[发明专利]基于无载波幅相调制的可见光通信多址接入方法与系统

说明书

技术领域

本发明属于可见光通信技术领域，具体涉及一种可见光通信多址接入方法与系统 。 

背景技术

“智慧家庭”的兴起，计算机、智能设备和智能家居的迅速普及，使移动数字终端和通讯媒介的范畴发生革命性的变化，给传统接入网技术带来了巨大的考验。当今世界正在演绎一场“Anywhere, anytime”接入方式的深刻变革，社会也在呼唤一种拓宽频谱资源、绿色节能、可移动的接入方式，可见光通信(Visible Light Communication)应运而生，被《时代周刊》评为2011年全球50大科技发明之一。 

可见光通信是利用发光二极管（LED）发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，它可以使LED灯在照明的同时进行高速通信。相比于RF、红外等备选方案而言，可见光通信是一种理想的无线局域网通信技术。目前室内白光LED灯的功率之和可以高达十瓦以上，具有体积小，寿命长（可达十万小时以上，约为日光灯5倍），发光效率高（可达249流明/瓦，约为日光灯4倍）等优点，为其高速通信打下了良好的基础。可见光通信兼具照明、通信和控制功能——具有能耗低、购置设备少等优势；无电磁污染——适用于飞机、医院、工业控制等射频敏感领域；绿色环保、方便快捷——无须无线电频率许可，便携性强，便于维护，适合在智能家居、智能交通等领域应用；具有更大的带宽潜力——未来能够达到每秒几百兆甚至更高的接入速度；适合信息安全领域应用——只要有可见光不能透过的障碍物阻挡，半导体照明信息网内的信息就不会外泄。作为新型的绿色通信方式，可见光通信将会成为下一代宽带无线接入网的关键技术。 

可见光通信的历史虽不久远，但已引起各国重视。随着白光LED技术的发展，单只LED的功率可高达数瓦，基于白光LED的固体照明和可见光通信技术相继被提出。可见光通信的技术发展现状可以从三个方面来说明：首先是通信速率，柏林的研究机构Heinrich Hertz Institute与Siemens利用RC-LED（Resonant-cavity LED）进行高频VLC技术研究，在近期的实验室测试结果已可达到800Mbps。其次是通信距离。由于可见光通信一般用于局域网，所以通信距离一般从几米到数十米，但是也有长距离通信的研究，一般用于交通信号灯和车辆之间的通信或灯塔等系统。这一记录由日本海岸警卫队于2008年10月创造，通信距离达2Km，通信速率为1024bits/s。最后是可见光网络。欧盟在2008年1月至2010年12月展开OMEGA项目，目的在于发展1GB以上的超高速家庭接入网研究。VLC无线通信技术是OMEGA项目针对家庭连网技术的焦点之一。搭建的测试网络理论速度为1.25Gbps，最高传输速度为300Mbps，影音传输实际速度达100Mbps，平均速度达73Mbps。 

相对于日本以及欧美，我国可见光通信领域的研究起步较晚，主要研究机构有复旦大学、西安理工大学、浙江大学、暨南大学等，目前也取得了一定的研究成果。2007年5月，暨南大学设计的VLC系统在白光LED和PIN光电二极管距离为5cm时，可达到5Mbit/s的传输速率；2008年4月，长春理工大学利用OFDM调制方式，在50cm短距离传输中达到1Mbit/s的速率。2012年，复旦大学实现了上行225Mbps，下行575Mbps的全双工可见光通信系统，达到国内研究的最高速率。 

多址接入技术能够高效的支持多用户同时通信，其关键技术在于如何提高系统容量、频谱和信道利用效率，并且不过度增加系统复杂度，从而降低系统建设和维护成本。一般来讲有三种不同的接入手段，当以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入时，称为频分多址方式（FDMA）；当以传输信号存在的时间不同来区分信道建立多址接入时，称为时分多址方式（TDMA）；当以传输信号的码型不同来区分信道建立多址接入时，称为码分多址方式（CDMA）。可见光通信系统属于光通信范畴，高带宽是其显著的特性，因而频分多址方式在可见光通信中具有很大的优势。整个传输带宽可以划分成多个子频带分配给不同的用户，从而达到带宽资源灵活的在不同终端用户之间共享，避免了不同用户间的多址干扰，该方法简单灵活，能够实现资源的优势配置。目前比较常见的方案是对可用频带进行划分，然后选用不同的频率作为载波，不同子载波可以根据需要进行多阶信号调制，调制的方式有正交幅度调制（QAM）和正交频分复用调制（OFDM）。 

经研究发现，上述可见光多址接入技术至少存在如下缺点： 

1、正交幅度调制和正交频分复用方案，需要使用电域的上变换，这就涉及到多个混频器和射频（RF）信源，增加了系统的复杂度。