的室内高速无线光通信提供了有力的参考。DONG Z等人[7]在可见光非视线链路中采用532 nm的激光脉冲进行通信研究,测量不同情况下的脉冲响应和路径损耗。而对于白光可见光通信系统的研究,基本上都集中于视线链路,关于非视线链路通信的研究很少。视线链路指当发射端的白光LED与接收端完全对准,且信号发射端与接收端无障碍物遮挡,即直射情况。视线链路可以提供较大的带宽,同时保持较小的路径损耗,常用于点对点不可移动的通信,通信时要保证发射端与接收端的严格对准,这种情况很容易造成通信信道堵塞,而且一旦视线链路被遮挡,则无法实现通信。采用非视线链路通信是解决视线链路被遮挡而无法进行通信问题的有效途径。非视线链路指在可见光通信系统中不存在视线链路,白光LED发射的光信号经过墙壁、地面或者室内其它物体的表面产生漫反射后到达接收端的情况。非视线链路依赖于墙壁、地面等物体表面的漫反射光线,可以实现对阻塞的强大鲁棒性[7]。因为在非视线链路中不需要接收机与发射机完全对准,相对于视线链路来说更加灵活,通信的覆盖范围也比较广。但是由于非视线通信信号的产生来自于漫反射,所以信号的强度很弱,一般情况下很难观察到。为了获得非视线通信信号,本文建立一个非视线链路的可见光通信实验模型。

5 结束语
      本文在0.6 m×0.4 m×0.4 m的小型空间内搭建了非视线链路的白光可见光通信平台,观察非视线链路信号,并进行通信测试。实验结果表明:在完全遮挡住视线链路的情况下,经过放大电路和波形整形电路对信号进行处理后的通信性能良好,可以通过非视线链路进行白光可见光通信。本文的研究为解决白光可见光通信中视线被遮挡和收发端发生移动时无法通信或通信质量下降的情况提供了一种有效的解决途径;另外,本文在非视线链路通信实验中,任意改变接收机的位置均能正常完成通信,提高了可见光通信系统的灵活性与实用性。但是,目前的实验仅能在小型实验平台下完成非视线通信,下一步研究将进一步加大非视线通信距离,采用更加先进的信号处理技术提高非视线通信系统性能,探索非视线通信的应用。