光通信的概念早在19世纪70年代就出现了。一位美国的学者,被誉为“电话之父” 的亚历山大·贝尔第一个提出了用光作为媒介的通信方式。但由于当时技术的限制, 并没一种适合作载波的光源,也不能将这种载波进行传输。到了1960年,激光器诞生 了,至此光通信又有了新的突破[6]。但当时的通信领域,主要还是在研究不可见光通 信和光纤通信。直到近年来,半导体LED灯的出现,光通信技术才被各国学者重视起来。
光通信根据场地的不同,分为室外光通信和室内光通信。在1998年,香港大学的 G。 Pang[7]将室外光通信技术应用到交通系统当中。将语音信号经过一定的调制附加到 LED光源上,再通过LED的交通灯,为过往的车辆传输语音信号。在这之后,中川研 究室的研究人员在此基础上,又进行了更深的研究。他们通过分析不同的接收角、信 噪比、误码率等因素,得出了LED交通灯的性能要优于传统的红外交通灯的结论。79126
对于室内光通信技术,最早提出这种技术思想的国家是日本。在2000年,中川研 究室的Tanaka等[6]根据白光LED的特性,提出了将白光LED既作为照明光源,同时又 作为通信的基站,由此将光通信应用在室内。他们通过建模仿真,然后进行了一系列 的数学分析和模拟计算,证明出了白光LED室内光通信的可行性。但是关于整体的室 内布局,还没有很好的方法。
在2001年,Tanaka等[8]再次对室内光通信进行了仿真。他们分别通过开关键控调 制技术和正交频分复用调制技术,并得出结论:当系统的传输速率在100Mbps以下时, 两种调制技术的效果相当;当系统的传输速率在100Mbps以上时,正交频分复用调制 的效果明显优于开关键控调制。在之后的几年里,日本的Tanaka等还对室内光通信系 统中的噪声模型、信噪比分布、各种调制方式等做了深入研究[9],并提出了关于家庭 电力线传送信号波形的线路复用方案。其中提出了一套关于室内无线光通信的布局方 案[10]。论文网
在2003年,日本的工业界与学术界联合,成立了可见光通信联盟。可见光通信联 盟在成立之初,已加盟企业为对象进行了相关的调查。2007年,可见光通信联盟提出 了可见光通信的相关标准。其中包括了照明器具、相关设备等。2008年,可见光通信 联盟与红外数据协会合作,之后于2009年共同提出了可见光通信的物理层标准。在这 个标准中,数据速率为4Mbps,调制方式是倒置4PPM编码和曼彻斯特编码[11],这两 种编码方式都可以防止光强抖动。日本政府很重视这些科学家对先进技术的研究,所 以日本在光通信领域一直走在世界前列。
日本在光通信领域的研究也引起了世界上其他各国的注意。2010年,德国的西门 子公司与弗郎霍夫海因里希赫兹研究所合作[8],他们通过特殊的方式,使LED以非常 高的频率闪烁,从而获得了超过500Mb/s的传输速率。美国电子电器工程师学会也成 立了一个光通信工作小组。该小组于2011年完成了一个短视距可见光通信标准草案。这一标准中对可见光通信中的媒体接入方式、调制编码方式、光亮度调整以及信道划 分等做了详细的介绍[11]。
对于室内光通信这种新兴的技术,我国也逐渐重视起来。但我国对于可见光LED 通信的研究相比于国外起步还是较晚。2006年,暨南大学的陈长缨、胡国永等[12]提出 基于白光LED照明光源的室内无线通信技术,设计了点对点的通信系统,并通过仿真 实现了出来。该通信系统能够在通信距离为20cm以内,传输速率在10MHz的以下, 保证频率调制(FM)信号的正确传输。2008年,该研究组在前期工作的基础上,利用白 光LED阵列光源解决了前期系统通信距离短、无法达到照明要求等问题,实现了实用 照明的室内可见光通信系统,且系统性能得到了很大程度的提高。成功实现4Mb/s带 宽的数字视频信号传输,信号传输距离超过了2。5m[13]。