前面提到，白光LED 通信系統(tǒng)的主要噪聲源是背景光，在噪聲受限系統(tǒng)中，背景光主要是通過光功率在PIN 管引入散粒噪聲，并且放大器本身就會(huì)引入固有噪聲。此外，由于白光LED 通信系統(tǒng)無法用帶阻濾波器濾除調(diào)制可見光干擾，若電路設(shè)計(jì)不合理，還可能引入外界調(diào)制可見光對(duì)接收系統(tǒng)的干擾，不同頻率的調(diào)制背景光會(huì)對(duì)系統(tǒng)輸出信號(hào)造成干擾， 這時(shí)系統(tǒng)又成為一個(gè)干擾受限系統(tǒng)。
一些人造光源，如白熾燈、熒光燈發(fā)出的光包含很多可見光成分， 太陽光中也包含大量的可見光，這些可見光共同組成了背景光噪聲。太陽是主要背景光干擾源，一般情況下，太陽光要比人造光的光強(qiáng)大，它屬于非調(diào)制光源，光譜帶寬也很寬，最大功率譜密度位于波長500nm 處。而所有的人造光源都經(jīng)過了調(diào)制，頻率一般在50Hz（與工頻相等），為通過檢測(cè)電路為系統(tǒng)引入工頻干擾。有些熒光燈是被高頻的通段信號(hào)調(diào)制，這些信號(hào)的頻率高達(dá)幾十甚至幾百kHz,也讓使得熒光燈包含了高達(dá)幾十kHz 的諧波能量，如此高的頻率將對(duì)可見光通信造成很大的影響。另外，高頻電源的開關(guān)也會(huì)產(chǎn)生尖峰脈沖干擾通過電源系統(tǒng)引入到檢測(cè)電路中。
2.3 白光LED 通信系統(tǒng)噪聲與干擾的頻譜分布
由前面所述，可獲得白光LED 通信系統(tǒng)噪聲與干擾的頻譜分布，如圖3 所示。
圖3 白光LED 通信系統(tǒng)噪聲與干擾的頻譜分布圖。
??? 3 基于噪聲與干擾雙受限的光接收機(jī)設(shè)計(jì)
3.1 新型成像式光學(xué)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)
這種設(shè)計(jì)是將探測(cè)器實(shí)際面積分割成若干個(gè)獨(dú)立的小單元。這樣，每一個(gè)小單元都有自己的一個(gè)接收視角FOV,在空間上可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的獨(dú)立接收。
假設(shè)透鏡焦距為f,如圖4 所示，小單元的接收視角為FOV=arctan（x/f），若探測(cè)器面積為a×a,則整個(gè)探測(cè)器的最大接收視角為FOVmax=arctan[（2a）1/2/2f].
圖4 新型成像式光學(xué)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
探測(cè)器被分為若干小單元后，相當(dāng)于探測(cè)器平均接收視角變小了，因此也就減弱了接收到的背景光的光強(qiáng)。同時(shí)探測(cè)器被分為若干個(gè)小單元可以減小光電探測(cè)器的等效輸入電容，從而提高接收機(jī)靈敏度。
3.2 高頻低噪聲放大器設(shè)計(jì)
在白光LED 照明通信系統(tǒng)中，信道中存在強(qiáng)烈的背景光噪聲，因此前置放大器應(yīng)被設(shè)計(jì)為低噪聲放大器。前置放大器的噪聲對(duì)光接收器的靈敏度影響很大，其等效輸入噪聲電流密度是一個(gè)重要指標(biāo)，為減小噪聲，就必須有效設(shè)計(jì)光電二極管與其后續(xù)有源器件之間的噪聲匹配電路，即通過最優(yōu)噪聲匹配網(wǎng)絡(luò)獲得最小等效輸入噪聲電流[11].
3.3 干擾受限系統(tǒng)的干擾抑制措施
?、偈褂脦ё?a target="_blank">電子濾波器，抑制某上特定頻率的背景光干擾，例如日光燈產(chǎn)生的工頻干擾；②采用副載波調(diào)制，將光信號(hào)脈沖搬移到較高的頻帶上，在接收機(jī)采用電路濾波的方式將通常為低頻的背景光噪聲消除；③在電路中增設(shè)電源濾波電容和放大器偏置電路濾波電容抑制電源噪聲。
4 結(jié)束語
針對(duì)白光LED 通信系統(tǒng)中同時(shí)存在噪聲與干擾的問題，分別在噪聲受限系統(tǒng)與干擾受限系統(tǒng)作出噪聲與干擾的分析，并在光域和電域上相應(yīng)地提出措施抑制噪聲，削弱干擾影響，綜合各自的優(yōu)點(diǎn)，提出了基于噪聲與干擾雙受限系統(tǒng)的新型接收機(jī)設(shè)計(jì)方案，能在噪聲與干擾同時(shí)存在的白光LED 通信系統(tǒng)中獲得良好的接收性能。