文献综述（或调研报告）：
随着VLC 通信技术的发展，越来越多的科研人员着手于高效调制技术在可见光通信系统中的应用性研究。目前，在光通信系统中应用最多的是二进制调制，即调制信号只有两个电平，例如OOK（On/off keying）调制和PPM（Pulse position modulation）调制[1]。其中，OOK 调制有多种码型，如NRZ（None return zero）码，RZ码，而RZ 码又分单极性归零码和双极性归零码，能应用在可见光OOK 调制技术系统中的是单极性归零码。单极性RZ-OOK 是以高电平和零电平来表示二进制码的“1”和“0”，在高电平码元下，高电平持续时间只占用一个码元周期的一部分，也即在一定时间内会从高电平回归到零电平，这样会提升系统的功率效率，且有利于系统同步，但是同时也牺牲了系统的带宽效率。OOK 调制技术最大的优点就是实现较简单，对系统硬件要求相对较低，比如对功率放大器的线性度要求低，而且可以省去D/A 和A/D 变换器。但是OOK 调制技术频谱效率较低，所以OOK 调制技术在系统速率要求不高而对成本要求较高的情况下有较广泛的应用；PPM 调制有各种不同的衍生调制方案，如DPPM（Differential pulse position modulation）和DPM（Digital pulse modulation）。最近几年，随着LED 技术的高速发展，使用LED 做线性调制的方案也越来越多，其中，多进制PAM（Pulse amplitude modulation）调制方案最为常见。PAM 调制技术是多电平高阶调制技术，也即在一个码元符号上加载多个比特数据，这样在信噪比足够的情况下可以充分利用系统带宽。在可见光通信系统中，由于不允许负电平信号的出现，所以只能应用单极性PAM 调制技术，但是在基带数据处理同样可以出现负电平，只是在最后驱动LED 之前需要叠加一个适当的直流电平使得系统信号都为非负信号。PAM 调制技术随着调制阶数的升高，在发送功率相同的情况下，调制星座点间的欧式距离也越来越小，所以要达到同样的误码率，判决所需要的信噪比也越来越高。为适应VLC 系统的低通特性，也有文献提出在光通信系统中使用多载波调制方案[2]，如正交频分复用调制（Orthogonal frequency division modulation, OFDM），以降低均衡器的复杂度。同时，为了改善OFDM 因高峰均比在VLC 系统中效率低下的问题，Armstrong 等人又提出了一种改进的OFDM 调制方案——非对称削底光正交频分复用调制（Asymmetrically-clipped optical orthogonal frequency division modulation, ACO-OFDM）方案。ACO-OFDM 调制只需传输信号中的正电压部分，将负电压部分置为0，从而大大降低了LED 发射时直流功耗的浪费问题。这种调制方案依然为多载波调制，不过只能使用奇数子载波传递信息。
文献[3]和文献[4]中都对各种不同的基带调制方案在光无线通信系统中的功率效率与带宽效率做出了分析，二进制调制中OOK 调制的带宽效率明显高于PPM 调制，但是其功率效率小于PPM，尤其是高阶PPM 调制，其功率效率更高。所以，PPM 调制方案一般应用于功率受限而对带宽效率要求不高的通信场合，例如光无线通信的上行链路。在光无线通信下行链路中，对通信速率的要求很高，故而需要更高的带宽效率以保证在有限的带宽下实现高速通信。文献[3]中还比较分析了DCO-PAM调制方式的功率效率和带宽效率。高阶DCO-PAM 调制的带宽效率远远大于OOK 和高阶PPM 调制方案，所以，高阶DCO-PAM 调制方式非常适合于高速通信场合，例如室内VLC 通信系统的下行链路场景。当调制阶数小于等于16 时，DCO-PAM 的功率效率由于OOK 调制和PPM 调制方案，但是当调制阶数大于16 时，其功率效率的增长速度放缓，开始逐渐低于PPM 调制方案的功率效率。
在多载波调制方案中，。由于OFDM信号每个子载波上的比特映射方式可以使用高阶正交幅度调制（Quadrature amplitude modulation，QAM），所以可以获得很高的带宽效率，其带宽效率与所使用的QAM 调制阶数有关。过高的峰均比（Peak to average power ratio，PAPR）限制了DCO-OFDM 调制的功率效率。于是，有文献[24, 43] 提出了一种高效OFDM 调制方案ACO-OFDM 调制方案。在这个调制方案中，含有正负信号的OFDM 波形的负电压半边被削平置零，于是可以不用叠加直流分量即可直接驱动LED 发光。于是，大大提高了OFDM 调制在VLC 系统中的功率效率。但是，ACO-OFDM 调制的带宽效率只有正常叠加直流分量OFDM 调制的一半。因此，这种调制方案只是实现了带宽效率与功率效率之间的转换。此外，文献[3]还提出了自适应调制技术加入到DCO-OFDM中，频谱效率大大提高。
在光通信多载波调制方案中，由于峰均比高的特点以及LED的非线性特性，使得研究光转化为通信的效率（Illumination-to-communication conversion efficiency，ICE）具有重要意义。文献[5]和文献[6]都定义了此效率，并且指出，ICE指标与OFDM调制信号的峰均比和LED灯的动态变换范围以及光照亮度有关。当LED动态范围变化越大，光照亮度越小时，ICE就越大。ICE还与调制阶数有关，调制阶数越高，ICE就越小。文献[5]还提出了一种提高ICE的方法，即选择映射（Selected Mapping Method，SLM）。
为了提高VLC系统的性能，国内外许多专家都提出了很好的方法。脉冲调制是一种能够实现高速通信的方法，但是由于其只在开关状态下调制，因此在单一的LED系统中频谱效率不是很理想，但是文献[7]中提出了在多个LED灯源中能够运用多路信号，大大提高频谱效率。在文献[8]中，提出了一种多级调制技术——HCM（Hadamard Coded Modulation），它使用了哈达码矩阵。数据进行调制时，运用快速沃什—哈达码变换，接收机端进行反快速沃什—哈达码变换来译码。由于多路信号传输，使用LED阵列实现。因此，这种调制方式具有较低的复杂度。这项技术是文献[10]的衍生，其中提到了在CDMA系统中使用双极性的哈达玛变换进行信道正交化，以此获得较低的峰均比。从仿真结果可以看出，这种方式较传统OFDM，有较低的峰均比和更低的误码率。文献[9]提出了一种低耗，对LED非线性特性不敏感的调制方式——SPAM (Superposed pulse amplitude modulation)，多个光脉冲从LED阵列的不同空间位置平行传送，并且在自由空间线性叠加。在此调制方式下可以实现在误比特率的情况下120Mbit/s的传输速率。
参考文献：
[1]庞大勇, 朴大志. 光通信中几种调制方式的性能比较[J]. 桂林电子工业学院学报, 2002, 22:1–4.
[2] Armstrong J. OFDM for optical communications[J]. Journal of Lightwave Technology, 2009,27(3):189–204.
[3] 潘乐园. 室内光无线通信技术研究与硬件设计[D]:[硕士学位论文]. 南京: 东南大学, 2013.
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