CN205883245U - 一种基于led的可见光通信系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于LED的可见光通信系统，其由发射装置、光学天线和接收装置组成。光学天线包括光学发射天线和光学接收天线。发射装置包括发射主控模块、N‑nDPAPM编码调制模块、N个LED恒流驱动模块和N个LED光源。接收装置包括光电检测模块、跨阻放大模块、模数转换模块、N‑nDPAPM解码解调模块和接收主控模块。本实用新型采用N‑nDPAPM调制技术，将脉冲幅度调制(MPAM)和n维脉冲位置调制(nDPPM)这两者相结合，既降低了系统对带宽的要求，提高了信息传输速率，又增强了系统可靠性。相对于单输入单输出(SISO)系统而言，该系统可增大信道容量。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种基于LED的可见光通信系统。
背景技术
与传统的照明设备相比，白光LED具有功耗低、使用寿命长、尺寸小、易驱动、绿色环保等优点，被视为第四代节能环保型照明产品。由于照明LED的一般工作功率都大于10W，因而为可见光通信提供了很好的保障条件。可见光通信(VLC)以LED为光源，以可见光为信息载体，大气为信道，光电检测模块(PD)为接收机，实现了LED照明兼通信双重功能。VLC的安全性高，保密性好，尤其适合应用在射频(RF)敏感区域，是对现有RF通信系统的有效补充。
采用何种调制方法将待传送信息加载到可见光上，以及何种解调方法将待传送信息从可见光中分离出来，对于可见光通信的性能产生至关重要的影响。典型的强度调制/直接检测(IM-DD)技术较为简单，易实现，但抗噪声性能差。脉冲幅度调制(PAM)可有效利用带宽，但增加了系统对接收机的要求。传统脉冲位置调制(PPM)技术有较高的功率利用率，但增加了系统对带宽的要求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的是现有调制解调方法无法保证可见光的可靠性和有效性的问题，提供一种基于LED的可见光通信系统。
为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种基于LED的可见光通信系统，由发射装置、光学天线和接收装置组成。上述光学天线包括光学发射天线和光学接收天线。上述发射装置包括发射主控模块、N-nDPAPM编码调制模块、N个LED恒流驱动模块和N个LED光源；发射主控模块的输出端连接N-nDPAPM编码调制模块的输入端，N-nDPAPM编码调制模块的N个输出端各与一个LED恒流驱动模块的输入端连接，N个LED恒流驱动模块的输出端分别连接N个LED光源的输入端，LED光源的输出端连接光学发射天线的输入端。上述接收装置包括光电检测模块、跨阻放大模块、模数转换模块、N-nDPAPM解码解调模块和接收主控模块；光学接收天线的输出端连接光电检测模块，光电检测模块的输出端连接跨阻放大模块的输入端，跨阻放大模块的输出端连接模数转换模块的输入端，模数转换模块的输出端连接N-nDPAPM解码解调模块的输入端，N-nDPAPM解码解调模块的输出端连接接收主控模块的输入端。上述N和n均为大于1的正整数。
上述方案中，N-nDPAPM编码调制模块包括信道编码模块、N个n维PPM映射模块、N个n维PPM调制模块、N个MPAM映射模块和N个MPAM调制模块。信道编码模块的输入端构成N-nDPAPM编码调制模块的输入端；信道编码模块的输出端分为N路，每一路依次连接1个n维PPM映射模块、1个n维PPM调制模块、1个MPAM映射模块和1个MPAM调制模块；N个MPAM调制模块的输出端构成N-nDPAPM编码调制模块的N个输出端；上述M为大于1的正整数。
上述方案中，N-nDPAPM解码解调模块包括MPAM解调模块、n维PPM解调模块、n维PPM解映射模块、对数最大似然估计模块和信道解码模块。MPAM解调模块的输入端构成N-nDPAPM解码解调模块的输入端；MPAM解调模块的输出端连接n维PPM解调模块的输入端，n维PPM解调模块的n个输出端连接n维PPM解映射模块的n个输入端，n维PPM解映射模块的输出端连接对数最大似然估计模块的输入端，对数最大似然估计模块的输出端连接信道解码模块的输入端；信道解码模块的输出端构成N-nDPAPM解码解调模块的输出端；上述M为大于1的正整数。
上述方案中，LED光源为白光LED。
上述方案中，光学发射天线为扩束光学透镜，光学接收天线为滤光片组和聚光透镜。
与现有技术相比，本实用新型采用N-nDPAPM调制技术，将脉冲幅度调制(MPAM)和n维脉冲位置调制(nDPPM)这两者相结合，既降低了系统对带宽的要求，提高了信息传输速率，又增强了系统可靠性。相对于单输入单输出(SISO)系统而言，该系统可增大信道容量。
附图说明
图1为一种基于LED的可见光通信系统框图。
具体实施方式
为了更好的理解本实用新型，下面结合实例和附图对本实用新型做进一步的描述。
一种基于LED的可见光通信系统，如图1所示，由发射装置、光学天线和接收装置组成。
上述光学天线包括光学发射天线和光学接收天线。光学发射天线为扩束光学透镜(expanding telescope)，能有效减少发射光束的发散角。光学接收天线为滤光片组和聚光透镜，能增强照射到光电检测模块表面的光强。
上述发射装置包括发射主控模块、N-nDPAPM编码调制模块、N个LED恒流驱动模块和N个LED光源。发射主控模块的输出端连接N-nDPAPM编码调制模块的输入端，N-nDPAPM编码调制模块的N个输出端各与一个LED恒流驱动模块的输入端连接，N个LED恒流驱动模块的输出端分别连接N个LED光源的输入端，LED光源的输出端连接光学发射天线的输入端。LED光源为白光LED。发射主控模块将外网信息处理为二进制码元输入到N-nDPAPM编码调制模块；N-nDPAPM编码调制模块完成对数据的n维PPM调制和MPAM调制；LED恒流驱动模块完成对LED光源的恒流驱动；LED光源经由光学发射天线向外发出可见光。
N-nDPAPM编码调制模块包括信道编码模块、N个n维PPM映射模块、N个n维PPM调制模块、N个MPAM映射模块和N个MPAM调制模块。信道编码模块的输入端构成N-nDPAPM编码调制模块的输入端。信道编码模块的输出端分为N路，每一路依次连接1个n维PPM映射模块、1个n维PPM调制模块、1个MPAM映射模块和1个MPAM调制模块，即信道编码模块的一个输出端连接1个n维PPM映射模块的输入端，该n维PPM映射模块的n个输出端连接1个n维PPM调制模块的n个输入端，该n维PPM调制模块的输出端连接1个MPAM映射模块的输入端，该MPAM映射模块的输出端连接1个MPAM调制模块的输入端，该MPAM调制模块的输出端连接1个MPAM调制模块的输入端。N个MPAM调制模块的输出端构成N-nDPAPM编码调制模块的N个输出端。在本实用新型优选实施例中，信道编码模块、n维PPM映射模块、n维PPM调制模块和MPAM映射模块在FPGA中实现。MPAM调制为硬件电路实现，多比特MPAM映射信息并行输入，控制LED恒流驱动电路中LED两端M个不同的偏置电压值，进而输出M个不同光强的可见光信号。
上述接收装置包括光电检测(PD)模块、跨阻放大(TIA)模块、模数转换(ADC)模块、N-nDPAPM解码解调模块和接收主控模块。光学接收天线的输出端连接光电检测模块，光电检测模块的输出端连接跨阻放大模块的输入端，跨阻放大模块的输出端连接模数转换模块的输入端，模数转换模块的输出端连接N-nDPAPM解码解调模块的输入端，N-nDPAPM解码解调模块的输出端连接接收主控模块的输入端。光电检测模块位于聚光透镜焦点处，完成N路并行光信号的接收和光电转换；TIA模块完成对光电检测模块输出的微弱电信号的放大；模数转换模块完成对N-nDPAPM调制信号的模数转换；N-nDPAPM解码解调模块完成MPAM硬解调和n维PPM信号软解调；接收主控模块将信息显示在上位机界面，便于用户查看。
N-nDPAPM解码解调模块包括MPAM解调模块、n维PPM解调模块、n维PPM解映射模块、对数最大似然估计模块和信道解码模块。MPAM解调模块的输入端构成N-nDPAPM解码解调模块的输入端。MPAM解调模块的输出端连接n维PPM解调模块的输入端，n维PPM解调模块的n个输出端连接n维PPM解映射模块的n个输入端，n维PPM解映射模块的输出端连接对数最大似然估计模块的输入端，对数最大似然估计模块的输出端连接信道解码模块的输入端。信道解码模块的输出端构成N-nDPAPM解码解调模块的输出端。在本实用新型优选实施例中，n维PPM解调模块、n维PPM解映射模块、对数最大似然估计模块和信道解码模块在FPGA中实现。所述MPAM解调为硬件电路实现，通过ADC模块和多级比较器判决解调MPAM信号。
上述N、n和M均为大于1的正整数。N由信道编码决定，一帧数据分成N路并行传输，每路传输不同的数据，接收端组合起来就是源码，可提高传输速率。n是维数即时隙数。M为PAM调制的电平数。当N＝2，n＝M＝4时，为2-4DPPM-4PAM(2-4DPAPM)编码调制。
Claims (5)
1.一种基于LED的可见光通信系统，由发射装置、光学天线和接收装置组成；其特征在于：
上述光学天线包括光学发射天线和光学接收天线；
上述发射装置包括发射主控模块、N-nDPAPM编码调制模块、N个LED恒流驱动模块和N个LED光源；发射主控模块的输出端连接N-nDPAPM编码调制模块的输入端，N-nDPAPM编码调制模块的N个输出端各与一个LED恒流驱动模块的输入端连接，N个LED恒流驱动模块的输出端分别连接N个LED光源的输入端，LED光源的输出端连接光学发射天线的输入端；
上述接收装置包括光电检测模块、跨阻放大模块、模数转换模块、N-nDPAPM解码解调模块和接收主控模块；光学接收天线的输出端连接光电检测模块，光电检测模块的输出端连接跨阻放大模块的输入端，跨阻放大模块的输出端连接模数转换模块的输入端，模数转换模块的输出端连接N-nDPAPM解码解调模块的输入端，N-nDPAPM解码解调模块的输出端连接接收主控模块的输入端；
上述N和n均为大于1的正整数。
2.根据权利要求1所述的一种基于LED的可见光通信系统，其特征在于：N-nDPAPM编码调制模块包括信道编码模块、N个n维PPM映射模块、N个n维PPM调制模块、N个MPAM映射模块和N个MPAM调制模块；
信道编码模块的输入端构成N-nDPAPM编码调制模块的输入端；信道编码模块的输出端分为N路，每一路依次连接1个n维PPM映射模块、1个n维PPM调制模块、1个MPAM映射模块和1个MPAM调制模块；N个MPAM调制模块的输出端构成N-nDPAPM编码调制模块的N个输出端；
上述M为大于1的正整数。
3.根据权利要求1所述的一种基于LED的可见光通信系统，其特征在于：N-nDPAPM解码解调模块包括MPAM解调模块、n维PPM解调模块、n维PPM解映射模块、对数最大似然估计模块和信道解码模块；
MPAM解调模块的输入端构成N-nDPAPM解码解调模块的输入端；MPAM解调模块的输出端连接n维PPM解调模块的输入端，n维PPM解调模块的n个输出端连接n维PPM解映射模块的n个输入端，n维PPM解映射模块的输出端连接对数最大似然估计模块的输入端，对数最大似然估计模块的输出端连接信道解码模块的输入端；信道解码模块的输出端构成N-nDPAPM解码解调模块的输出端；
上述M为大于1的正整数。
4.根据权利要求1所述的一种基于LED的可见光通信系统，其特征在于：LED光源为白光LED。
5.根据权利要求1所述的一种基于LED的可见光通信系统，其特征在于：光学发射天线为扩束光学透镜，光学接收天线为滤光片组和聚光透镜。
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| CN106130637B (zh) * | 2016-07-26 | 2018-06-01 | 桂林电子科技大学 | 一种基于led的可见光通信系统和方法 |
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| CN107342812B (zh) * | 2017-07-06 | 2019-09-13 | 吉林大学 | 人眼不可感知vlc装置及方法 |
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