一種使用光通信式圖像傳感器的新型汽車通信系統(tǒng)

一種使用光通信式圖像傳感器的新型汽車通信系統(tǒng)

作為下一代新型的車與外界通信技術(shù)（V2X），使用發(fā)光二極管發(fā)射器和攝像頭接收器的可見光通信系統(tǒng)正在被深入研究。汽車之間通過(guò)光信號(hào)，能夠隨時(shí)隨地相互通信和聯(lián)系。目前，光通信式圖像傳感器已經(jīng)被原型化，基于此的攝像頭接收器在車—車通信系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)10MB/s的傳輸性能。本文介紹的新型汽車通信系統(tǒng)，通過(guò)引入光正交頻分復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)5倍以上的高數(shù)據(jù)率，其最大數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到54MB/s。光的正交頻分復(fù)用技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)率傳輸?shù)囊环N調(diào)制方案，由于光信號(hào)的特點(diǎn)使其傳輸?shù)男盘?hào)必須為非負(fù)信號(hào)。此外，頻率響應(yīng)特性和電路噪聲也得到了充分考慮。

由頻率響應(yīng)特性發(fā)現(xiàn)頻響隨頻率增大持續(xù)下降，所以通過(guò)增大信號(hào)帶寬來(lái)實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)傳輸率變得困難，需要選擇合適的帶寬來(lái)滿足通信性能要求。除高頻衰減特性外，電路所產(chǎn)生的噪聲也會(huì)影響通信性能。由于基于圖像傳感器的通信系統(tǒng)具有使多個(gè)源空間分離的能力，所以外界光線和反射光線不是主要的噪聲源，其具有系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)所引起的噪聲源。圖1為噪聲的頻譜，由圖可發(fā)現(xiàn)其窄帶噪聲在12MHz，并可觀察到低頻噪聲分量，這些噪聲由電路產(chǎn)生，來(lái)獲得陰暗圖像或者被標(biāo)記的圖像，但是它們也會(huì)干擾接受到的信號(hào)。

為了實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)傳輸率，考慮系統(tǒng)和發(fā)光二極管特性，選擇合適的信號(hào)處理參數(shù)值。通過(guò)研究發(fā)光二極管的正向電流，發(fā)現(xiàn)其最小和最大電流限已確定，且平均正向電流基于額定電流已設(shè)定好，所以決定使發(fā)光二極管還是作為光源工作與系統(tǒng)中。然后基于通道容量來(lái)選擇正比例常數(shù)和信號(hào)帶寬的參數(shù)值，最后確定正比常數(shù)為3，帶寬為30MHz。最后將比特加載應(yīng)用于正交頻分反復(fù)用中。

圖1 輸出信號(hào)噪聲頻譜

刊名：IEEE Photonics Journal（英）

刊期：2016年第8期

作者：Yuki Goto

編譯：羅鈞夫