可见光通信中继技术研究

朱蔓菁，王玉皞，刘晓东

(1．江西开放大学 现代教育技术中心，南昌 330046；2.南昌大学 信息工程学院，南昌 330031； 3.武汉大学 电子信息学院，武汉 430072)

0 引 言

随着无线通信技术的发展，智能设备接入对无线通信的高速率传输、高容量和超低时延提出了更高要求和挑战。据报道，从第四代移动通信系统(4th Generation Mobile Networks,4G)到5G，移动用户数量将增加100倍，数据流量将增加1 000倍[1-2]，传统射频(Radio Frequency, RF)通信的频谱资源难以满足无线通信的发展需求，可见光通信(Visible Light Communications, VLC)的频谱从430 ～790 THz，具有丰富的未使用频谱资源，能弥补无线通信稀缺的频谱资源[3]。VLC是指通过人眼可见光频段实现的通信技术[4]，利用具备响应灵敏度且支持信号调制特性的发光二极管(Light Emitting Diode, LED)在照明的同时提供无线通信服务[5-6]。VLC具有低成本、绿色环保、高安全性和抗电磁干扰等优势，可应用于室内智能家居、水下高速光通信和电磁严控场景等领域[5]。然而，VLC受到LED视场角覆盖范围的限制以及障碍物遮挡，信号传输范围受限[7]。

为扩大VLC覆盖范围，增强系统可靠性和安全性，提出在VLC中采用中继技术。中继技术是一种借助中继设备[8-9]将信息进行有效传输的协作通信技术。在VLC系统中，采用中继技术可以提高频谱利用率、扩大覆盖范围且降低链路中断概率，对提高通信系统的可靠性、安全性和能效性具有非常重要的意义。本文根据中继技术和VLC系统特性，研究了中继协作的VLC系统的关键技术及性能。

1 VLC中继系统模型及应用场景

1.1 系统模型

中继协作的VLC系统模型如图1所示，LED信源不能和远端用户直接通信，需借助中继(任务灯或近端用户)协作通信。……