很多朋友对水下可见光通信，可见光通信还不了解，今天小绿就为大家解答一下。
可见光通信概述可见光通信技术(VLC)是指以可见光波段的光为信息载体，不需要光纤等电缆通道的传输介质，直接在空气中传输光信号的通信方式。
可见光通信技术绿色低碳，可以实现近乎零能耗的通信，还可以有效避免无线电通信中电磁信号泄露的弱点，快速构建抗干扰、防截获的安全信息空间。
未来，可见光通信还将与WiFi、蜂窝网络(3G、4G，甚至5G)等通信技术进行交互，带来物联网、智慧城市(家庭)、航空、导航、地铁、高铁、室内导航、地下运营等领域的创新应用和价值体验。
可见光通信的关键技术1。高性能编码和调制技术
信源采用什么样的编码和调制方式将直接决定通信系统的通信性能。由于实现简单，大多数VLC系统被设计为光强调制/直接检测(IM/DD)系统，采用曼彻斯特编码和OOK调制。二进制OOK码通过光链路一次只能发送一位，所以传输慢；曼彻斯特编码虽然可以降低系统的误码率，但是需要很宽的频带。然而，基于蓝光激发磷光体产生“白光”的现有LED的可用调制带宽非常有限，因此必须探索新的编码和调制方法。
正交频分技术(OFDM)具有频谱效率高、带宽可扩展性强、抗多径衰落、频谱资源分配灵活等优点，在VLC得到了广泛的研究。OFDM已被证明在抑制高速通信中的符号间干扰(ISI)方面是有效的。
这项技术的优点是：
(1)串并转换后，数据同时传输，增加了时域的符号持续时间，可以降低信道时域色散引起的ISI，通过插入循环前缀进一步消除信道ISI；
(2)频谱利用率高；
(3)随着DSP技术的发展，快速傅立叶变换和逆快速傅立叶变换很容易实现；
(4)可以根据上下行不同的数据量和通信质量要求进行自适应调制；结合方便多址技术等。其主要挑战在于如何有效地将信息加载到OFDM载波上，以及如何补偿LED的非线性。
2.ISI消除技术。
在室内LED可见光通信系统中，LED光源通常由多个发光LED阵列组成，表面积大，发射功率大，辐射角度广，光线分布在整个房间。另一方面，为了达到更好的照明和通信效果，防止“阴影”的影响，一个房间通常配备多个LED光源。由于LED单元灯的分布位置不同，以及大气信道中的粒子散射，导致传输延迟不同。再加上光的色散，调制后的光脉冲会在时间上延伸，每个符号的脉冲会展宽并延伸到相邻符号的时间间隔，不可避免地会产生符号间干扰，使系统的性能大大降低，甚至导致通信异常。
因此，如何消除码间干扰对保证高性能的VLC通信至关重要。根据VLC系统中码间干扰产生的不同原因，主要采用以下方法来削弱码间干扰：部分响应技术、均衡技术和消除码间干扰的调制方法。均衡技术将在下面详细解释。作为室内照明LED，其调制带宽被限制在几MHz。为了提高LED的调制带宽，人们研究了用滤光片滤除荧光层产生的黄光(荧光层响应速度慢)，让响应更快的蓝光入射到接收端。
另一种方法是使用发射机均衡技术。这种方案的本质是利用模拟均衡技术来补偿白光LED在高频下的快速降落。比如用16个LED组成阵列，利用一定最大输出频率的谐振技术，为每个LED的驱动电路设计一个均衡电路。实验表明，当采用NRZ-OOK(不归零开关键控)调制时，由16个led组成的阵列在2m的距离和0.5m的覆盖半径下可以达到40MB/s的通信速率，并保证较低的误码率。如果增加均衡电路的复杂度，单个LED的通信速率甚至可以达到80mb/s。
单独为每个LED增加一个均衡电路，无疑会增加系统的成本和发射端的能耗。如果在接收端选择均衡技术，在提高系统传输速率的同时，降低了系统的复杂度。例如，研究人员在接收端使用一阶模拟均衡器，模拟了NRZ-OOK调制下最大传输速率为32MB/s、误码率小于10-6的通信系统。发射机和接收机的均衡技术需要进一步优化，以增加系统覆盖范围，降低误码率。
3.全双工通信
为了接入互联网，VLC系统必须实现全双工通信，即上传和下载数据。为了实现VLC全双工通信模式，既要有上行链路，也要有下行链路，这是目前研究的热点。目前，几乎所有的研究都集中在下行链路的实现上，而对上行链路的实现技术关注甚少。
保证上行实现的一个重要问题是如何避免下行对照明功能的干扰。目前，建议的计划包括：
(1)使用红外波段作为上行链路来区分下行链路的可见光；
(2)用激光反射镜将一部分入射光反射回发射系统，并调制这部分反射光实现上行；
(3)VLC和射频结合，即利用VLC实现下行，射频系统完成上行；
(4)采用时分技术分离上下行信息传输的时间。我国另一位学者提出，可以利用上下行光的不同偏振态，或者用分区来阻挡下行对上行的干扰。
可见光通信用LED取代传统光源在照明和显示方面的应用，这些设施在原有基础上具有传递信息的功能。此外，由于图像传感器在VLC领域的应用，接收器不仅可以接收数据，还可以准确判断发射器和接收器之间的相对位置，这使得VLC有可能应用于室内导航、机器人或车辆之间的精确控制、精确位置测量等。
VLC应用可分为室外和室内应用。对于室外，它主要用于：
(1)智能交通系统(ITS)。包括车辆之间、车辆与路灯等基础设施之间的信息传输。前者可以传输路况、刹车等信息，有效避免交通事故的发生，后者可以将车速、车牌等相关信息传输到交通检测系统，实现车辆信息的采集。
(2)室外显示屏和信号灯通讯。行人可以手持手机等终端从户外显示屏下载商品广告、产品信息、促销活动、股市信息等信息，而信号灯可以为行人提供路况信息、道路指南等信息服务。
(3)VLC近海。当发射机放置在灯塔和浮标处时，装有图像传感器的船舶可以对信息进行解码，并将灯塔发射的信息显示在监视器上。
(4)基于VLC的三维位置测量。以图像传感器为接收器的VLC系统可以测量桥梁和其他设施。该系统可在24小时内对目标物体进行测量，目前精度可达毫米级。
(5)水下VLC。无线电在水下的传播距离非常有限，这使得它几乎不可能在水下环境中使用。LED闪烁信号灯已经被日本学者证实可以在水下30m范围内传输信号。这项技术将在潜艇之间的通信中发挥重要作用
(1)点对点通信。为了实现这种通信模式，需要两个终端完全对准，LED发出的光束要尽量窄，保证不会有太大的路径损耗。通过合理设计外围设备，保证通信和下载的高速率，从而替代IrDA、蓝牙、UWB等技术。同时，由于VLC安全性能的保证，无疑增加了其在许多方面应用的可能性。例如，日本卡西欧公司开发了一种LED徽章。通过接收端的图像传感器，可以在显示器上获取用户的身份信息，并采集图像。该公司还提出了一种利用手机上的LED闪光灯与装有光电探测器的ATM机进行信息交流，用手机查询账户信息和取款的方法。这种方法使得外人无法窃取通信信息。
(2)广播服务。白色LED阵列可以广播信息。比如我们在浏览名胜古迹、博物馆的时候，相关的知识内容都可以通过led传输。
可见光通信到底是什么？光是如何传递信息的？
早在2004年，IEEE杂志上就有一篇论文解释了通过发光二极管(也就是LED灯管)提供无线网络连接的方法。具体原理如下：
LED本来就是半导体芯片。与传统的灯丝不同，这种芯片可以非常快速地开关。比如使用交流电的灯是60 Hz，人眼无法识别光的闪烁。当开关打开和关闭时，有一个方波的光，可以被调制来传递信息，就像我们平时使用的电话的无线电通信一样。
目前全球很多大学都有相关的研究项目，而且大部分都是在实验室进行。2012年，通信行业杂志IEEE发表了让可见光传输速率达到96 MB/s的论文，到2013年底，上海复旦大学的实验室已经可以点亮一个功率为1W的LED灯泡，并在灯光下为四台电脑提供上网服务，最高速率为每秒3.25 Gbp，平均上网速率为每秒150Mb。
微软亚洲研究院早前也在做这方面的研究。和实验室试图把光的透射率推到峰值极限不太一样。为了研究这项技术在普通电子设备中的可能性，他的团队购买了廉价的液晶面板、几美元的太阳能电池板、电路板，并可以在淘宝上进行测试。
目前，沈的团队已经研究出如何使用逆反射器(Retro-Reflector)将光线以原来的方式反射回LED灯，从而形成LED与电子设备之间的通信。他们已经能够做到这一点。在1万亿光的开关频率下，从光到设备的下行速度可以达到10 kb/s，而从设备反射的上行速度可以达到0.5 KB/s。
在微软的亚洲R&D中心，我们看到了这款由廉价组件制成的实验产品：不需要充电电缆，也没有Wi-Fi信号，只需要一个手机大小的设备，配有液晶屏、反射镜和太阳能电池板。当点亮LED灯泡的手电筒直射时，设备亮起，开始传输数据。LED已经成为一种常见设备的能源和信息源。
智能交通标志、物联网设备无需充电
试试这个场景：3354盏灯照亮路边的路标，路标可以立即将附近的路况传输给车辆导航仪，告诉你到达目的地最通畅的道路；早上开灯，空气检测仪就能告诉你室外空气质量、温度、湿度如何，而且这个检测仪的显示屏一直挂在床上，不用充电，也不用连接Wi-Fi、蓝牙。
微软亚洲研究院的沈博士告诉记者，不需要充电的智能路标和物联网设备可能是他们认为未来可见光通信的样子。听起来很美，但还在理论阶段。“我们首先想到的是和产品部门商量，看这个东西能不能放到微软的大产品蓝图里。不管是我们的设计还是我们的想法，只要他们能接受，我们就很开心。”
然而，实现这些并不容易。有必要同时向市场推出改进的LED灯和具有反向发射器的电子产品。对于一个公司来说，从技术到产品，需要合作的相关团队太多了。
离研究产品还有多远？
1880年，加拿大发明家亚历山大贝尔(alexander bell)发现了一个有趣的游戏：通过调节光束的变化和传输语音信号，双方可以进行无线通话。这是人类第一次实现无线电话，使用可见光通信。贝尔为这项发明申请专利时，连电都没有出现，他也认为这种“光电话”没有实用价值。
事实上，无论是什么科研项目，在一个做产品的企业中，产品部门仍然是主导。当部门出现一些需要解决的问题时，根据此开发的技术可以很快应用到产品中，但在没有相关产品计划时，基础研究成果很难转化为产品。
“在这种情况下，研究院的任务就是通过发论文或者内部演示的方式，让产品部门了解这些很酷的技术。我希望他们在制定下一个产品计划时会考虑这项技术。”沈这么说。
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