高速可见光通信的前沿研究进展
发布时间：2022-01-14 12:35
本文立足于通信领域近年来备受关注的研究热点——可见光通信,阐述了其研究背景和基础系统架构,围绕材料器件、高速系统、异构网络、水下可见光通信和机器学习等五个前沿研究方向展开了对可见光通信研究进展的探讨,并概述了现阶段高速可见光通信技术面临的若干挑战。最后展望了可见光通信的前景:在未来万物互联的智能时代,可见光通信将以其高速传输的优势成为通信网络中不可缺少的一部分,与其它通信方式合作互补共同造福人类生活。
【文章来源】：光电工程. 2020,47(03)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
TTHnet原理[64]
目前研究学者对可见光通信的研究主要集中于五个方面，分别是材料器件、高速系统、异构组网、水下可见光通信以及机器学习在可见光通信中的应用。其中，材料器件主要包括新型光发射器件与光接收器件；高速系统介绍了可见光通信传输速率的发展情况；异构组网围绕着可见光通信组网展开；水下可见光通信和机器学习，是目前可见光通信领域发展较为迅速和热门的研究方向，也是本文介绍的重点。3.1 材料器件
在可见光通信光接收部分使用的光电探测器一般为PIN和APD。PIN成本低但灵敏度不高，APD灵敏度较高但成本高于PIN，且偏置电路需要高压，还会引入额外的噪声。复旦大学研究了集成PIN平面阵列并首次设计了一种3×3的集成PIN阵列[13]。PIN二极管通过快速热化学气相沉积(RTCVD)技术制成[14]。此集成PIN阵列将PIN阵列、光电检测器和相关电路同时集成到PCB上，集成的PIN阵列的尺寸小于5 cm×5cm，每个PIN的带宽为25 MHz，最终实现了1.2 Gbps的可见光通信，实验证实集成PIN阵列的使用可以提升可见光通信系统的接收性能。在此基础上，文献[15]实现了单输入多输出(SIMO)水下可见光通信系统，传输数据使用16QAM-OFDM调制，接收机采用2×2集成PIN阵列，实现了1.2 m的传输距离和1 Gbps的传输速率。表1总结了上述不同光发射与光探测器件各自的特点。此外，特殊的光电探测器如单光子探测器(single-photon avalanche diode,SPAD)价格昂贵，但由于其具有的超低噪声以及超高探测灵敏度特性，也被研究学者们尝试应用于长距离可见光通信系统中。Wang等[16]使用SPAD作为光电探测器实现了传输距离高达500 m的水下可见光通信仿真实验。Ji等[17]使用10 W LED发射光信号，采用NRZ-OOK调制格式，经过室外1.2 km的传输距离，接收端使用SPAD作为光探测器，最终实现了传输速率为2 Mbps的实时可见光通信系统。文献[18]利用SPAD能够在恶劣环境中探测微弱信号的特点，将其用于车灯通信系统中并通过仿真实验探讨SPAD的性能。3.2 高速系统
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速可见光通信技术的挑战与展望[J]. 迟楠,胡昉辰,周盈君. 中兴通讯技术. 2019(05)
[2]Common-anode LED on a Si substrate for beyond 15 Gbit/s underwater visible light communication[J]. YINGJUN ZHOU,XIN ZHU,FANGCHEN HU,JIANYANG SHI,FUMIN WANG,PENG ZOU,JUNLIN LIU,FENGYI JIANG,NAN CHI. Photonics Research. 2019(09)
[3]LiFi:可见光通信技术发展现状与展望[J]. 迟楠,石蒙,哈依那尔,牛文清. 照明工程学报. 2019(01)
[4]Towards 10 Gb/s orthogonal frequency division multiplexing-based visible light communication using a GaN violet micro-LED[J]. MOHAMED SUFYAN ISLIM,RICARDO X.FERREIRA,XIANGYU HE,ENYUAN XIE,STEFAN VIDEV,SHAUN VIOLA,SCOTT WATSON,NIKOLAOS BAMIEDAKIS,RICHARD V.PENTY,IAN H.WHITE,ANTHONY E.KELLY,ERDAN GU,HARALD HAAS,MARTIN D.DAWSON. Photonics Research. 2017(02)
本文编号：3588518
【文章来源】：光电工程. 2020,47(03)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
TTHnet原理[64]
目前研究学者对可见光通信的研究主要集中于五个方面，分别是材料器件、高速系统、异构组网、水下可见光通信以及机器学习在可见光通信中的应用。其中，材料器件主要包括新型光发射器件与光接收器件；高速系统介绍了可见光通信传输速率的发展情况；异构组网围绕着可见光通信组网展开；水下可见光通信和机器学习，是目前可见光通信领域发展较为迅速和热门的研究方向，也是本文介绍的重点。3.1 材料器件
在可见光通信光接收部分使用的光电探测器一般为PIN和APD。PIN成本低但灵敏度不高，APD灵敏度较高但成本高于PIN，且偏置电路需要高压，还会引入额外的噪声。复旦大学研究了集成PIN平面阵列并首次设计了一种3×3的集成PIN阵列[13]。PIN二极管通过快速热化学气相沉积(RTCVD)技术制成[14]。此集成PIN阵列将PIN阵列、光电检测器和相关电路同时集成到PCB上，集成的PIN阵列的尺寸小于5 cm×5cm，每个PIN的带宽为25 MHz，最终实现了1.2 Gbps的可见光通信，实验证实集成PIN阵列的使用可以提升可见光通信系统的接收性能。在此基础上，文献[15]实现了单输入多输出(SIMO)水下可见光通信系统，传输数据使用16QAM-OFDM调制，接收机采用2×2集成PIN阵列，实现了1.2 m的传输距离和1 Gbps的传输速率。表1总结了上述不同光发射与光探测器件各自的特点。此外，特殊的光电探测器如单光子探测器(single-photon avalanche diode,SPAD)价格昂贵，但由于其具有的超低噪声以及超高探测灵敏度特性，也被研究学者们尝试应用于长距离可见光通信系统中。Wang等[16]使用SPAD作为光电探测器实现了传输距离高达500 m的水下可见光通信仿真实验。Ji等[17]使用10 W LED发射光信号，采用NRZ-OOK调制格式，经过室外1.2 km的传输距离，接收端使用SPAD作为光探测器，最终实现了传输速率为2 Mbps的实时可见光通信系统。文献[18]利用SPAD能够在恶劣环境中探测微弱信号的特点，将其用于车灯通信系统中并通过仿真实验探讨SPAD的性能。3.2 高速系统
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速可见光通信技术的挑战与展望[J]. 迟楠,胡昉辰,周盈君. 中兴通讯技术. 2019(05)
[2]Common-anode LED on a Si substrate for beyond 15 Gbit/s underwater visible light communication[J]. YINGJUN ZHOU,XIN ZHU,FANGCHEN HU,JIANYANG SHI,FUMIN WANG,PENG ZOU,JUNLIN LIU,FENGYI JIANG,NAN CHI. Photonics Research. 2019(09)
[3]LiFi:可见光通信技术发展现状与展望[J]. 迟楠,石蒙,哈依那尔,牛文清. 照明工程学报. 2019(01)
[4]Towards 10 Gb/s orthogonal frequency division multiplexing-based visible light communication using a GaN violet micro-LED[J]. MOHAMED SUFYAN ISLIM,RICARDO X.FERREIRA,XIANGYU HE,ENYUAN XIE,STEFAN VIDEV,SHAUN VIOLA,SCOTT WATSON,NIKOLAOS BAMIEDAKIS,RICHARD V.PENTY,IAN H.WHITE,ANTHONY E.KELLY,ERDAN GU,HARALD HAAS,MARTIN D.DAWSON. Photonics Research. 2017(02)
本文编号：3588518
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