CN204089821U - 一种可见光通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可见光通信系统，其发端控制处理单元包括外网接口、发端处理器、发端控制器、发端调制电路、发端解调电路和接收放大器。光阵列单元包括驱动电路、红外接收器和3组由白光LED光源和RBG光LED光源构成的LED光源。移动终端包括滤波片组合、透镜、光电检测器、跨阻放大器、自动增益电路、低噪声放大器、滤波电路、限幅放大器、终端解调电路、终端控制器、终端处理器、终端调制电路和红外发送管。本实用新型能够达到区域间自动链路转移和照明通信的功能，使得接收设备持续通信的跨区域连续性，照明需求的兼容性和绿色通信的节能性。

Description

一种可见光通信系统

技术领域

本实用新型涉及光通信领域，具体涉及一种可见光通信系统。

背景技术

可见光通信(Visible Light Communication，VLC)是一种利用波长范围在780～375nm(频率400THz～800THz)的可见光作为传输媒介的数据通信技术。现有的可见光通信系统中总是利用传统的白炽灯和节能灯作为光源，并通过广播的方式发出光信号，使得接收用户只能在所处于的光辐射区域内才可通信，若进入其他区域瞬间就会失去所要接收的连续信号，并且通常布局的光源范围较小，不是大型光阵列区域光源，这样通信的范围也就得到限制。加之广播方式上通信电路和照明电路一般开机就处于工作状态，这样在无接收端时就会造成不必要的能源浪费。因此在接收端的接收区域改变时，就缺少了区域间的越区切换功能，以达到连续保持通信且做到绿色通信。

随着照明科技的蓬勃发展，LED较之白炽灯和节能灯，具有功耗更低、工作电压更低、寿命更长、尺寸更小、更加耐热等优点，未来必将取代现有光源成为市场主流照明光源。利用LED开关时间短、容易实现高速调制的特性将信号调制到LED上进行传输，可见光通信既具有普通无线光通信传输速率快、容量大的优点，同时在通信的同时由于肉眼察觉不到高速明暗闪烁的传输信号，即不影响日常照明，且对人体无辐射伤害，是一种拥有发射功率高、没有电磁波辐射、频谱使用无需授权、信号之间无相互干扰和节能环保等优点，是一种绿色环保的无线通信技术，同时也为短距离无线通信提供了一种新的选择方式，推动着下一代无线网络的发展。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有基于传统光源的可见光通信系统难以达到连续保持通信且浪费能源的不足，提供一种可见光通信系统。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种可见光通信系统，主要由发端控制处理单元、光阵列单元和移动终端组成。发端控制处理单元包括外网接口、发端处理器、发端控制器、发端调制电路、发端解调电路和接收放大器。外网接口连接在发端处理器上。发端控制器与发端处理器相互连接。发端控制器的输出端连接发端调制电路的控制端。发端处理器的输出端连接发端调制电路的输入端。接收放大器的输出端连接发端解调电路的输入端，发端解调电路的输出端连接发端处理器的输入端。光阵列单元包括驱动电路、红外接收器和3组LED光源。驱动电路的输入端连接发端控制处理单元的发端调制电路的输出端。驱动电路的输出端分为3路载波输出端，每一路载波输出端各连接一组LED光源的输入端。红外接收器的输出端连接发端控制处理单元的接收放大器的输入端。移动终端包括滤波片组合、透镜、光电检测器、跨阻放大器、自动增益电路、低噪声放大器、滤波电路、限幅放大器、终端解调电路、终端控制器、终端处理器、终端调制电路和红外发送管。滤波片组合和透镜接收光阵列单元的LED光源发出的LED光信号，滤波片组合的输出端和透镜的输出端均与光电检测器的输入端相连。光电检测器的输出端连接跨阻放大器的输入端，跨阻放大器的输出端分别连接自动增益电路的输入端和低噪声放大器的输入端。自动增益电路的输出端经滤波电路后连接限幅放大器的输入端，限幅放大器的输出端连接终端解调电路的输入端，限幅放大器的输出端经终端解调电路连接终端处理器的输入端。低噪声放大器的输出端连接终端处理器的输入端。终端控制器和终端处理器相互连接。终端处理器的输出端经终端调制电路与红外发送管的输入端相连，红外发送管向光阵列单元的接收放大器发出红外光信号。

上述方案中，每组LED光源均由白光LED光源和RBG光LED光源构成。

与现有技术相比，本实用新型在利用白光LED和RGB LED光源组合起来，达到区域间自动链路转移和照明通信的功能，使得接收设备持续通信的跨区域连续性，照明需求的兼容性和绿色通信的节能性，同时利用先进的调制方式下的RGB LED阵列光源会大大提高用户数量和通信速率。光源布局结构下进行空分复用，相邻的光源区域是使用发送不同频率载波的白光LED光，不同频率载波各自对应携带不同自动链路转移信息进行区域切换控制，即达到相邻区域所用控制信号的载波频率不同，做到相互不干扰，再根据所要布局空间的具体大小，增减RGB LED与白光LED组合光阵列单元的数量，这样使得相邻区域使用光路切换控制的载波频率不同以达到空分复用来组成大的区群。

附图说明

图1为一种可见光通信系统的原理框图。

具体实施方式

一种可见光通信系统，如图1所示，其主要由发端控制处理单元、光阵列单元和移动终端组成。

上述发端控制处理单元包括外网接口、发端处理器、发端控制器、发端调制电路、发端解调电路和接收放大器。外网接口连接在发端处理器上。发端控制器与发端处理器相互连接。发端控制器的输出端连接发端调制电路的控制端。发端处理器的输出端连接发端调制电路的输入端。接收放大器的输出端连接发端解调电路的输入端，发端解调电路的输出端连接发端处理器的输入端。

上述光阵列单元包括驱动电路、红外接收器和3组LED光源。驱动电路的输入端连接发端控制处理单元的发端调制电路的输出端。驱动电路的输出端分为3路载波输出端，每一路载波输出端各连接一组LED光源的输入端。红外接收器的输出端连接发端控制处理单元的接收放大器的输入端。在本实用新型优选实施例中，每组LED光源均由白光LED光源和RBG光LED光源构成，此时每组LED光源均可发出白光和RBG光。由于本实用新型在通信的过程中要兼顾照明，因此在光阵列单元前端的光源部分加上了白光LED和RGBLED。因为白光LED的光效好的特性，而RGB-LED的显色性好的特性，所以这两种光源的结合能够在照明时达到互补的效果，这样采用这两种光源的结合便能够使得本实用新型在实现通信的前提下，获得更好的照明效果。

上述移动终端包括滤波片组合、透镜、光电检测器、跨阻放大器、自动增益电路、低噪声放大器、滤波电路、限幅放大器、终端解调电路、终端控制器、终端处理器、终端调制电路和红外发送管。滤波片组合和透镜接收光阵列单元的LED光源发出的LED光信号，滤波片组合的输出端和透镜的输出端均与光电检测器的输入端相连。光电检测器的输出端连接跨阻放大器的输入端，跨阻放大器的输出端分别连接自动增益电路的输入端和低噪声放大器的输入端。自动增益电路的输出端经滤波电路后连接限幅放大器的输入端，限幅放大器的输出端连接终端解调电路的输入端，限幅放大器的输出端经终端解调电路连接终端处理器的输入端。低噪声放大器的输出端连接终端处理器的输入端。终端控制器和终端处理器相互连接。终端处理器的输出端经终端调制电路与红外发送管的输入端相连，红外发送管向光阵列单元的接收放大器发出红外光信号。

本实用新型的下行链路的工作过程如下：外网信息通过外围接口进入到发端控制处理单元。发端处理器先对其数据分包并进行信道编码，再自行产生的三个相互独立的越区光链路切换信号，并把基带调制带宽内划分三个频带，发端处理器的信道编码、信号产生和频带划分均采用现有方法。发端调制电路对已编码信号进行调制，并把三种相互独立的越区光链路切换信号调制到划分的三个载波上并传输到后级的光阵列单元中。上述调制信号在发端控制器的控制下，分为两个时隙在对应的LED上进行交替依次独立传输，切换信号和通信数据信号放入两个相连的时隙组成一个周期的信号来传输。在经过编码调制后的外网信号发送到光阵列单元，当前光链路的RGB LED上以光信号发出，此时用于自动链路转移功能的白光LED不发出此功能的通信信号；三个独立并经过调制后的越区切换信号分别发送到各自的RGB LED与白光LED组合光阵列单元中的白光LED上以光信号发出，即用三个RGB LED与白光LED组合光阵列单元中的白光LED分别发送各自的三个独立的载波信号。对所述这两种信号进行时分复用，两个信号分为两个连续时隙依次交替传输。各路信号经过信道后，发送到移动终端上。移动终端通过滤波片分别得到携带外网通信数据的相互独立三色光，经过光电检测器、跨阻放大器、自动增益电路、滤波电路和限幅放大器后送入解调电路根据调制方式进行相应的解调，后发送到移动终端的处理器上进行信道解码，还原出原始数据供用户使用；而携带越区切换信号的光信号，经过透镜汇聚到对应接收波长的范围的光电检测器后，再经过跨阻放大器和低噪声放大电路放大后，这样光信号的强度就转化成了相对应的电信号的强度，在移动终端的处理器中自动链路转移模块对经过放大的电信号进行分析，分别对三个载波信号的强度进行对比分析，同时提取出移动终端所需的越区切换信号。移动终端中的控制器会在时钟同步的控制下，对上述的信道中传输的信号进行对应时隙的接收提取。

本实用新型的上行链路的工作过程如下：移动终端将发出两类信号，一类是越区光链路转移或保持当前光链路不变的交互确认信号；另一类是与外网数据进行交互的数据信号。两类信号都由移动终端的处理器上产生，并且进行调制后由移动终端的红外发送管以红外光发出，两类信号也将分时隙进行发送和加以不同帧头区分数据。红外光信号经过信道后由光阵列单元上的红外接收器接收，经过接收放大电路及解调电路后送达发端控制处理单元。发端控制处理单元的发端处理器对这两种信号的类型进行判别后，分别进行处理。越区光链路转移或保持当前光链路不变的交互确认信号由发端处理器处理后，决定链路的控制，即保持还是转移，同时决定使用三个光阵列单元其中一个LED光源链路进行数据信号的通信，而其它两个当前不使用白光LED通信的电路的区域在发端控制处理单元的发端控制器的控制下可处于休眠状态；在不需要照明时，发端控制器亦可控制关闭除保持链路外的两个区域的RGB LED阵列光照明功能以达到节能绿色通信效果。与外网数据进行交互的数据信号经过发端处理器中通信数据处理模块处理后，经过外网接口与外网进行信息交互。

Claims (2)

1.一种可见光通信系统，其特征在于：主要由发端控制处理单元、光阵列单元和移动终端组成；其中

发端控制处理单元包括外网接口、发端处理器、发端控制器、发端调制电路、发端解调电路和接收放大器；外网接口连接在发端处理器上；发端控制器与发端处理器相互连接；发端控制器的输出端连接发端调制电路的控制端；发端处理器的输出端连接发端调制电路的输入端；接收放大器的输出端连接发端解调电路的输入端，发端解调电路的输出端连接发端处理器的输入端；

光阵列单元包括驱动电路、红外接收器和3组LED光源；驱动电路的输入端连接发端控制处理单元的发端调制电路的输出端；驱动电路的输出端分为3路载波输出端，每一路载波输出端各连接一组LED光源的输入端；红外接收器的输出端连接发端控制处理单元的接收放大器的输入端；

移动终端包括滤波片组合、透镜、光电检测器、跨阻放大器、自动增益电路、低噪声放大器、滤波电路、限幅放大器、终端解调电路、终端控制器、终端处理器、终端调制电路和红外发送管；滤波片组合和透镜接收光阵列单元的LED光源发出的LED光信号，滤波片组合的输出端和透镜的输出端均与光电检测器的输入端相连；光电检测器的输出端连接跨阻放大器的输入端，跨阻放大器的输出端分别连接自动增益电路的输入端和低噪声放大器的输入端；自动增益电路的输出端经滤波电路后连接限幅放大器的输入端，限幅放大器的输出端连接终端解调电路的输入端，限幅放大器的输出端经终端解调电路连接终端处理器的输入端；低噪声放大器的输出端连接终端处理器的输入端；终端控制器和终端处理器相互连接；终端处理器的输出端经终端调制电路与红外发送管的输入端相连，红外发送管向光阵列单元的接收放大器发出红外光信号。

2.根据权利要求1所述的一种可见光通信系统，其特征在于：每组LED光源均由白光LED光源和RBG光LED光源构成。