基于可见光通信（VLC）的无线导览系统

1、项目简介

无线导览系统能为用户方便地提供个性化的高质量服务和资讯，在大型场馆、复杂环境下具有很高的实用价值。随着无线通信技术的发展，先后出现了基于红外通信、射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)、无线局域网、超声波、可见光等不同通信方式的导览系统，其中可见光通信(Visible Light Communication，VLC)技术是一种新型的使用可见光作为信息载体的短距离高速无线通信方式。半导体发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有高速点灭的发光响应特性，将大功率、高亮度的LED光源用作无线光通信链路的可行性已得到验证。和目前较常采用的射频通信技术相比，VLC技术在电磁辐射、发射功率、电源管理等方面具有很大的优势。因此，可同时兼顾照明和通信功能的VLC技术正获得越来越多的关注和应用。

目前的进展情况：本团队利用FPGA开发套件及可见光发射机、接收机搭建一个采用Manchester编解码和OOK调制方式的最简无线导览系统，并以通过测试，验证了系统的可行性。后续需要实现FPGA同多媒体播放器的通信，并在播放器上实现完整的无线导览功能。

2、项目关键技术的论述

关键技术包括可见光识别(Visible Light Identification，VLID)的编码方式、自由空间引入的干扰、亮度调控技术、终端中的电平判决器设计，多媒体播放器的自动导览技术等。

3、技术成熟性和可靠性论述

基于半导体LED可见光的无线通信可分为室外通信和室内通信两大类应用场合,其中室内通信阐释如下。

室内LED可见光无线通信技术主要应用在室内无线宽带接入网中。日本杏林大学的田中和索尼计算机科学研究所的Haruyama等人在2000年提出了利用LED照明灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统。他们以Gfeller和Bapst的室内光传输信道为传输模型，将信道分为直接信道和反射信道两部分，并认为LED光源满足Lambertian照射形式，且以强度调制直接检测(Intensity Modulation-Direct Detection, IM-DD)为光调制形式进行了建模仿真，获得了数据率、误码率以及接收功率等之间的关系，认为当传送数据率在10 Mbps以下的系统是可行的，码间干扰(ISI)和多径效应是影响系统性能的两大因素。2001年，田中等人在原来的基础上分别采用OOK_RZ调制方式与OFDM调制方式对系统进行了仿真，结果表明：当传送数据率在100Mbps以下时这两种调制技术都是可行的，当数据率大于100Mbps时，OFDM调制技术优于OOK-RZ调制技术。

2002年，Tanaka和Komine研究组具体分析了LED可见光无线通信系统中的噪声模型、信道模型、光源属性、室内不同位置的信噪比分布等因素，求出了系统所需的LED单元灯的基本功率要求，并分别以OOK-RZ、OOK-NRZ、m-PPM调制方式进行仿真分析，得到了不同条件下的误码率大小;同年又提出了一套结合电力线载波通信和LED可见光通信的数据传输系统，以SC—BPSK调制方式进行了系统仿真，结果表明：系统在数据率为1 Mbps条件下是可行的。同年，Komine等研究了由墙壁反射引起的多径效应对LED可见光无线系统造成的影响，分别以OOK、2-PPM、4-PPM、8-PPM调制方式进行仿真，结果表明：8-PPM调制方式性能最佳。在数据率小于60 Mbps，接收视场角小于50度的条件下，采用8-PPM调制方式可有效克服墙壁反射引起的多径效应。

2008年西门子开发出在100 Mbit/s带宽下使用可见光传输数据的新技术，采用白光LED产生的可见光进行室内传输达到100 Mbit/s数据传输率，可用于补充现有的无线局域网的实现方法。西门子的研究人员采用数字调制的方案，白光LED作为发射机，图像检波器作为接收机来实现这一传输。出于高端技术的保密要求，该公司并没有提供白光LED，图像检波和调制技术的细节。数据信号在实验室条件下传输超过了一米的距离。不过，因为这项数据传输技术需要在直接可视的前提条件下进行，所以还不能取代现有基于射频的无线局域网技术。但是，考虑到无线通信频带越来越短缺的背景，基于可见光的传输技术对家庭无线网络实现将是一个很好的补充。为了保证通视性可以将双工收发器嵌入到天花板的照明灯上。该项研究与欧盟委员会根据欧盟框架计划7(FP7)共同创办的OMEGA项目一起进行。

2008年美国自然科学基金启动了"智能照明"(Smart Lighting)项目，其后5年间总投资将超过1.85亿美元，涉及美国逾30所院校的研究人员，包括纽约Rensselaer理工学院、波士顿大学、新墨西哥大学及韩国、台湾的部分大学。"智能照明"项目旨在研究新的固态照明技术来实现快速生物成像，新的通信模式，有效的显示技术和安全交通等;通过研制具有独