杨馥瑞等

摘要： 针对LED照明通信集成芯片的应用，设计了一种包括蓝光LED和GaN PD的双向通信集成芯片。工作时蓝光和紫外光形成两路光通信。集成芯片的小尺寸可使LED照明通信减少一半的灯珠数量以利于缩小系统体积。对集成芯片采用串口通信协议和开关键控（OOK）调制解调装置进行单向、双向通信测试及分析。实验结果显示，集成芯片实现单向照明通信时，紫外通信误码率在10-6以下，在双向通信且蓝光LED电流密度不大于2.8 mA/mm2时，紫外通信误码率在10-3以下。

关键词： LED照明通信； 蓝光LED； GaN PD； 集成芯片

中图分类号： TN 303文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.03.014

Abstract： In this letter， we studied a kind of bidirectional optical communication chip that contains a particular GaN PD and a blue LED. The bidirectional lighting communication consists of blue light and UV light optical communication link. This integrated chip is outstanding with its small size and easy implantation， and can be used in the bidirectional lighting communication to reduce amount of bulls， shrinking system size. We tested and analyzed its performance in one way and bidirectional communication with serial communication protocol and simple modulating method for onoff keying （OOK）. In the guarantee of the integrated chips normal working， the results for the first time display the feasibility of integrated chips into one way lighting communication with bit error rate below 10-6， demonstrating bidirectional communication with bit error rate below 10-3 when injecting blue LED with 2.8 mA/mm2 current density.

Keywords： LED lighting communication； blue LED； GaN PD； integrated chip

引言白光LED具有低功耗、高亮度以及良好的线性度等优点，作为无线光通信的发信端相比传统射频具有突出的优势，光源至今已有RGB组合或蓝光芯片与荧光粉结合等种类[12]。调制技术也由开关键控（OOK）调制向脉冲位置调制（PPM）等发展[3]，复用技术包括波分复用[4]，频分复用[5]，多输入多输出正交频分复用（MIMOOFDM）[6]等，已有不少研究成果。LED光通信速率已由最初的Mbit级别提高到现在的Gbit级别[7]。目前LED照明通信已取得突破性进展，高速通信调制系统研制成功标志着LED照明通信开始向产业化发展。随着光刻等半导体生产技术的不断提高，集成器件的尺寸也越来越小，上述系统必然会被进一步集成。目前，复旦大学采用光波分复用和子载波调制，已实现双向无线光通信，可实现575 Mbit/s的RGB LED上行链路通信和300 Mbit/s 的基于荧光粉LED下行链路通信，通信距离66 cm，误比特率在硬判决前向纠错时限制在3.8×10-3以下[8]，但其损耗大、复杂性高、设备庞大，因此，双向无线双工光通信亟需低功耗且紧凑简易的装置。……