你們都知道，室內可見光通信發展并不理想，那么，要推動這項技術的應用，究竟要厘清哪些關鍵性技術？

　　為了滿足人們快速穩定，安全環保的通信網絡服務要求，解決射頻無線通信網絡存在的頻帶緊張和帶寬限制等問題，通過深入室內可見光通信系統技術的研究和探討，從而有效補充現有射頻無線通信系統方式在無線通信網絡的運用。本文就室內可見光通信系統信道模型分析，室內可見光通信系統調制與解調技術，以及室內可見光通信系統信道編碼技術展開了詳細的分析闡述，旨在進一步與完善室內可見光通信系統關鍵技術在無線通信網絡中的運用。

　　近年來，室內可見光通信技術被越來越廣泛地運用到我們的日常生活當中，室內可見光通信技術可以同時滿足我們在室內對網絡的需求，以及日常的室內照明，比起傳統的通信技術，它的私密性及安全性更高，可以利用的頻帶更寬，能夠免于電磁的干擾；且可以通過無線通信的方式接入，其網絡覆蓋面得到擴展，對空間的復用性也十分良好，這些優勢使得該項技術引起了相關領域研究人員的關注。

　　白光LED 是可見光通信系統所提供的最主要的一種可見光源，它的尺寸比其它類型更小，且電壓、消耗功率和壽命低，通過常溫即可實現對白光LED 的控制，在市場上具有很強的競爭力。

　　但是，室內可見光通信技術目前在我國的發展尚不成熟，致使一些應用上的問題得不到妥善的解決。本文將對室內可見光通信系統的相關問題進行分析，以期推動該項技術在我國的發展。

　　室內可見光通信系統信道模型分析

　　一般來說，可見光源LED 燈把信號從發射端發射出來之后，會依靠接收端來接收信號。該通信系統在發射信號時，先由發射端調制光功率的強度，而后利用LED 進行發射，信號會通過不同的路徑傳輸到接收器上，如直射、反射；最后，接收器會對通過光路傳輸過來的信號進行檢測和恢復。其信號傳輸場景見圖一。

　　在信號從被發射到被接收的這一過程中，會經歷直射以及漫反射的階段(見圖二) ，但漫反射對光信號在室內的發射和接收產生的影響很小，可忽略不計，因此，為了方便計算，只以接收端所接收到的最為主要的兩種光功率來做計算的主要對象，即第一次反射和直射的光信號。光信號在傳輸過程中所受到的來自室內環境的影響可以用相對簡單的線性的基帶傳輸

　　系統來表示，這是根據其傳播的規律得出的結果。在省去對漫反射的計算之后，可以把第一次反射、直射傳輸給接收端的光功率的信號設置為y( t) ，將發送光信號時產生的瞬時功率設為x( t) ，脈沖響應為h( t) ，光信道噪聲為n( t) ，信號卷積以* 表示，且t 的值大于等于0。因為造成光噪聲的要因是背景光，所以在計算時，把獨立的高斯噪聲作為設置值里的光噪聲來進行計算，計算公式、公式簡化過程如圖三所示，最后得出的信號發送循環矩陣見圖四。公式Y=XH+N 中的Y 表示接收到的信號的序列： Y=［y0，y1，…yk－1］T，H 指信道

　　中脈沖沖激的響應： H =［h0，h1，…hk－1］T，N 為噪聲向量： N=［n0，n1，…nk－1］T。循環矩陣中L 與K 分別表示信道的抽頭長度和訓練序列的長度。

　　室內可見光通信系統調制與解調技術

　　帶寬的調制影響著LED 數據傳送的速度，它是LED 調制能力的重要衡量標準。PN 結結電容和有源區的載流子的復合壽命是影響LED 調制帶寬的主要原因，因此，我們在縮減寄生電容、減少載流子的復合壽命之外，還可以使用多芯片型的白光LED 來調制帶寬。除此之外，優化外部的驅動電路也不失為一種提升LED 的調制能力的好方法。

　　在國外，相關領域的研究人員會將一種均衡技術運用在白光LED 的系統當中，從而實現調制帶寬能力的提高。研究人員在信號的發射端和接收端都引用了均衡技術進行相關的實驗，得出的實驗結果證明，均衡技術可以有效提高調制帶寬的數值，并降低誤碼率。而且，在合理的范圍內提高均衡方案的復雜程度，能夠使系統的性能得到更進一步的完善。說到系統調制技術，就不能不提及正交頻分復用調制技術。正交頻分復用調制技術簡稱為OFDM，這種技術能夠使用簡單的方法解決信道的色散問題，是高頻譜效率的一種技術，實用性很強，全面適用于數字域。日本的研究室曾在2001 年提出OFDM 的使用對于傳輸數據率的提高是十分必要的。

　　OFDM 抗多徑的能力非常強，這種技術在將信道中的可用帶寬分成多個子信道之后，借助子信道間擁有正交性的特點，完成頻分復用的過程，或在子載波上對被分配的功率、比特加以利用，從而傳遞信號，進而適應信道中的調節條件，增加碼元周期，降低子載波的傳輸速率。

　　除了正交頻分復用技術，還有多輸入多輸出的技術，簡稱為MIMO。這項技術為了解析出更多的獨立通信信道，對接收端對LED 燈陣列傳輸出的光信號的接收能力會有所要求。雖然兩者都各有長處，但相比起來，OFDM 技術更具優勢。使用多徑傳播的方法雖然有很多好處，但是容易造成ISI( 碼間串擾) 的現象， ISI 會對通信的傳輸速率產生負面影響，這時就有必要利用OFDM 來進行調解。

　　在VLC 中使用OFDM 可以有效減少ISI 帶來的影響。相關領域的研究人員曾設計過多種在VLC 中使用OFDM 的方案，本文取其一來進行說明。首先選定白光LED 的照明陣列、電力線調制器以及OFDM 解調器，而后在發射階段使用OFDM 編碼信源的電信號，與此同時利用直流偏置調制LED 的光源；在信號發射到達接收端時，對接收到的光信號再次進行解調；而后把在發射端插入的導頻信號提出，這種做法可以實現對信道狀態的更新和及時的評估。正如前文提及的，OFDM 會將信號傳輸中串行的一些高速的數據調制到具有正交性的子信道上，把碼速率降低，從而減輕ISI 帶來的影響；此外，把保護間隔放入OFDM 的符號間的做法，能夠更深入地清除殘余的ISI。這種調制手段會使白光LED 的通信系統的冗余部分變多，但同時也可以把誤碼率保持在較低的水平上。

　　室內可見光通信系統信道編碼技術

　　在通信領域里，最為常見、應用最廣泛的編碼技術是分組碼。有一種適合用來傳輸LED 的數字的編碼技術，表示為mBnB，這種技術由暨南大學的趙俊和陳長纓提出。分組碼按照一定單位對原始的信息碼字進行分組，完成后再使用其他單位的碼字來代替表示；比如用每組m 比特的方式來給一組原始的碼字分組，然后用每組n 比特的單位表示此前的碼字，此時

　　分組已經完成，可用ＲZ 碼的格式進行傳輸，或者使用格式BＲZ 碼。值得注意的是，這里的m 和n 不能為負數或0，通常情況下m+1 = n，即m＜n。

　　在編碼中比較常用的是6B8B，5B6B，3B4B 和1B2B 這幾種，1B2B 也稱曼徹斯特碼。這類分組編碼技術不受基線漂移的影響( 因其連0 和連1 的個數少) ，獲得的功率譜的形狀較其他編碼技術而言更好，此外還擁有可靠的字同步方法，以及誤碼監測。研究人員曾經進行過相關的實驗，證明mBnB 的編碼方式可以有效改進光通信的效果和性能。以6B8B 的編碼為例( 編碼實現過程見圖五) ，當此編碼的光信號在0. 5 米到2. 5 米間的通信距離范圍內時，它受到的來自LED 的影響較小，也就是說，LED 的電阻、串口模塊的分頻，以及LED 的數量都不會大幅減緩該系統的數據傳送速度。不過，雖然6B8B 的編碼能夠在一定程度上保證數據的傳送速度，但仍然不是最有效的編碼方式，為了更進一步地提高室內可見光通信技術，研究人員仍在持續努力。

　　光通信市場2018年達到60億美元

　　室內光通信技術具有良好的發展前景，它是一種非常理想的將高速無線接入室內的方案，應用范圍十分廣泛；國際上的權威機構對光通信市場進行統計、預計后，得出此市場將在2018 年達到60 億美元的結果。如果我國的室內光通信技術能夠得到良好的發展，勢必會創造更多的價值。

　　目前，歐美、日本等國家和地區對室內光通信技術的研究正如火如荼地展開，他們為此投入了大量的人、才、物力，取得了不小的成就；與他們相比，我國的研究相對落后。在改善室內可見光通信性能的道路上，我們還面臨著許多挑戰，包括本文所討論的調制調解、編碼技術等，所以理應加強對這些方面的研究，以盡早解決當前室內可見光通信系統中的不足之處，從而實現該技術真正的價值。