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热点剖析:白光LED为何能够催快光通讯发展?

导读: 可见光通信技术是一种新兴的无线光通信技术,随着白光LED的发明和应用,可见光通信技术得到了很好的发展。在照明方面,白光LED因为拥有环保和节能等特点而被认为最终将取代荧光灯、白炽灯等传统照明光源,成为下一代固体照明光源。

  可见光通信技术是一种新兴的无线光通信技术,随着白光LED的发明和应用,可见光通信技术得到了很好的发展。在照明方面,白光LED因为拥有环保和节能等特点而被认为最终将取代荧光灯、白炽灯等传统照明光源,成为下一代固体照明光源。

  在功能方面,白光LED还具有响应时间短和高速调制的特性,这些特性使得白光LED在提供照明的同时,还可以用作通信光源实现无线高速数据接入。而与传统的红外和无线电通信相比,基于白光LED的可见光通信具有发射功率高、无电磁干扰和无需申请频谱资源等优点。因此,白光LED作为照明和通信两用光源具有很大优势,可以实现中短距离的通信。本文利用白光LED的照明和通信功能,实现中短距离的指向通信,为照明LED的应用提供一种新的方法。

  1、LED照明与PWM驱动通信原理

  1.1LED照明通信原理

  LED的本质为PN结,由于PN结具有势垒电势,在外加偏压为零、热平衡的情况下,LED不发光。当LED两端加上正向偏置电压,电子从N区向P区注入,空穴从P区向N区注入,在PN结附近稍偏于P区的地方,处于高能态的电子与空穴相遇复合时会把多余的能量释放并以发光的形式表现出来。

  利用LED此特性可实现照明LED可见光通信这种新型无线光通信技术,其存在协同潜力,具有照明功能和通信功能。LED通信技术是指利用LED器件高速亮灭的发光响应特性发出高速率调制的光载波信号,利用光电转换器件接收光载波信号。无线通信系统多采用光强度调制/直接探测(IM/DD)技术。

  目前,无线光通信普遍采用光强度调制/直接检测(IM/DD)调制方案。LED的光强度调制主要有模拟和数字信号调制。数字脉冲调制采用二进制信号“0”和“1”对光载波进行调制,实现简单。通常把要传输的二进制数据通过编码后,形成一组脉冲码元,再对光源进行强度调制,其主要调制方式有开关键控(OOK),脉冲位置调制(PPM),数字脉冲间隔调制(DPIM)等。其中在OOK调制中,每一比特时间T(单位S)内光脉冲处于开或关的状态,信息“1”表示光发射器输出光脉冲,信息“0”表示无光脉冲输出。相较于其他调制方式,虽然OOK功率效率较低,抗干扰差,但是实现简单,对带宽需求小,且本课题设计的LED照明通信对光传输速率和距离要求不高,故系统采用OOK调制方式。

  1.2PWM驱动通信原理

  PWM调光是常用做LED驱动器的调光方式。PWM调制是指脉冲载波的持续时间随调制波的样值而变的脉冲调制方式,简称脉宽调制。PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方式。PWM调光是使开关电路以相对于人眼识别能力来说足够高的频率工作,通过设置周期和占空比来改变输出电流平均值,其输出电流只有两种状态:最大额定工作电流和零电流。PWM调光可以保证LED的色温恒定,驱动器的效率较高,并且能够精确控制。

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