王海玉 王国盛

【摘要】 可见光通信以制造成本低、无线频谱宽而受到人们的关注。采用自适应OFDM技术能减少多路径传输的时延和衰落，灵活配置调制模式，提高可见光通信的系统性能。

【关键字】 可见光通信 自适应 OFDM调制 系统性能

一、引言

光通信技术最早称为自由空间光互联，而光纤通信称为光波导技术。现在，全光网络正在研发过程中。可见光通信采用发光二极管LED而不是激光当作光源，采用强度调制/直接（IM/DD）检验技术，现在的调制带宽在500M以上。LED频谱与405THz的带宽相同，而无线通信的频谱则受到限制，属于通信的低通响应。LED光载波信号与自然光不同，是调制的通信信号。射频通信产生电磁波干扰，因此可见光通信是高速、廉价、没有电磁波干扰的有前途的未来通信技术。然而，LED的输入范围有限，而且有非线性效应，可见光的信道传递是多径特征。因此，2005 年，西班牙的研究人员Gonzalez等在可见光通信中，应用自适应OFDM 技术，减小存在码间干扰导致的多径衰落。OFDM技术频谱效率高，把速率高的信号分解成多个低速率的并行子数据信号，在互为正交的子信道系统上传递。自适应技术是数据信号在不同子载波传输时，由于载波的频率响应特性不同，可选择特定的编码实现调制。因此，可见光通信系统能适应子载波的变化，满足用户的不同通信需求，提高系统数据通信性能。

二、可见光通信的OFDM技术

可见光通信系统能进行参数配置，包括子载波数、子载波间隔，FFT大小等。应用自适应技术，根据信道状况和用户的数据通信需求，配置传输参数，有编码和调制方式、映射方式、功率配置、带宽分配方式等，提高系统容量和数据传输性能。自适应技术可用在信道容量的可变性和误码率较高的衰落载波的识别上。编码方式可采用格雷码。

在可见光通信系统的自适应OFDM调制解调过程中，首先是发送方高速编码脉冲串并转换，根据信道响应状况，OFDM技术将并行的不同比特信号调制到正交子载波上构成一个符号，并且分配功率实现低速传递。然后，接收端对正交的子数据信号进行解调，采用信道估计方法校正，复原成原高速脉冲信号。子载波间的正交性导致频谱复用，提高系统的数据传输率。LED光源在OFDM技术对信号幅度的变化调制为载波，实现强度调制。OFDM技术具有抗多径干扰能力，原因是高速脉冲调制为多路低速信号，脉冲宽度展宽，能更清晰鉴别信号，提高了每路子载波对抗频率选择性衰落和多径时延的能力。可见光的OFDM调制一般采用FFT和逆FFT技术，将数据变到时域上，显著降低大量的浮点运算。因此在实际系统中，载波信号采用实数形式计算和传输。

OFDM的一个符号是多个子载波信号的合成，在符号间设置保护间隔，可防止符号间干扰和信号串扰。子载波调制方式有QPSK、16QAM和64QAM等，将数字脉冲转换成子载波，可分别采用码速1/2、3/4、2/3的卷积码进行差错控制。根据瞬时特性在每个符号周期，分配给子载波不同的信息比特和功率。将数字信号转换成子载波的幅度和相位映射。映射方式是，在情况较差信号衰减较大的信道，分配的子载波应用低阶映射方式；而条件较好衰减小的信道对应的子载波应用高阶映射，能提高数据传输率。信道估计和检测信息称为导频，在数据信号OFMD符号中间。

自适应OFDM可见光系统权衡数据传输效率和系统误码率BER，关键技术正在研发和试制阶段。自适应技术用计算机软件实现，有Hughes-Hartogs 、Chow 和Fischer-Huber 算法等。算法有三个提高方向，包括比特误码率、传输速率和发射功率，算法性能由搜索和排序次数，收敛速度决定。

三、自适应OFDM技术的性能

OFDM不同的调制模式对应不同的系统误码率，因此分析多载波OFDM技术和自适应技术的组合，能提高可见光通信系统的灵活性和性能。根据参考文献1，自适应模式符号的数据量136b，比QPSK模式多40b，尽管比64QPSK调制模式少152b，但是64QPSK的误码率不符合应用系统要求。可见光通信的自适应OFDM系统的性能包括LED性能和门限电压、直流偏置压强、编码方式、噪声功率、抗噪声性能、非线性影响所致信噪比。调制性能包括：调制方式、调制阶数。为方式LED电压超过门限值，因此要对OFDM信号进行限制幅度。噪声包括热噪声和散弹噪声，以及系统限幅噪声。

总结：可见光通信是光通信的新技术，可采用点到点、广播和星型拓扑结构。广播方式的应用中，LED广告牌作为主节点，而多个手机可作为从节点，是最常见的可见光通信方式。星型拓扑结构的中央节点能转发信息，与广播方式的主节点不同。OFDM技术组合自适应方法，能在子载波的实际传输状况下，对信道选择不同的调制方式，分配发送功率。因此，自适应算法的应用能提高可见光通信系统的综合性能。在PC机之间采用可见光通信，能实现TCP/IP协议。可见光技术的实用应解决的问题有： LED的频率响应、降低OFDM的高峰均功率比等。

参 考 文 献

[1]黄继鹏，李欣，栾泊等. OFDM系统中自适应调制结构设计与性能分析.国外电子测量技术.2010（11）：31～34.

[2]曾福来，刘洛琨，朱义君等.APSK 调制在基于自适应OFDM 的可见光通信系统中的应用研究.信息工程大学学报.2014（6）：293～298.