基于LED的光通信系统的设计与实现论文

　　光通信作为一种绿色环保的新型通信方式，与传统无线通信方式相比可靠性和保密性更好，传输速度也更高，并且受周围电磁环境的影响也更小，得到了人们的广泛认可，在生产生活中的诸多领域得到了广泛的应用。本文设计实现了一种基于LED的光通信系统，利用LED的高速调制特性，实现了较好的通信效果。

　　1 引言

　　二十一世纪以来，随着大数据时代的到来，人们需要传输和接收的数据越来越庞大，这就对通信系统的传输速度等提出了更高的要求，而光通信作为一种新兴的无线通信方式，凭借发射功率高、传输速度快、受电磁干扰影响小以及安全可靠等优良特性，得到了社会广泛的关注。LED作为一种新型点光源，其具有较高的灵敏度和调制性能等优势，因此本文提出了一种基于LED的光通信系统，并对其原理和设计实现进行了阐述。

　　2 可见光通信技术的关键技术

　　2.1 光源技术

　　光源作为可见光通信中信号的发射源，需要具备调制性能好、响应灵敏度高的特点，以满足高频调制的要求，另外由于光信号在大气信道中的传输过程会发生衰减，因此光源还需要就业较高的发射功率，以满足可见接收端对光信号能量的需求。在常用光源中，白光LED凭借自身高灵敏度和高调制特性的`优势，一般多用来作为可见光通信的光源，本文也是基于LED实现的光通信系统。

　　2.2 编解码技术

　　信号的编解码方式对信号传输的质量有着重要的影响，一般来说性能越好的编解码复杂程度越高，难以在实际中得到广泛的应用，如何平衡好性能和实现的复杂程度的关系式编解码方式选择的关键。BCH码作为一种得到广泛应用的二进制纠错码，具有较好的纠正突发和随机错误的能力，因此其在光通信中有着较广泛的应用。

　　3 基于LED的光通信系统的设计与实现

　　本文设计实现了一种基于LED的光通信系统，其通过发射端电路，将待传输信号调制成LED发出的强弱变化的光信号，经大气信道传输至接收端，通过接收端电路的光敏二极管，将强弱变化的光信号重新转化为电信号，之后再通过放大、滤波等一系列处理，最终将传输信号较好地还原出来。

　　3.1 发射端电路的设计

　　基于LED光通信系统的发射端的主要任务是完成电信号向光信号的转化，为了实现这一过程，发射端需要完成信号的放大、信号的调制以及LED的驱动三项任务，相应地发射端电路可以分为前置放大电路、PWM调制电路以及LED驱动电路三大部分，其原理示意图如图1所示。

　　3.1.1 前置放大电路

　　由于传输信号往往强度较低，因此在对信号进行调制之前，通常首先要利用前置放大电路对信号进行放大，并且在信号上增加直流偏置，保证信号强度均大于零，为后期的信号调制做好信号的预处理。

　　3.1.2 PWM调制电路

　　传输信号在前置放大电路中放大和加偏置后，将信号传入PWM调制电路，将信号幅值的大小变化调制为PWM波的占空比变化，从而实现了信号的调制。在对信号进行调制时，需要根据信号的频率特征设置调制频率，为了保证调制效果一般调制频率应尽可能高。

　　3.1.3 LED驱动电路

　　在完成PWM信号的调制后，将PWM信号通过LED驱动电路，利用PWM波对LED通断时间的控制，从而使LED的光照强度发生变化，进行实现了由电信号向光信号的转化。由于LED发出的光在大气中传输时会受到大气粒子吸收、散射、反射效应等的影响，强度会不断衰减，因此为了保证接收端获得足够能量的光信号，需要保证LED具有足够的发射功率，因此LED驱动电路还要保证足够的输出功率。

　　3.2 接收端电路的设计

　　与发射端相对应，基于LED光通信系统的接收端的主要任务是完成光信号向电信号的转化，即以最小的失真和附加噪声将接收到光信号中的信息恢复出来，接收端的信号处理性能直接决定了整个通信系统的性能。接收端的原理示意图如图2所示，根据完成任务不同，接收端电路可以分为光电转换电路、AGC电路、滤波电路三大部分。