王怡然

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，移動(dòng)通信成為了人們生活中必不可少的一部分，主要表現(xiàn)為其使用人群的逐漸增多。傳統(tǒng)的移動(dòng)通信技術(shù)穩(wěn)定性不高，甚至在人數(shù)擁擠的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上不能做到正常運(yùn)行。而現(xiàn)階段的可見光技術(shù)以高頻率、容量大、傳輸速度快等優(yōu)勢(shì)影響著人們，同時(shí)也為我們帶來(lái)了很大的便利。可見光通信的關(guān)鍵技術(shù)是指在光纖信息編碼的過(guò)程中，以增加數(shù)據(jù)傳輸功能手段的網(wǎng)絡(luò)接線方式。以可見光通信的發(fā)展現(xiàn)狀為切入點(diǎn)，探討其關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：可見光通信；關(guān)鍵技術(shù)；數(shù)字信號(hào)；網(wǎng)絡(luò)接入

中圖分類號(hào)：TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.009

可見光技術(shù)是近幾年內(nèi)在通信領(lǐng)域得以發(fā)展的一種重要通信手段，它一種通過(guò)客戶端內(nèi)的指令傳輸，完成區(qū)域內(nèi)部的執(zhí)行口令，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸?shù)姆绞脚c途徑?？梢姽馔ㄐ排c我們的生活息息相關(guān)，廣場(chǎng)上的顯示屏、路燈上的照明裝置、寬帶的轉(zhuǎn)換儀器都是它的重要體現(xiàn)。另外，可見光通信可以滿足用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的具體要求，保障移動(dòng)通信的傳遞質(zhì)量。

1 可見光通信的研究目的與現(xiàn)狀

1.1 可見光通信的研究目的

無(wú)線通信系統(tǒng)的傳輸方式有很多種，其中，可見光通信是最為主要的一種。首先，它的傳播途徑為射頻傳播，利用頻段的移動(dòng)規(guī)律進(jìn)行方式核準(zhǔn)與轉(zhuǎn)變。相對(duì)于傳統(tǒng)的通信方式而言，可見光的優(yōu)勢(shì)是非常顯著的，包括：①可見光模式可以提供大量的數(shù)據(jù)寬帶，數(shù)據(jù)寬帶的質(zhì)量非常高，數(shù)量也比較突出。它的使用方式與其他途徑不同，它可以不受任何管理權(quán)限的約束。在傳統(tǒng)的通信技術(shù)中，管理是非常嚴(yán)格的。其所有的程序都要受相應(yīng)體系的控制，在逐步提升維護(hù)成本的前提下才能夠達(dá)到資源合理利用的目的。②可見光通信所搭建的平臺(tái)更加合理，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方式更加安全。該技術(shù)的傳播媒介是可見光，所以它的傳播地點(diǎn)是有限制的，它不能穿過(guò)墻體來(lái)達(dá)到傳播的目的，介質(zhì)會(huì)將這一部分阻隔在外界，在物理阻擋的作用下將干擾性信號(hào)排除。這樣也在一定程度上保證了信息的安全性與可靠性。③可見光通信可以在系統(tǒng)性的網(wǎng)絡(luò)連接通路上進(jìn)行輸送，在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)搭建平臺(tái)上進(jìn)行靈活應(yīng)用。它可以穿過(guò)一些信號(hào)的傳播盲點(diǎn)，在集約化與大數(shù)據(jù)化的系統(tǒng)上工作運(yùn)行。

1.2 可見光通信的研究現(xiàn)狀

可見光通信是在近幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的技術(shù)方式，它在我國(guó)的應(yīng)用還不是非常的廣泛與成熟。以可見光的通信系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)為例，分析它的主要形式與內(nèi)容，如圖1所示。

如圖1所示，我們可以從中看出可見光的主要構(gòu)成部分就是數(shù)字信號(hào)的光電轉(zhuǎn)化器。系統(tǒng)將數(shù)字信號(hào)在激光器上進(jìn)行調(diào)節(jié)，在統(tǒng)一的天線上進(jìn)行合理配置。當(dāng)經(jīng)過(guò)電信調(diào)制器時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)過(guò)濾，在發(fā)生器與轉(zhuǎn)換器雙重作用下將通信信號(hào)轉(zhuǎn)入。作為一項(xiàng)巨大的科技性工程，我國(guó)也將此技術(shù)列入到單獨(dú)的發(fā)展戰(zhàn)略上，在資源調(diào)整與課題開發(fā)的基礎(chǔ)上達(dá)到多用戶接入的目的。但是我國(guó)的多用戶網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)還不是非常完善，所以更要對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用與開發(fā)。

2 可見光通信技術(shù)的簡(jiǎn)要論述

2.1 可見光通信技術(shù)的應(yīng)用原理

可見光的基本原理是通過(guò)LED驅(qū)動(dòng)器將信號(hào)傳輸?shù)酵饨?。但是它較為特殊的一點(diǎn)是，可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，光信號(hào)則能夠?qū)π盘?hào)來(lái)源進(jìn)行檢測(cè)，確定輸送路徑無(wú)誤后在原有調(diào)制方式的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的控制與利用?？梢姽鈧鬏斣诠庠吹霓D(zhuǎn)化系統(tǒng)上將整體分為幾個(gè)部分，分別是發(fā)射、通道與接收部分。信號(hào)在預(yù)制的光源節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行輸出，LED的光源街道則負(fù)責(zé)將傳輸路徑引入。當(dāng)無(wú)線信號(hào)到達(dá)頂端的時(shí)候，再進(jìn)行原有路徑的復(fù)制?？梢姽庑诺腊ㄉ闲墟溌放c下行鏈路。下行鏈路主要是保證在移動(dòng)過(guò)程中控制信號(hào)傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)位置，使集中式的信號(hào)變?yōu)榉稚⑿问絹?lái)源；上行鏈路則與之不同，它是將分散變?yōu)榧械囊环N方式。可見光信道的運(yùn)行結(jié)構(gòu)如圖2所示。

如圖2所示，我們可以從中看出，它的整個(gè)路徑的關(guān)鍵步驟就是對(duì)信源進(jìn)行模擬。在波幅過(guò)濾器中對(duì)信息進(jìn)行編號(hào)、重組，接著，將整體數(shù)據(jù)信號(hào)都傳送到數(shù)字信道當(dāng)中，通過(guò)波形解碼器的重置進(jìn)行無(wú)線通信來(lái)源輸出。

2.2 可見光通信的應(yīng)用領(lǐng)域

可見光通信的技術(shù)性非常強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域也相對(duì)廣泛，包括：①可見光通信可以應(yīng)用在室內(nèi)光源的照明中，作為室內(nèi)的無(wú)線通信調(diào)制端口，將現(xiàn)實(shí)生活中的通信網(wǎng)接入。②可以在交通通信中發(fā)揮一定的作用。在街道照明、應(yīng)急信息管理、光源的移動(dòng)接入端口上進(jìn)行制定。在現(xiàn)階段的智能交通中，我們都使用LED信號(hào)光源，對(duì)汽車燈控進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)交通理念的全自動(dòng)化與信息化。同時(shí)，它還能夠?yàn)槠嚨倪\(yùn)行提供導(dǎo)航定位。③可見光通信以圖像處理為主要方式，將LED的信息調(diào)制到一個(gè)高度，實(shí)現(xiàn)各室內(nèi)終端設(shè)備的連接。例如室內(nèi)燈光、計(jì)算機(jī)、電腦、打印機(jī)等設(shè)備之間可以通過(guò)一條無(wú)線端口進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備之間的串聯(lián)。以智能交通系統(tǒng)為例，探討其在可見光技術(shù)的具體應(yīng)用，如圖3所示。

在圖3中，我們可以看出，應(yīng)用可見光通信可以將車輛的具體信息都以LED具體光源的形式記錄上。這樣在系統(tǒng)的操控平臺(tái)上就可以通過(guò)車牌號(hào)與位置進(jìn)行載體之間的交互與監(jiān)控信息輸送?？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)將集約化的數(shù)據(jù)傳送到基站中心，管理人員通過(guò)對(duì)圖像顯示頻的分析，在車載終端的控制中心上進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)化的網(wǎng)絡(luò)覆蓋效率與綜合性管理。

3 可見光通信關(guān)鍵技術(shù)的研究

3.1 可見光通信技術(shù)的光源

想要了解可見光的通信技術(shù)，對(duì)其光源的探索是必不可少的。我們都知道可見光是通過(guò)LED信號(hào)傳輸?shù)墓庹臻W爍規(guī)律來(lái)完成的，信號(hào)傳輸?shù)奶厥庑跃驮谟谶@種高效的立體系統(tǒng)是不能用肉眼進(jìn)行識(shí)別的。它要完成在發(fā)送端上的明暗調(diào)控，就要利用合理的條碼標(biāo)注。比如，一般的光源傳送將“明”標(biāo)注為“1”，將“暗”標(biāo)注為數(shù)字“0”，它們代表了數(shù)據(jù)流通的具體規(guī)則。其主要步驟如下：①系統(tǒng)會(huì)將標(biāo)注好的數(shù)字編碼加以分類，在光源中以數(shù)字流通的方式達(dá)到光纖信息傳輸?shù)哪康模M(jìn)而完成整個(gè)發(fā)送過(guò)程。②將光源在相應(yīng)的探測(cè)接頭中進(jìn)行過(guò)濾，調(diào)整明暗光源的解碼模式。③通過(guò)在客戶終端上譯出光源所代表的數(shù)值，在室內(nèi)形成高速的室內(nèi)接收端口。其次，在工藝結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)可以對(duì)光源的LED調(diào)節(jié)模式進(jìn)行合理布局。它會(huì)找出光源的任意覆蓋點(diǎn)，利用通信技術(shù)調(diào)節(jié)接收端的頻率與信號(hào)，在紅外接收系統(tǒng)的規(guī)范模式中添加端口指令，通信就會(huì)在高速傳遞的過(guò)程中逐漸穩(wěn)固，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可見光通信光源的關(guān)鍵技術(shù)管理。

3.2 不同路徑引起的ISI

在可見光通信的技術(shù)中，LED燈源的排列方式是非常重要的。為了使通信的技術(shù)性更強(qiáng)，光照的光亮更加明顯，在路徑的接口處通常會(huì)引入多個(gè)數(shù)據(jù)傳播通道，來(lái)達(dá)到合理排列組合的目的。一般情況下，我們會(huì)在增大面積的基礎(chǔ)上在房間的不同角落設(shè)置內(nèi)部光源。當(dāng)不同的光信號(hào)達(dá)到接收機(jī)位置時(shí)，它就會(huì)有不同的機(jī)會(huì)產(chǎn)生ISI，從而使得可見光的速度減慢，使系統(tǒng)的傳播途徑減少，性能降低。ISI是碼間干擾的一種，在很大程度上影響了通信質(zhì)量與速度。

不同路徑的延時(shí)分布結(jié)構(gòu)如圖4所示，顯示出不同的信道中因延時(shí)而改變路徑的情況。我們可以從中看出，當(dāng)通信系統(tǒng)在主節(jié)點(diǎn)中分散開來(lái)的情況下，主節(jié)點(diǎn)會(huì)將各組成部分在不同的路徑處進(jìn)行轉(zhuǎn)化，進(jìn)而達(dá)到減弱ISI的目的。其具體實(shí)施措施主要有以下兩種：①在不同路徑的調(diào)制器中進(jìn)行空間轉(zhuǎn)碼，將信號(hào)在主要節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行分散，以多個(gè)渠道進(jìn)行輸送，這樣就可以在增加運(yùn)輸平臺(tái)的基礎(chǔ)上達(dá)到延時(shí)的目的，以防信號(hào)攔截情況的出現(xiàn)。②我們也可以使用均衡濾波器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)碼。首先利用脈沖的平衡原則將不同路徑的信號(hào)進(jìn)行疊加，信號(hào)波動(dòng)會(huì)在沖脈的阻隔下形成一層保護(hù)界面，我們要令沖脈的長(zhǎng)度小于信號(hào)間隔的距離，這樣系統(tǒng)的寬帶傳輸效率就遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原有的數(shù)值。但是因?yàn)樾诺赖臎_擊概率不同，所以在可見光通信的流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)上也有著很大的差異。在系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算的過(guò)程中，可以開啟平衡器，其性能就是改善信源的編碼性能，使光交傳輸在串行的子載波體上保持速度與穩(wěn)定性的雙重融合。這樣也能在高效數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)頻道上將光信號(hào)源發(fā)射出去，降低ISI系統(tǒng)的干擾。

3.3 接收端硬件與軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

可見光通信系統(tǒng)的接收端部分是非常重要的，其硬件與軟件的設(shè)計(jì)也可以說(shuō)是其中的關(guān)鍵。可見光的接收端是由光電的測(cè)試模塊、信號(hào)傳遞模塊、通信信道流入模塊、信號(hào)波幅的過(guò)濾模塊組成的。各模塊之間如果想要達(dá)到軟件開發(fā)技術(shù)的有效性與可執(zhí)行能力，就要將各模塊進(jìn)行聯(lián)合與約束。可見光通信軟件屬于單片的連接機(jī)體，它有顯示相關(guān)數(shù)據(jù)的功能。信號(hào)可以通過(guò)光檢測(cè)裝置進(jìn)行無(wú)限制性的放大，通過(guò)對(duì)其放大規(guī)律的觀察，使光限號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)。接著，系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)過(guò)濾，在USB的轉(zhuǎn)串口處將產(chǎn)生干擾的通信結(jié)構(gòu)略去，濾波會(huì)隨著系統(tǒng)的整體變化而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的轉(zhuǎn)換。但是，我們不要忘記的是，最終想要達(dá)到的目的是將原有通信路徑還原。當(dāng)信號(hào)解碼模塊以一定的速度向前發(fā)展時(shí)，光電會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)形成自動(dòng)的接收系統(tǒng)，在各階段上以波幅的放電形式進(jìn)行規(guī)劃。

4 結(jié)論

綜上所述，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步也帶動(dòng)了可見光通信的發(fā)展。本文從可見光通信技術(shù)的研究現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)其工作原理與具體的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行探索。首先，建立了可見光通信技術(shù)的基本模型，證明了它是以光源為關(guān)鍵性技術(shù)、以LED通信傳輸為依托的寬帶系統(tǒng)化技術(shù)。其次，從可見光通信干擾性因素作為編碼分析的方式得出分散通信的傳播路徑能夠在一定程度上減緩干擾，達(dá)到大數(shù)據(jù)輸送的目的。所以，可見光通信技術(shù)是對(duì)原有模式的延續(xù)與發(fā)展，為我國(guó)多樣化的網(wǎng)絡(luò)接入方式創(chuàng)造了有利條件。

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〔編輯：王霞〕