白光LED通信系统的噪声与干扰分析

2.2 白光LED 通信干扰受限系统

前面提到，白光LED 通信系统的主要噪声源是背景光，在噪声受限系统中，背景光主要是通过光功率在PIN 管引入散粒噪声，并且放大器本身就会引入固有噪声。此外，由于白光LED 通信系统无法用带阻滤波器滤除调制可见光干扰，若电路设计不合理，还可能引入外界调制可见光对接收系统的干扰，不同频率的调制背景光会对系统输出信号造成干扰， 这时系统又成为一个干扰受限系统。

一些人造光源，如白炽灯、荧光灯发出的光包含很多可见光成分， 太阳光中也包含大量的可见光，这些可见光共同组成了背景光噪声。太阳是主要背景光干扰源，一般情况下，太阳光要比人造光的光强大，它属于非调制光源，光谱带宽也很宽，最大功率谱密度位于波长500nm 处。而所有的人造光源都经过了调制，频率一般在50Hz(与工频相等)，为通过检测电路为系统引入工频干扰。有些荧光灯是被高频的通段信号调制，这些信号的频率高达几十甚至几百kHz,也让使得荧光灯包含了高达几十kHz 的谐波能量，如此高的频率将对可见光通信造成很大的影响。另外，高频电源的开关也会产生尖峰脉冲干扰通过电源系统引入到检测电路中。

2.3 白光LED 通信系统噪声与干扰的频谱分布

由前面所述，可获得白光LED 通信系统噪声与干扰的频谱分布，如图3 所示。

图3 白光LED 通信系统噪声与干扰的频谱分布图。

3 基于噪声与干扰双受限的光接收机设计

3.1 新型成像式光学接收系统设计

这种设计是将探测器实际面积分割成若干个独立的共模电感器小单元。这样，每一个小单元都有自己的一个接收视角FOV,在空间上可以实现信号的独立接收。

假设透镜焦距为f,如图4 所示，小单元的接收视角为FOV=arctan(x/f)，若探测电感厂家器面积为a×a,则整个探测器的最大接收视角为FOVmax=arctan[(2a)1/2/2f].

图4 新型成像式光学接收系统设计。

探测器被分为若干小单元后，相当于探测器平均接收视角变小了，因此也就减弱了接收到的背景光的光强。同时探测器被分为若干个小单元可以减小光电探测器的等效输入电容，从而提高接收机灵敏度。

3.2 高频低噪声放大器设计

在白光LED 照明通信系统中，信道中存在强烈的背景光噪声，因此前置放大器应被设计为低噪声放大器。前置放大器的噪声对光接收器的灵敏度影响很大，其等效输入噪声电流密度是一个重要指标，为减小噪声，就必须有效设计光电二极管与其后续有源器件之间的噪声匹配电路，即通过最优噪声匹配网络获得最小等效输入噪声电流[11].

3.3 干扰受限系统的干扰抑制措施

①使用带阻电子滤波器，抑制某上特定频率的背景光干扰，例如日光灯产生的工频干扰;②采用副载波调制，将光信号脉冲搬移到较高的频带上，在接收机采用电路滤波的方式将通常为低频的背景光噪声消除;③在电路中增设电源滤波电容和放大器偏置电路滤波电容抑制电源噪声。

4 结束语

针对白光LED 通信系统中同时存在噪声与干扰的问题，分别在噪声受限系统与干扰受限系统作出噪声与干扰的分析，并在光域和电域上相应地提出措施抑制噪声，削弱干扰影响，综合各功率电感器自的优点，提铁芯电感出了基于噪声与干扰双受限系统的新型接收机设计方案，能在噪声与干扰同时存在的白光LED 通信系统中获得良好的接收性能。

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