43、5G 及未来的可见光通信技术解析

5G 及未来的可见光通信技术解析

1. 光电二极管材料与类型

在可见光通信（VLC）系统中，光电二极管的材料选择至关重要。长波长光电二极管通常采用铟镓砷（InGaAs）和锗（Ge）制造，而短波长光电二极管则使用硅（Si）。在 VLC 系统里，基于硅的光电二极管是较为常用的选择。

根据构造不同，光电二极管可分为雪崩光电二极管（APD）、PN 型和 PIN 型等。APD 能产生更多的电子 - 空穴对，因此比 PIN 光电二极管具有更高的灵敏度。不过，PIN 光电二极管由于其本征区域可将截止频率提高到数 GHz，所以比 PN 二极管具有更高的截止频率。

2. 信道建模

光学无线信道在 VLC 中起着关键作用，它负责在光源和探测器之间传播光束。准确的信道模型对于可视化信号传播以及分析信道损伤对 VLC 系统性能的影响十分必要，这里主要探讨室内 VLC 信道模型。

2.1 室内光传播

在 VLC 信道中，通信链路由方向性和视距（LOS）路径这两个参数来表征：
- 方向性链路 ：与发射器和接收器的对齐方式有关。若两者以 LED 的窄半角和光电二极管的有限视场对齐，则形成定向链路；否则，链路为非定向或混合链路。
- LOS 链路 ：指接收器直接接收光信号而无任何反射的链路；通过反射光束形成且无 LOS 路径的链路则称为非视距（NLOS）链路。

早期的 VLC 信道模型是基于红外（IR）信道模型设计的，但由于以下原因，这些模型不能直接应用于 VLC 系统：
- 可见光（VL）和 IR 的波长不同。