Page 32 - 网络电信2023年4月刊

可见光通信技术在智慧家庭网络中的应用研究

张波
天津市滨海新区信息技术创新中心

摘要：现在基于多种通信技术的智慧家庭网络方案日渐增多，可见光通信技术由于其无辐射、低成
本、高保密性、绿色环保的特点，在智慧家庭网络建设中有很大的应用空间。可见光通信可以采用 LED 这
类廉价器件作为收发器件，利用塑料光纤作为传输介质，非常契合智慧家庭网络中大量传感器的布设需
求。文章重点探讨了如何利用可见光通信技术组建一种的高安全、高可靠、低时延、快速实现的互联互通
的网络，并提出一种在智慧家庭网络中的应用方案，以供参考。
关键词：可见光通信；智慧家庭网络

一、可见光通信技术概述 图2 塑料光纤在各可见光波段的衰减图
可见光通信技术（VisibleLightCommunication，VLC）是
指利用可见光波段的光作为信息载体的一种通信方式。

图1 可见光通信系统组成

可见光通信（如图1）采用发光二极管（LED）作为发射
光源，将二进制电信号快速转化为光信号，拥有极低的通信功
耗。同时，可见光通信没有电磁辐射，具有极好的抗干扰、抗 经测试发现，525nm的绿光照射650nm的红光LED时，在光
截获特性，非常适合大面积、高密度、高保密的网络布设。 电效应的作用下能够获得较为理想的光电流，即使通过20m长的
POF后，仍可以在500倍增益的跨阻放大器（TIA）输出端获得清
二、可见光通信的关键技术 晰可辨的电压信号。
2.1 单光纤双向通信 根据光电流范围设计的可见光接收电路由发光二极管LED、
可见光通信通常采用的是塑料光纤，其衰减主要来自于包 跨阻放大器TIA和比较器组成。PD将接收到的光信号转换成对应
芯塑料材料的吸收损耗和散射损耗。在较常见的650nm红光LED 的电流信号，再经过TIA转换成电压信号以后与比较门限比较后
波长处，其每10m的损耗约1.5dB，实际应用中，考虑到光纤界 转换为高低电平值送入物理层（PHY）处理。因为LED对噪声比
面平整度等因素，50m的塑料光纤损耗约为10~14db。 较敏感，因此必须使用金属屏蔽罩。
下图是OZiemann在POFhandbook从提到的塑料光纤在可见 发射器使用N沟道MOSFET将物理层（PHY）输出的电信号放
光波段的损耗图谱，可以看见常见的红光LED（650nm）和绿光 大后驱动LED变成光信号输出。为了防止在测试时产生光污染，
（525nm）波段都存在较低的损耗，这恰恰是市面上比较常见的 发射器也加有金属屏蔽罩。设计完可见光收发部分的电路后，
双色LED的中心波长。 还需设计一套切换电路，用来实现LED的收发切换。这种方式组
成的半双工可见光收发电路可将LED时分复用为接收器件或发射

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