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随着智能网联汽车的快速发展,车辆间通信对带宽、时延、安全性和频谱资源提出了更高要求.传统射频通信面临频谱拥挤、电磁干扰及隐私泄露等挑战.LED可见光通信(Visible Light Communication,VLC)利用照明光源同时实现数据传输,具有免频谱许可、抗电磁干扰、高保密性、低成本等独特优势,成为车辆间通信领域具有一定潜力的补充技术.本文从车辆间通信的未来可能发展需求出发,系统分析了LED可见光通信的技术原理及其在动态交通场景中的可行性;对比了VLC相较于主流射频技术的优势与局限;梳理了国内外在信道建模、调制编码、移动性支持等方面的研究进展与技术趋势;探讨了VLC作为未来车载通信新方式的潜在路径,包括与5G/6G融合、标准化推进、人工智能赋能等.最后指出当前面临的环境光干扰、移动对准、链路可靠性等关键挑战,并展望了其商业化应用前景.本文旨在为智能交通领域的通信技术选型与前瞻研究提供参考.

可见光通信(VLC)是以可见光为传输载体的新兴通信技术,通过发光二极管(LED)光源高速光强调制传输数据,兼具照明与通信功能.近年来,随着该技术发展,接收器研究进展显著.光电探测器是接收器关键组件,其材料选择、结构设计和制造工艺优化提升了接收器灵敏度和响应速度.对硅基pin光电二极管/雪崩光电二极管(APD)、锗/Ⅲ-Ⅴ族、钙钛矿及有机材料的最新进展进行了梳理,通过对比研究结果得出:基于微纳光学设计的硅基pin阵列已突破1.6 GHz带宽与1.45 Gbit/s数据传输速率;当硅基APD的工作偏压为击穿电压的0.95倍时,实现了蓝光响应度3.72～6.08 A/W,CMOS兼容版本在20 V反向偏压下的增益带宽可达到(234±25)GHz.锗与InGaAs器件凭借50～265 GHz带宽和0.3～0.8 A/W 响应度,成为红外/混合链路首选.钙钛矿探测器以4×1013～6×1013 Jones探测度、零偏自供电优势引领柔性VLC,但受kHz级带宽限制;有机器件通过倒置结构与神经网络均衡,将截止频率提升至1.02 MHz并支持3.75 Mbit/s数据传输速率.

[目的]为解决消防救援和矿井检测等场景下强散射烟雾环境对可见光通信(VLC)造成的严重性能退化问题,文章研究了一种基于微型发光二极管(LED)烟雾环境VLC系统,突破传统光源强散射环境下的通信瓶颈,为第六代移动通信技术(6G)网络的应急场景以及通信与感知的一体化应用提供了技术方案.[方法]文章研制了基于InGaN/GaN多量子阱(MQWs)结构的微型LED发射器并建立了适用于烟雾VLC的Beer-Lambert信道模型,完成了衰减特性仿真验证;利用可控烟雾实验平台结合双透镜光路系统优化了光束聚焦,将光的利用效率提高到85％,同时对比分析了清晰环境下及不同烟雾浓度下的吸光度差异,搭建了烟雾VLC系统通信性能测试平台,并对系统通信性能进行了测量.[结果]微型LED发射器实现了 3.39 MHz调制带宽,最大传输速率为25 Mbit/s,功耗为10～50 mW.在轻度烟雾条件下(1.4 g烟饼)信号功率衰减70％,系统能够保持稳定通信,眼图开口度大于50％;重度烟雾下(2.6g烟饼)信号功率衰减85％,仍然能正常通信,收发稳定可靠,实现了通信及环境感知功能的融合.[结论]文章将微型LED应用于烟雾环境VLC中,重度烟雾条件下信号功率衰减85％时依然可实现稳定传输,解决了一直以来存在的光源不易于在强散射环境中稳定传输的问题.文章建立了 Beer-Lam-bert信道模型,可为烟雾VLC系统的硬件设计和优化提供参考,实验表明,通过接收信号来定量地反演烟雾浓度,验证了微型LED在6G通感一体化领域的优势,可运用于消防救援和矿井监测等应急场景.

针对可见光通信(VLC)系统中发光二极管(LED)低调制带宽导致信号传输失真的问题,提出了一种基于射频(RF)晶体管的新型预均衡电路.以大功率白光LED作为系统光源,搭建了完整的VLC系统,通过扫频仪测量系统的频率响应曲线,并使用扫频仪分别发出 80、100、135 MHz的正弦波信号,对比VLC系统加入预均衡电路前后的接收波形,以验证VLC系统的信号传输能力.实验结果表明:该预均衡电路将系统带宽从1.4 MHz拓展到了135 MHz,能够将失真信号恢复成原始信号,起到了高频补偿的功能,保证了信号传输的完整性.

本文研究了一种基于2个商用LED和5个自行设计micro-LED的波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)超高速水下可见光通信概念验证系统.通过预均衡和正交频分复用调制技术,在0.6 m水下环境中实现了 28.82 Gbps的聚合通信速率,这是目前所知基于micro-LED的水下可见光通信(Underwater Visible Light Communication,UVLC)的破纪录传输速率,较现有最高纪录(20.09 Gbps)提升43％.相对单通道455 nm micro-LED(7.23 Gbps),容量增益达4倍.此外,本研究还分析了各波长光源的调制带宽与光功率特性,并利用63％和40％衰减片模拟扩展距离传输环境.采用63％衰减片的WDM-UVLC系统可获得聚合速率为18.35 Gbps,其中最短的估算传输距离为650 nm波长的光源,仅为1.81 m.使用40％衰减片的WDM-UVLC获得了 15.36 Gbps的总通信速率,最短估算传输距离为2.75 m,而对于在水环境衰减特性小的蓝绿光则能够获得超过8 m的估算传输距离.尤其对于455 nm通道SNR仅下降5 dB即可维持BER＜3.8 × 10-3,验证了方案在功率波动下的鲁棒性与潜力.该研究不仅验证了波分复用技术结合micro-LED在水下高速通信中的潜力,更表明多色micro-LED是波分复用UVLC发射器的绝佳候选器件,通过特定的光学滤波器和光学设计,未来可实现更集成的波分复用系统.