Page 37 - 网络电信2022年6月刊

1. 大气障碍 图2 实物障碍
与有线通信的信号只需在光缆或电缆中传输不同，无线通
信的信号必须在完全开放的自由空间进行传输。可见光通信属
于无线通信领域，以大气空间为通信信道，不可避免地受到大
气特性的影响，这种影响称之为大气障碍。大气中包括水汽、
悬浮尘粒和其它杂质，在工业污染严重或自然环境恶劣的地
区，大气中包含的杂质更多。大气中的微粒对光吸收和散射产
生损耗和偏转；在雨雾天气，大气中的水汽使光发生反射和折
射。此外，大气湍流会造成光束的闪烁。大气杂质和湍流造成
的大气障碍使可见光通信系统信噪比下降，误码率提高，通信
性能大为下降[5]。要降低大气障碍对可见光通信造成的影响，
除了在搭建通信系统的时候，需要选择大气恶劣程度较低、环
1. 信道编码技术
境条件相对良好的地方，还应该采用高效的信道纠错编码技
对于大气障碍造成的影响，可以通过信道编码技术来降
术，降低误码率，提高系统性能。
低。信道编码在发送端被传输的信息序列上以某种确定的规则
2. 非完全障碍
可见光通信是一种“视线传播”，发送机和接收机之间的 附加一些监督码元，接收端按照既定的规则检验并纠正错误。
根据信息码元与监督码元之间的相关性来检测和纠正传输过程
信道没有光缆或电缆那样受到物理保护，除了自由空间本身具
[6]
中产生的差错就是信道编码的基本思想 。常用的信道编码技
有的大气障碍，还存在各种突发事件
术有RS编码、卷积码、Turbo码及伪随机序列扰码等。
造成的信道障碍，并且这种障碍常常是无法预测的。在室
为了保证数据发送的可靠性，提高发送质量和发送距离，
外可见光通信系统中，可能出现飞鸟、低空飞行物、漂浮物、
暨南大学陈长缨、赵俊提出一种适用于白光LED 通信的高效率
气球或其他移动物体，当这些物体经过通信信道或在信道处停
[7]
冗余二进制编码技术———mBnB码 ，将待发送的信息码进行
留下来，便会造成信道障碍。在室内可见光通信系统中，尽管
分组，每组m比特，然后在每组中按一定规则插入n比特冗余码
出现这些障碍的可能性非常低，但由于直线传播的可见光对实
元，最后以NRZ码或RZ码格式传送新的码字。mBnB码实质是以降
物的阻挡非常敏感，即使用户走动时短时间经过光源和接收器
低信息传输效率为代价来增加码字抗干扰能力的，它具有较好
之间，信道也由于被阻挡而使通信受到影响。与大气障碍的微
的功率谱形状，有限的连0和连1个数，排除了基线漂移问题，
粒相比，这些实物的尺寸相对较大，称之为实物障碍，根据实
并能提供可靠的误码检测和字同步手段。在mBnB的编码规则
物障碍对信道阻碍的程度，可以进一步分为非完全障碍和完全
中，m和n均为正整数，n>m，常采用n=m+1。通过不同的m、n组
障碍，如图2 所示。在非完全障碍情况下，障碍物只阻挡住信
合，可以得到不同性能的码型，它们的误码率也不一样。其中
道的一部分，光仍然可以传输到接收机，但接收面积缩小了，
3B4B、5B6B和6B8B三种码型的功率谱形状较好（如图3所示），
接收到的光能也相应减少，容易造成误判，产生误码，从而降
能将频率为0处的低频分量抑制到零，具有较小的高频分量，能
低灵敏度。对于非完全障碍，可以采用自适应阈值判决机制，
量大部分集中在1/2时钟频率处，带宽较窄。实验表明，采用
根据接收到光能的变化，自动调整接收器的判决阈值，尽可能
6B8B进行编码的光信号在通信距离在0.5～2.5m范围内的传输
保证判决的精确；还可以采用分集接收技术，把单一的接收器
质量非常稳定，受收发装置和大气障碍的影响不大，且能保证
分解成接收器阵列，同时接收信号，以提高接收准确性。
可见光通信系统在超过2.5m的传输距离进行可靠的高速数据传
3. 完全障碍
如图2(b)所示，当障碍物完全挡住通信信道时，造成的阴 输。
2. 自适应阈值判决技术
影覆盖了整个接收面积， 此时通信将完全中断。在点对点通信
可见光通信一般采用数字通信模型，在信号接收端设置一
系统中，由于系统仅具有唯一的信道，完全障碍造成的损害是
个固定的数值，当接收到信号的参数值大于此数值，系统输出
毁灭性的，在障碍物被清除之前，通信无法继续进行。对于完
1，否则输出0，这个固定的数值称为通信系统的判决阈值。目
全障碍，无法通过物理层面来解决，必须通过组建网络，在每
前，大部分光通信系统采用光强度调制和直接检测技术，系统
个通信节点之间增加冗余信道，使得网络具有自愈能力，从网
误码率很大程度上取决于判决阈值的设置。若判决阈值过大，
络层的高度来解决故障。如果通信系统对实时性要求不高，则
则系统的漏探测概率增大；若判决阈值太小，则系统的虚警探
可以在网络层设置自动恢复机制，当障碍物自行离开或被人工
[8]
测概率增大 。
清除后，网络能及时检测到信道已畅通，自动实现重新连接。
当可见光通信信道发生不完全障碍时，信道只有一部分被
在实时通信系统中，网络一旦检测到信道受阻，应立即启动路
障碍物挡住，光信号虽然仍能通过未被遮挡的部分信道到达检
由转换机制，自动发现和重新选择路由，在原发送器和目的接
测器，但接收光能必然下降，容易造成判决器误判。因此在非
收器之间建立新的路径进行通信。
完全障碍条件下，可见光通信系统应采用可变的判决阈值，随
信道被阻挡的不同程度而自动调整。本文提出的一种自适应阈
三、解决方案
值判决系统结构如图4所示，一方面，探测器将接收到的信号强
网络电信 二零二二年五，六月 65