白光发光二极管(LED) 问世后，发光功率逐渐进步，其使用范畴逐渐从显现扩展到照明。与传统的照明设备对比，白光LED 具有驱动电压低、功耗低、运用寿命长等长处，是一种绿色环保的照明器材，被视为第四代节能环保型照明设备[1]。由图1 可以看出，LED 在全球照明商场中所占有的比重正逐年递加。据专业人士猜测，跟着白光LED 照明技能的不断展开和完善，到2021 年，LED 将占有以上的全球商用照明灯泡商场份额[2-3]。
因为白光LED 具有很高的响应灵敏度，因而可以被用于进行高速的数据通讯。可见光通讯(VLC) 就是在白光LED 技能上展开起来的新式的无线光通讯技能。
室内可见光通讯体系示意图如图2 所示。在可见光通讯体系中，白光LED 具有通讯与照明的两层功用，因为LED 的调制速率十分高，人眼彻底感受不到其闪烁。可见光通讯体系可使用室内白光LED 照明设备替代无线局域网基站，其通讯速度可达每秒数十兆至数百兆，只需在室内灯火照到的当地，就可以完成长期的高速数据传输；可见光通讯体系具有安全性高的特色，室内的信息不会外走漏到室外；因为不运用无线电波通讯，在对电磁信号敏感的环境中可以自在运用该体系。除此之外，与传统的射频通讯以及红外无线光通讯技能对比，可见光通讯还具有对人体安全、频率资本丰富等长处。
1 可见光通讯的研讨现状
1.1 世界上的有关研讨现状
因为可见光通讯技能具有较好的使用远景，它在将来通讯范畴中占有重要的方位和价值，因而许多研讨组织和电信运营公司加入到无线光通讯的研讨范畴中来，特别是日本、欧洲、美国等国家在可见光通讯的范畴现已投入了很多的人力、物力以及财力。
可见光通讯的研讨最早在日本展开。早在2000 年，中川研讨室的等人就对依据白光的可见光通讯信道进行了开始的数学剖析和仿真核算，剖析了白光作为室内照明和通讯光源的可能性[4]。2002 年，中川研讨室的研讨人员又对可见光通讯体系展开了详细的剖析，包含光源属性、信道模型、噪声模型、室内不一样方位的信噪比散布等[5]。2003 年，在中川正雄的倡导下，日本可见光通讯联合体树立，并招引了一大批研讨单位及公司参加，包含NEC、Sony、Toshiba、等。VLCC 关于可见光通讯的研讨规模对比广大，依据详细的使用场景可分为室内移动通讯、可见光定位、可见光无线局域网接入、交通讯号灯通讯、水下可见光通讯等。
在可将光通讯研讨范畴现已获得了很大的成果，例如Samsung 公司展出过作业间隔为1 m 的双向可见光通讯体系；中川研讨室还开发了依据可见光通讯的超市定位及导航体系，而且是面向商业化的产品。
欧洲的OMEGA 计划也对可见光通讯展开了深入的研讨。OMEGA 计划由欧洲的20 多家大学科研单位和公司构成，它的方针是展开出一种全新的可以供给宽带和高速效劳的室内接入网路。OMEGA 计划计划把可见光通讯技能列为重要的高速接入技能之一，而且现已获得了丰硕的研讨成果。2009年，牛津大学的’Brien 等人使用均衡技能完成了100 Mbit/s 的通讯速率[8]；2010年，他们又使用多输入多输出和正交频分复用技能(OFDM)技能，完成了220 Mbit/s 的传输速率[9]。2010年在OMEGA 计划的年会上展出的室内可将光通讯演示体系的通讯速率达到了100 Mbit/s，该体系使用房间天花板上的16 个白光LED 通讯，完成了4 路高清视频的实时播送。在2010年1 月，德国Heinrich Hertz 试验室的科研人员发明了可见光通讯速率的世界纪录，他们使用一般商用的荧光白光LED 树立的可见光通讯体系达到了513 Mbit/s 的通讯速率，而且他们经过剖析认为该体系的通讯速率还有进步的空间，可达到乃至1 000 Mbit/s [10]。2011 年，试验室的科研人员又使用色光三原色(RGB)型白光LED 以及密集波分复用(WDM) 技能完成了的通讯速率[11]。
除了日本和欧洲的科研单位，美国的UC-Light[12]也是进行可见光通讯研讨的重要组织。UC-Light 依托于加州大学的4 所分校和1 个美国国家试验室，其研讨人员的研讨布景触及建筑学、无线通讯、网络、照明、光学、器材等范畴。UC-Light 树立的意图是开发一种依据LED 照明的高速通讯和定位体系。
1.2 中国的研讨现状
中国的可见光通讯研讨起步相对较晚，与世界对比依然落后许多，尚没有对比成熟的商用化的可见光通讯体系。近年来，在国家大力支持的布景下，中国的可见光通讯研讨也逐渐获得了必定的前进，在可见光通讯理论、体系规划和核算机仿真、试验演示体系规划制作等方面获得了一些成果。
北京大学在2006 年首次提出了依据广角镜头的超宽视角可见光信号接纳计划，并进行了一系列的理论和试验作业。此外，在LED 的调制驱动、LED 阵列的规划优化以及高灵敏度接纳等方面进行了必定的研讨，并在可见光通讯与无源光网络(PON)的交融接入中的物理层、链路层和传输层等方面展开了探究研讨。在年的Intel 杯大学生嵌入式体系大赛中，北京大学的参赛作品（依据白光的照明及综合信息发布体系）完成了5 个频道的播送，在6 m 的作业间隔下完成了3 Mbit/s 的通讯速率，该体系在大赛中荣获二等奖。
1.3 可见光通讯的规范化作业
因为可见光通讯有着宽广的远景，IEEE 在2003 年开始并最终于年发布了可见光通讯的规范。这是VLC 的第一个规范，包含了3 个物理层类型，分别对应于低中高速数据传输。可是，因为短少LED 照明部分的参加，并没有给出可见光通讯最终的规范。
在日本，VLCC 也为可见光通讯的规范化进行了许多年的尽力。近年来，世界红外数据协会(IrDA) 和在可见光通讯的规范化作业中展开了一系列的协作。2009 年它们在IrDA 规范的基础上发布了第一个可见光通讯规范，在这个规范下，现有的IrDA 光学模块可以在经过改造后被用于可见光通讯的数据传输。
2 可见光通讯的使用范畴
可见光通讯因为具有众多的长处，因而在许多范畴具有无穷的使用远景。
（1）照明与通讯
白光LED 可以一起被用于照明与通讯，因而信息可以在室内环境下进行播送[14]，并一起满意照明的需要。此外，可见光通讯还可以完成手持终端之间的点对点通讯，因为发散角较小，因而可以有效地下降传输损耗，完成高速通讯。
（2）视觉信号与数据传输
信号灯在帆海和地面交通等范畴有着十分广泛的使用，它经过色彩的改变来给大家供给信号，而将数据通讯与信号灯相结合则可以为交通管理供给非常好的安全性和可靠性。当前，依据可见光通讯的信号灯已有若干演示体系，如将数据由交通灯传递给轿车[15]，或将数据在轿车与轿车之间传递等。
（3）显现与数据通讯
阵列常常被用于信息显现，如广告牌、信息板等。若将相应的信息调制到这些LED 阵列上，则可快捷地将数据传递给用户手持终端[16]。
这种显现与通讯相结合的体系在机场、博物馆等场所有着无穷的使用远景。
（4）室内定位
传统的卫星定位办法很难完成室内移动用户的精确定位，而可见光通讯则可以将用户的方位信息经过照明设备来进行传递，然后完成精准的室内定位。当前，依据可见光通讯的诸多室内定位计划现已被提出[17]，日本的VLCC 则现已完成了依据超市环境下的室内定位试验。
3 可见光通讯的研讨趋势
尽管可见光通讯具有无穷的使用远景，但在实用过程中还有许多关键疑问需要处置。当前约束可见光通讯展开的主要因素有：受限的调制带宽、LED 器材的非线性效应、可见光通讯室内信道的多径效应等等。因而，为了完成可见光通讯高速的数据传输，以下几个方面现已变成了可见光通讯的研讨趋势。
(1)高调制带宽的LED 光源
当前商用白光LED 的调制带宽有限，只有约3~50 MHz。这是因为白光LED 规划的初衷是用于照明，而并非用于通讯，其结电容很大，约束了调制带宽。因而，在确保大功率输出的前提下，开宣布具有更高调制带宽的LED 光源，将极大地推进可见光通讯的展开。
(2)LED的大电流驱动和非线性效应抵偿技能
在可见光通讯体系中，LED 的作业电流较大，需要进行大电流驱动，而LED 的非线性效应则会使可见光信号发生畸变。因而在实践运用中需要合理地操控偏置电压、信号动态规模、信号带宽等参数，而且依据的非线性传输曲线的特征有意识地对调制信号进行预畸变处置等等，以进步调制功率，进步传输容量。
(3)光源的规划优化
在可见光通讯体系中，白光光源需要一起完成室内照明和通讯的两层功用，而单个LED 的发光强度对比小，因而在实践体系中光源应选用多个LED 构成的阵列。LED 阵列的规划是影响可见光通讯体系功用的重要因素之一。一方面，为了满意室内照明的需要，首先要思考室内照明度的散布；另一方面，为了确保通讯的功用，还需要思考室内信噪比的散布，避免盲区和暗影的呈现。一般来说，LED 的数目越大，室内的照明度越高，体系接受到的光信号的功率也越大，但由不一样途径构成的符号间搅扰也越严峻。因而，在对可见光通讯体系的研讨中，应对LED 阵列进行合理的规划。
此外，关于不一样的室内环境，如何迅速地树立光功率与信噪比散布模型，完成疾速的智能规划也是可见光通讯研讨中需处置的关键疑问。
(4)光学MIMO 技能
与射频体系类似，经过选用多个发射和接纳单元的并行传输可以进步可见光通讯的功用。此外需要指出的是，一个典型的室内照明计划需要选用白光LED 阵列来满意必定的照明度，这恰好使MIMO 技能更具有招引力。
(5)光学OFDM 技能
为了在有限带宽的条件下完成高速传输速率，OFDM 变成了一个极具招引力的高频谱功率的调制技能。OFDM 技能为信道色散供给了一个简略的处置办法，而且可以彻底在数字域施行，它将信道的可用带宽划分为许多个子信道，使用子信道间的正交性完成频分复用，并可以在子载波上经过对比特和功率的分配来完成信号传输对信道条件的调理习惯。因为下降了子载波的传输速率，延长了码元周期，因而具有优秀的抗多径效应功用；此外OFDM 还可以使不一样用户占用互不堆叠的子载波集，然后完成下行链路的多用户传输。
(6)高灵敏度的广角接纳技能
室内光通讯体系大多数作业在直射光条件下，当室内有人走动或许在直射通道上有障碍物时，将会在接纳机处构成暗影效应，影响通讯功用，乃至呈现通讯盲区，使通讯无法持续。而选用大视场的广角光学接纳体系可以处置这一疑问，其大视场角的特功可以确保一起接纳直射和散射光信号，这样就避免了“暗影”和“盲区”表象的发生。一起，室内光通讯体系选用MIMO 技能需要接纳机可以接纳到发端LED 光源阵列宣布的光信号，以解析出多个独立的通讯信道。这也需要接纳光学体系具有大视场特性。
(7)消除码间搅扰的技能
在室内可见光通讯体系中，光源一般由多个发光LED 阵列构成，别的为了达到较好的照明和通讯作用，避免“暗影”影响，一个房间一般要安装多个LED 光源。因为LED 单元散布方位的不一样以及墙面的反射、折射及散射，不可避免的发生码间搅扰，极大下降了体系的功用。自习惯均衡技能以及前面提到的OFDM 技能现已在高速无线通讯中得到了广泛的使用。在可见光通讯体系中，也可以选用这些方式下降符号间搅扰。当前，使用于可见光通讯的均衡和OFDM 技能的研讨现已变成可见光通讯研讨中的热门。
可见光通讯与现有网络的交融接入技能当前，全球现已展开了光纤到户的作业，并获得很大的进展。光纤到户后，可为单用户供给300 Mbit/s 的下行带宽，在此网络带宽下，当前的微波无线低频段播送掩盖的频谱资本不行，无法满意如此高的带宽需要，因而，在最终10 m 间隔内的高速接入将变成宽带通讯的瓶颈。可见光波段位于380~780 nm，属于新频谱资本。室内可见光通讯因为具有诸多长处，现已变成了抱负的短间隔高速无线接入计划之一。将可见光通讯体系与光纤到户体系交融，例如，可以经过“ 光电— 电光”的变换将信息调制到LED 光源发射到用户终端，完成高速率、高保密性的无线光接入。此外，可见光通讯可与电力线通讯(PLC) 技能相交融，使用现有的电力线设备传输信号并驱动LED 光源，将会大幅度下降成本，因而，这种技能交融在将来也将会变成可见光通讯的研讨趋势。
4 结束语
可见光通讯可以一起完成照明与通讯的功用，具有传输数据率高，保密性强，无电磁搅扰，无需频谱认证等长处，是抱负的室内高速无线接入计划之一。可见光通讯在全球现已变成了研讨的热门，特别是日本、欧洲和美国对可见光通讯的研讨投入了很多的人力和物力，并获得了必定的进展。在可见光通讯的研讨中，高调制带宽的LED 光源、LED 的大电流驱动和非线性效应抵偿技能、光源的规划优化、光学MIMO 与技能、高灵敏度的广角接纳技能、消除码间搅扰的技能以及可见光通讯与现有网络的交融接入技能等现已变成了研讨趋势。可见光通讯在将来的通讯范畴中将会占有重要的方位，并将大大地推进信息化社会的展开。
