白光LED通信系統(tǒng)的噪聲和干擾

徐鑫宇 黃旭 張浩

摘要 隨著白光LED照明技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，利用其通信特點所開展的通信技術(shù)，也得到了社會各界的廣泛關(guān)注，為了更好的幫助大家對白光LED通信系統(tǒng)的內(nèi)容進行了解與掌握，本文通過對其噪聲和干擾情況展開分析，希望能為相關(guān)人員起到一些積極的參考作用。

【關(guān)鍵詞】白光LED 通信系統(tǒng) 噪聲 干擾分析探究

根據(jù)通信理論內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，要想降低運行判決過程中的誤碼率，那么不妨從以下這幾個方面進行：首先，要對光功率進行提升;其次，則是要對信噪比進行升高。在具體的工作中，系統(tǒng)本身所產(chǎn)生的可見光發(fā)散角較大，在應(yīng)用上，存在著無害的特點。通過提升其光源的發(fā)射功率，能夠提升系統(tǒng)的可靠性，并且利用白光LED通信技術(shù)中所具備的高速點滅特性，來對其所發(fā)出的光載波信號進行調(diào)制與傳輸，并借助二極管來接收光載波信號，進而構(gòu)建出能夠達到通信、照明兩用的基站燈。

1 白光L印通信系統(tǒng)中存在的發(fā)展問題

1.1 無線頻譜資源拓展問題

由于傳統(tǒng)的無線通信取得了較為不錯的發(fā)展成績，且與廣播、電視、藍牙等技術(shù)實現(xiàn)了共用微波無線頻段技術(shù)，這就導(dǎo)致該頻段的頻譜資源處在一個較為緊張的狀態(tài)，所以對新的無線頻段進行開發(fā)，是一件迫在眉睫的工作內(nèi)容。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在這方面，近些年主要是利用太赫茲通信、毫米波通信來進行解決，但是在白光LED器件的應(yīng)用上，利用更高的光頻率進行無線通信，不僅可以提升傳輸效率，更能夠避開無線授權(quán)波段。

1.2 達到節(jié)能環(huán)保目的

LED器件屬于是一種具有高效性的固體光源，并且當(dāng)前熒光光源的應(yīng)用，更是達到了能耗更低、亮度更大，以及尺寸更小的目的。與此同時，LED光源所發(fā)出的光譜較窄，能夠成為無線通信載波調(diào)制信號，并將綠色照明、節(jié)能通信等優(yōu)點發(fā)揮出來，還有，處在可見光頻段的光波，不會對人體產(chǎn)生傷害，在長時間的運行狀態(tài)下，可以保證用戶的環(huán)保要求，構(gòu)建綠色節(jié)能環(huán)保的通信環(huán)境。

2 白光LED通信噪聲受限系統(tǒng)

白光LED通信系統(tǒng)，所采用的是光強度調(diào)制和直接檢測技術(shù)，在整個應(yīng)用過程中，光信道的傳輸質(zhì)量會背噪聲所影響，相關(guān)人員認(rèn)為，整個工作的理想化狀態(tài)，可以簡單概括為是時變產(chǎn)生噪聲起伏的過程，根據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)內(nèi)容顯示，每個比特主要包含l0⁴-10⁵光子。接收機在工作中，主要借助窄帶濾波器執(zhí)行工作，探測器被強光所照射的時候，系統(tǒng)的每個比特中，大約會出現(xiàn)l0⁷-lO⁸光子的起伏噪聲，整個強光背景構(gòu)成了噪聲的主要來塬。

另一部分噪聲的來源產(chǎn)生于接收機的內(nèi)部。由于白光LED調(diào)制速率難以達到100MHz，所以PIN也會產(chǎn)生一些低頻閃爍噪聲，而PIN管處的噪聲電流，會引入一部分的散粒噪聲，在接收系統(tǒng)中，不妨添加相應(yīng)的濾波器，對那些低頻、閃爍的噪聲進行抑制;光電探測器在不工作的狀態(tài)下，會產(chǎn)生一些負(fù)偏壓的情況，這時的“暗電流”處在毫安化的級別中;而當(dāng)探測器負(fù)載，以及放大器發(fā)熱的時候，也會出現(xiàn)一些熱噪聲，尤其是放大器內(nèi)部的晶體管、電阻也是產(chǎn)生噪聲的電器元件。

3 白光LED通信干擾受限系統(tǒng)

背景光是整個通信系統(tǒng)的主要噪聲源，在噪聲受限的系統(tǒng)中，PIN管中存在的噪聲光，借助光功率，引入一些散粒噪聲，與此同時，還應(yīng)該注意到，放大器裝置中，也會出現(xiàn)一些固有化的噪聲。還有，由于白光LED通信系統(tǒng)所具有的特性，導(dǎo)致其無法在對可見光進行過濾的時候，安裝相應(yīng)的帶阻濾波器，如果整個電路設(shè)計出現(xiàn)不合理的情況時，那么在外界，一些可見光難免會對整個接收系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，系統(tǒng)所發(fā)出的輸出信號，會受到調(diào)制背景光的干擾，影響到系統(tǒng)的正常化運作。

4 白光LED通信系統(tǒng)中基于雙受限的光接收機設(shè)計

4.1 成像式光學(xué)接收系統(tǒng)設(shè)計

成像式的光學(xué)接收系統(tǒng)，其設(shè)計內(nèi)容主要是把握住整個探測器的實際應(yīng)用面積，然后利用結(jié)算結(jié)果，將其分割為數(shù)量較多的獨立化單元，這樣每個小單元，都可以擁有一個接受世界的FOV，執(zhí)行工作時，能夠?qū)崿F(xiàn)對信號的獨立接收。在具體的設(shè)計實施過程中，可以假設(shè)透鏡的焦距大小為f，而小單元的接收視角FOV=arctan（x/f），如果探測器的整體面積為aXa，那么就可以算出整個探測器的最大接收視角為FOVmax=arctanL（2a）^1/2/2f]。當(dāng)探測器被劃分為若干個小單元之后，整個探測器平均的接收視角，也會出現(xiàn)一定程度的減小，背景光的光強也會隨之減弱，整個探測器會有數(shù)量較多的小單元構(gòu)成，這樣能夠進一步降低光電探測器上所出現(xiàn)的等效輸入電容，提升系統(tǒng)的接收靈敏程度。

4.2 高頻低噪聲放大器設(shè)計

當(dāng)白光LED照明信息系統(tǒng)進行工作的時候，信道中背景光噪聲處在一個較強的狀態(tài)下，針對前置的放大器，設(shè)計人員需要按照低噪聲的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行設(shè)計，同時，由于前置放大器所產(chǎn)生的噪聲干擾性較強，所以設(shè)計工作的一項重要指標(biāo)，就是控制等效輸入的噪聲電流密度，要想降低噪聲，那么需要設(shè)計出光電二極管，與其后續(xù)有源器件之間的噪聲匹配電路，這樣就能夠保證噪聲電流具有最小的等效輸入。

4.3 干擾受限系統(tǒng)的干擾抑制措施

在具體的實施工程中，首先，可以借助帶阻電子濾波器，抑制某一特定頻率下的背景光干擾情況，例如日光燈本身所產(chǎn)生的一些工頻干擾問題，都可以進行有效的解決;其次，可以采取副載波調(diào)制，把光信號脈沖，遷移到較高的頻帶上，并利用接收機，采取電路濾波的方法，消除低頻的背景光噪聲;最后，則是要在相關(guān)的電路中，增設(shè)一些電源濾波電容，以及放大器偏置電路濾波電容，能夠取得有效的抑制電源噪聲效果。

5 結(jié)語

總而言之，針對白光LED通信系統(tǒng)的噪聲和干擾問題，相關(guān)工作人員需要結(jié)合整體的設(shè)置情況，運用合理化的技術(shù)手段，從設(shè)計階段開始，直到其運行實踐，都應(yīng)該進行合理化的解決。在光域和光電的發(fā)展內(nèi)容上，提出一些有效的噪聲抑制措施，弱化那些潛在的干擾問題，并綜合該項技術(shù)的優(yōu)點，改善潛在問題，升級相關(guān)的設(shè)計方案，這樣能夠使白光LED通信系統(tǒng)，獲得更加良好的接收性能。

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