“国家半导体照明工程”实施以来，半导体照明产业迅猛发展，除了为照明行业自身注入活力，还带动了LED相关领域研究的深入开展，可见光通信技术应运而生。研究发现使用LED在进行照明的同时，利用内半导体调制特性进行信息传递，这或可解决无线通信中日益严峻的频谱问题。但由于目前一些技术瓶颈的存在，距离可见光通信走出实验室，“飞入寻常百姓家”，尚需时日。

众所周知，光具有单向传输特性，整个可见光通信系统层面面临的最主要挑战在于建立一个稳定的上行反馈链路。业内有提出使用射频进行上行反馈的方案，也有使用无线激光进行反馈链路的方案，还有使用其他频率或者颜色的可见光信号进行上行反馈链路创建的方案。但这些方案均有一些不同程度的“先天不足”。比如射频反馈的引入，破坏了可见光通信无电磁干扰的先天优势，比如无线激光反馈的引入导致对系统的安全性存疑。但这些方案还有一个共同的缺陷在于需要单独引入从信源产生到信宿接受的一整套设备来单独构建反馈链路。

该申报项目提出的“照明+无源双向可见光通信关键技术”是在不改变原有照明结构的基础上，通过直接对照明LED信号调制进行下行光链路通信，利用“离焦型猫眼”逆向调制器件对接收到的照明光源进行调制加载上行信息，实现可见光系统的上行通信，进而实现无源双向可见光通信。

“离焦型猫眼”逆向调制器主要基于“猫眼效应”构建，由光学透镜、压电陶瓷片、调制驱动电路以及回波接收电路组成。

图1“猫眼”结构的原理图

“猫眼”结构的调制原理如图1所示。发射机发出的光线使用透镜汇聚到焦平面，装有反射结构的焦平面在调制器控制下进行前后移动，将反射光在通过透镜回到同一光路位于焦平面处的反射平面在轴向偏离焦平面的情况下，这种“离焦”会引起光束后向反射回波的发散而使光束回波强度减小，也就是光束回波功率随反射面偏离焦平面的距离的增大而减小。

“猫眼”效应能够使入射光原路返回，所以“猫眼”逆向调制器具有与角反射器相同的逆向反射特性。将“猫眼”结构与调制器结合，可以构建“猫眼”逆向调制器。调制器放置于猫眼逆向反射器焦平面处，入射光束通过“猫眼”光学系统聚焦在调制器表面，从而产生受调制器控制作用的反射光。

图2离焦反射原理

根据焦平面处反射镜的移动方向不同，“猫眼”逆向调制器具有正向离焦和反向离焦两种状态，正向离焦是反射镜往靠近透镜的方向振动，反向离焦的振动方向与之相反。正向和反向离焦的原理如图2所示，图（a）为正向离焦示意图，图（b）为反向离焦示意图。

“离焦型猫眼”逆向调制系统工作时，主动照明光源首先向上行调制端发送调制光束，由于白光LED的发散角度很大，在上行调制端的接收聚焦透镜和“猫眼”逆向调制器并排放置，均处于LED光源的有效照明区域内。在接收端，通过逆向调制器对下行链路的光信号进行二次调制，将上行信息调制到下行的光路上，反射回照明端，照明端的光接收机接收返回的光信号，从中分离出上行调制信号，并发送给解调器作解调，实现双工通信链路，图3为照明+无源可见光通信系统的实现结构图。

图3照明+无源可见光通信系统

本系统相比传统可见光通信系统，具有优点如下：

1.本系统使用照明光源的调制与逆调制实现了单一可见光源的双向通信，相比其他系统来说，是实现了“无源”可见光通信。

2本系统中所使用的逆向调制器为“离焦型猫眼”猫眼逆向调制器，与角锥棱镜型逆向调制器器相比，具有视场角大，结构简单的优点，适用于室内可见光通信这种光束发散角较大的通信系统。“离焦型猫眼”逆向调制器由聚焦透镜和调制反射器组成，其中调制反射器使用镀反射膜的压电陶瓷片。通过给压电陶瓷片上加上不同频率的驱动信号，控制反射膜在透镜焦平面的离焦量，影响返回光信号强度大小，实现逆向调制功能。

3.本系统实现获得国家发明专利。

【1】柯熙政，雷思琛.LED可见光通信上行链路的调制系统及其建立方法，2015100560188[P],2015.

【2】柯熙政，亢烨.可见光通信中的多维编码方法，2013106621646[P]，2013.

【3】邓莉君，柯熙政. 一种适用于大气激光通信系统的调制方法, 2012101643729[P], 2012.

【4】柯熙政，解孟其. 无线激光通信PPM调制器及其多光源序列合成的方法, 2015103591135[P],2015.

【5】柯熙政，王姣. 一种基于四象限探测器的光斑对准方法, 2016112444661[P], 2019.

【6】柯熙政，陈炜.一种大气激光通信PPM同步器，2016210731968[P], 2016.