可见光通信科普——峰值速率和实时传输速率

可见光通信技术——峰值速率和实时传输速率

作者:陈雄斌

可见光通信技术在媒体的关注和国家科研项目资助下,高校、科研院所、企业甚至金融资本领域都比较关注,因为缺乏统一的评价标准,科研界和产业界有点乱相。在信息领域可见光通信863项目今年中期检查的时候专家们就建议以后要规范评价标准并说明测试条件。单纯从通信速率这项指标上来说,离线处理系统的峰值速率和在线处理系统的实时传输速率是最容易让人迷惑的事情。

非实时通信系统因为离线(手工)处理数据很费时,常用峰值速率来表征速率,误码率不能用误码率测试仪器来测,通常是估算;实时通信系统在线处理数据,用平均速率、最高速率、瞬时速率共同来表征速率,误码率可以用误码率测试仪来测。借助日常生活中的运水事件(水量类比于数据量),有助于理解非实时通信技术路线选择者和实时通信技术路线选择者彼此的自我优越感:

现象:某山区的山民A用口径36公分的水桶挑水喝;北京市的居民B用口径1.6公分的水管放水喝。

A说:我家的水桶比北京市的水管粗;

B说:自来水的好处,谁用谁知道。

高速的OFDM(或DMT)系统因为数据处理复杂,2011年欧洲欧米伽计划结题时的100Mbps是目前国际上白光OFDM 实时传输非常有代表性的研究成果。据德国Fraunhofer Henrich Hertz Institute的官网报道,该实验室的研究成员实现了500Mbps的以太网通信(可能是用红光LED加OFDM技术)。德国 Fraunhofer Henrich HertzInstitute研发了单色LED的1Gbps的单向传输模块,并据此推算三色LED的传输速率可达3Gbps(可能是用OFDM技术加波分复用技术)。

其他国内外可见光通信研究团队,有的用Matlab软件在计算机上生成符合要求的特定格式的测试数据,然后拷到任意波形发生器中,用该设备作为信号源调制LED,在接收端用存储示波器存储接收到的数据,然后拷贝回计算机中进行数据比对和误码率的测试;有的仅仅依靠接收端信号质量估算误码率(比如EVM、Q因子等参数),因为不能实时连续传输数据,故称为离线处理系统。离线处理系统,不能连续传输数据,故只能标注最理想的峰值速率,并估算出一个误码率。比如,2014年,意大利的GiulioCossu团队利用红绿蓝黄四色LED波分复用,采用QAM和DMT技术实现了可见光通信系统离线处理的最高峰值速率5.6Gbps;2014年,复旦大学迟楠教授团队利用红绿蓝三色LED波分复用,采用QAM和DD-LMS技术实现了可见光通信系统离线处理的最高峰值速率4.22Gbps。

OOK系统因为不涉及复杂的数据运算和数模、模数转换,通常都是实时传输,其速率就是实时传输速率。实时传输系统可以通过误码率测试仪在线连续测量误码率,并可以得出一段时间的平均误码率。中国科学院半导体研究所利用荧光型LED,2014年,采用带宽拓展技术(系统带宽已拓展至233MHz)实现了荧光型LED的国际最高的可见光通信系统的单路实时传输速率500Mbps。从技术实用化的角度出发,OOK系统是目前最有可能小型化、产品化的。


注: 原文出自陈雄斌的科研主页 http://www.escience.cn/people/jason

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