闡述了背景可見(jiàn)光在噪聲受限與干擾受限的白光LED通信系統(tǒng)中的影響。利用帶通濾波器和光學(xué)設(shè)計(jì)以及噪聲匹配等方法提高了作為噪聲受限系統(tǒng)的接收機(jī)性能；采取帶阻濾波器、副載波調(diào)制、增設(shè)濾波電容等措施，很好地抑制了干擾源對(duì)干擾受限系統(tǒng)的影響；提出了基于噪聲與干擾雙受限的白光LED通信接收機(jī)設(shè)計(jì)方案，根據(jù)該方案設(shè)計(jì)的白光LED通信系統(tǒng)已投入使用。
白光LED 通信技術(shù)是指利用LED 器件高速點(diǎn)滅的發(fā)光響應(yīng)特性，將LED 發(fā)出的用肉眼察覺(jué)不到的高速速率調(diào)制的光載波信號(hào)來(lái)對(duì)信息進(jìn)行調(diào)制和傳輸，然后利用光電二極管等光電轉(zhuǎn)換器件接收光載波信號(hào)，并獲得信息使可見(jiàn)光通信與LED 照明相結(jié)合構(gòu)建出LED 照明和通信兩用基站燈。
如圖1 所示，白光LED 通信系統(tǒng)的發(fā)射端是根據(jù)傳遞資料將電信號(hào)變調(diào)，再利用LED 轉(zhuǎn)換成光信號(hào)發(fā)送出去，接收端利用光電探測(cè)器接收光信號(hào)，再將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)解調(diào)當(dāng)成信號(hào)資料讀取。
圖1 白光LED 通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖
接收端主要包括能對(duì)信號(hào)光源實(shí)現(xiàn)最佳接收的光學(xué)系統(tǒng)、將光信號(hào)還原成電信號(hào)的光電探測(cè)器和前置放大電路、將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可被終端識(shí)別的信號(hào)處理和輸出電路。 光接收機(jī)的主要任務(wù)是以最小的附加噪聲及失真，恢復(fù)出經(jīng)由無(wú)線光信道傳輸后光載波所攜帶的信息，因此光接收機(jī)的輸出特性綜合反映了整個(gè)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的性能。
2 白光LED 通信系統(tǒng)噪聲與干擾分析
2.1 白光LED 通信噪聲受限系統(tǒng)
白光LED 通信系統(tǒng)采用的是光強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)（IM-DD）技術(shù)。白光LED 通信系統(tǒng)的數(shù)字光接收機(jī)結(jié)構(gòu)原理如圖2 所示。
圖2 數(shù)字光接收機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖
此處，假設(shè)圖2 所示的白光LED 通信系統(tǒng)接收機(jī)采用PIN 光電探測(cè)器， 在白光LED 通信系統(tǒng)中，起伏噪聲決定光信道中的傳輸質(zhì)量，理想的信號(hào)應(yīng)該包括一個(gè)時(shí)變的起伏噪聲過(guò)程， 大概每比特至少104~105個(gè)光子。盡管在接收機(jī)中使用窄帶濾波器，當(dāng)強(qiáng)光照射探測(cè)器的時(shí)候在系統(tǒng)中仍會(huì)出現(xiàn)107~108 光子/比特的起伏噪聲。因此，強(qiáng)背景光構(gòu)成了白光LED 通信系統(tǒng)的主要噪聲源。
?? 另一部分噪聲來(lái)源于接收機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部，主要有：
①散粒噪聲。主要為背景光在PIN 管處產(chǎn)生的噪聲電流引入的， 又由于光器件LED 受偏壓的作用，即使在傳空號(hào)的情況下也會(huì)有少量光功率，即直流光功率。故其噪聲均方值為：
,其中Idc為背景光與直流光在PIN 管產(chǎn)生的光子電流； 可見(jiàn)，背景光電流引起的噪聲電流與系統(tǒng)帶寬Δf 成正比，在不影響信號(hào)接收的前提下， 較小的Δf 對(duì)抑制背景噪聲、減小探測(cè)器、放大器的噪聲都是有益的。
目前，白光LED 調(diào)制速率要達(dá)到100MHz 有相當(dāng)大的難度， 這種情況下，PIN 也產(chǎn)生一些低頻閃爍噪聲，對(duì)接收機(jī)靈敏度的影響不可忽視，這種噪聲可以歸入散粒噪聲
中，在接收系統(tǒng)中加入帶通濾波器，可有效抑制低頻閃爍噪聲。
②暗電流噪聲。光電探測(cè)器在沒(méi)有光照時(shí)，由于負(fù)偏壓的作用會(huì)產(chǎn)生毫微安級(jí)的"暗光流".其噪聲均方值為：
，其中Idark為PIN 管的暗電流。
③熱噪聲。探測(cè)器負(fù)載及放大器發(fā)熱引起的噪聲。其噪聲均方值為：
其中RP 為反向結(jié)電阻，RS為串聯(lián)電阻。
④放大器噪聲。主要為放大器內(nèi)部電阻、晶體管等噪聲源引入的電器元件固有噪聲，一般可利用等效噪聲源進(jìn)行分析計(jì)算，與放大器件類(lèi)型有關(guān)。
綜上所述，類(lèi)似這種由于存在電路固有噪聲和電路外部環(huán)境等噪聲源在接收部分引入的噪聲，而限制了白光LED 通信性能的系統(tǒng)可視為白光LED 通信噪聲受限系統(tǒng)。