白光强光探照灯的通信网络技术原理

 在可见光通信系统中，白光强光探照灯具有通信与照明的双重作用，白光强光探照灯的亮度很高，且调制速率非常高，人的眼睛完全感觉不到光的闪烁。由于实现简单，VLC系统大多设计成光强度调制/直接探测(IM/DD)系统，采用曼彻斯特编码和OOK(on-off-keying)调制方式。在IM/DD系统中，由于存在多个光源，每个接收机都会接收到来自不同方向的光信号，因而不会因为某条光路径被遮挡而导致通信中断，保证了通信的可靠性。

室内无线光通信的基本链路方式可以有很多种。由于室内的白光强光探照灯一般固定在天花板上，因此，以此为信号光源的室内无线通信链路有两种形式：直射式视距链接和漫射链接。

在直射式视距链路中，接收机直接指向白光强光探照灯光源。这种光链路的优点是：信号光源功率利用率高、容易实现高速数据连接，然而该链路要求光信号收发端始终对准，容易因链路上存在的障碍物而阻断。漫射链路设计中接收机视角一般较大，降低了对指向的要求，系统不易受阴影效应影响，但链路中存在的多径效应会限制信号传输速率，因此，在实际应用中应该综合两种链路的优缺点设计灵活运用。

强光探照灯白光光束会导致调制带宽受限，不利于数据的有效、高效传输。所以要实现高速数据传输，必须深入探索频带利用率高、抗干扰性能好的调制复用技术。新型正交频分复用技术(OFDM)是一种较合适的高效率调制复用方式。室内强光探照灯可见光通信系统中，强光探照灯光源通常是由多个发光强光探照灯阵列组成，具有较大的表面积、较大的发射功率和宽广的辐射角。为了达到较好的照明和通信效果、防止“阴影”影响，一个房间通常会安装多个强光探照灯光源。

由于强光探照灯单元灯分布位置不同及大气信道中存在的粒子散射导致了不同的传输延迟，加上光的色散，已调光脉冲会在时间上延伸，每个符号的脉冲将加宽延伸到相邻符号的时间间隔内，不可避免地会产生码间干扰(ISI),极大地降低了系统的性能，甚至导致不能正常通信。通常运用部分响应技术、均衡滤波器可以消除码间干扰。对光无线通信系统来讲，多径传播是引入码间干扰的主要原因，许多技术人员认为依靠OFDM能有效地降低码间干扰。

在室内强光探照灯可见光无线通信系统中，当接收机从一个基站(房间)移动到另一个基站(房间)时，需要接收机能够自动切换。切换操作既要能识别一个新基站又要将信令信号分派到新基站的信道上。因此，我们在设计一个室内强光探照灯可见光通信系统时，必须制定一个启动切换的最恰当的信号强度和切换时间，以避免不必要的切换。因此，基站在准备切换之前必须先对信号监视一段时间才能进行信号能量的检测，此项工作可以由接收机辅助切换来完成。

白光强光探照灯可见光通信系统的信号传输信道是随机信道，强光探照灯可见光的波长与室内大气中的尘灰气体分子的尺寸相近甚至更小，很容易产生光的散射及吸收，从而造成信号的严重衰减。不同位置的强光探照灯灯光及日光等背景光也会对系统的性能产生一定的影响。因此，要保证在随机信道下的正常工作，还必须对强光探照灯可见光传输信道作更深入的研究，建立适合强光探照灯可见光信号传输的模型。

强光探照灯光源发出可见光，由于发散角较大，对人眼睛基本无害，发射端可以具有较大的发射功率，系统的可靠性将大大提高。系统的接收部分主要由光电检测器(PD)和相应号处理单元组成，室内的光信号被光电检测器转换为电信号，然后对电信号进行放大和处理，恢复成与发端一样的信号。该系统的上行链路与下行链路的组成除了使用的光源不同外，其他与传统的光通信原理基本一样。