光源器件和可见光收发器件

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对光源器件，需重点关注通信指标，兼顾照明指标。通信相关的核心指标包括调制带宽、功率、线性度等。其中，调制带宽往往是系统带宽的瓶颈，与光源结构、驱动等诸多因素有关，是最为重要指标。高速可见光通信系统多要求光源调制带宽达到数百 MHz 甚至 GHz 级。此外，光源功率对系统工作距离影响较大，也是重要的选型依据。照明相关的指标包括以伏安特性为代表的电学指标、热学指标以及一系列光学指标，例如驱动电压与电流、发光效率、亮度、色温、频闪等。其中，驱动电压与电流决定了驱动电路设计，还会影响调制带宽、线性度等其他指标，是较为关注的指标。发光效率直接反映光源的能效，还会影响结温等特性，也是较为重要的参数。


对于探测器件，主要关注带宽、灵敏度、光谱响应分布等指标。此外，驱动电压、暗电流等因素在一定情况下也需要考虑。探测器带宽直接影响系统通信性能，目前业界探测器件带宽可达数百 MHz，未来随着高速可见光通信系统的发展，对高带宽探测器的需求将进一步加强。探测器的灵敏度也是较为重要的指标，其对系统工作距离影响较大，尤其是远距离可见光通信系统需要 APD 等高灵敏度探测器。此外，探测器对不同频率光谱的响应分布对系统性能也有一定的影响，需要在可见光频段同时具有高灵敏度和大带宽。


由于可见光收发器件的带宽面临着巨大挑战，为了进一步提升带宽利用率，需要选择一套合适的调制方案[6]。开关键控（On-Off Keying, OOK）调制、脉冲位置调制、脉冲幅度调制等单载波调制方式实现复杂度低，但是频谱利用率不高。正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）调制是一种高频谱效率的调制方案，而且能够对抗多径效应。现有的用于可见光的 OFDM调制方案种类繁多，各有优劣，如何针对不同的通信场景与通信信道选择调制方案是需要解决的问题。


此外，可见光通信使用高阶调制会出现以下问题：系统对噪声反应灵敏，需要进一步提升信噪比；空间位置发生改变，导致正交信号接收功率不均等；可见光发射器件的非线性效应使得信号的星座图变形。这些问题需要对可见光波形与调制技术进行优化。此外，可见光收发器件的频响特性也会影响可见光收发器件的带宽。针对高低频段频响特性差异大的问题，目前常见的解决方案包括均衡和比特能量加载等。均衡技术可以使整个带宽的频率响应几乎一致；比特能量加载技术将整个带宽分为多个子频带，且每个子频带的功率一致，通过针对子频带选择最优调制阶数实现容量的最大化。


多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技术是未来可见光通信的一项重要技术，在带宽有限的条件下，MIMO 通过空间复用的方式提高整体的通信速率。MIMO 系统拥有多个发射机和多个接收机，一方面通过空间复用，实现更高的容量，提高数据传输速率；另一方面可以解决可见光通信中的用户移动与环境复杂导致的遮挡问题。然而在可见光 MIMO 系统中，由于可见光接收器的尺寸远大于信号波长，MIMO 信道的空间相关性较大，多个光源之间的信号很容易相互干扰，影响整体传输速率。因此，如何在接收端设计相应合理的空间解相关算法，是需要攻克的一大关键问题。

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