[發(fā)明專利]可見光攜能通信系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310258537.3
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103346834A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃浩;錢驊;姚賽杰;楊秀梅;應(yīng)凱
• 申請（專利權(quán)）人: 上海無線通信研究中心;中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可見光攜能通信系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

無線通信系統(tǒng)通過信號的無線傳輸使得人們在通信過程中擺脫了信號線的約束。但是，在給無線通信設(shè)備充電的過程中，我們依舊受制于電源線在空間上的限制。無線能量傳輸（Wireless?Power?Transfer，WPT）技術(shù)的研究同樣也是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同關(guān)心的熱點(diǎn)問題。

申請?zhí)枮?00780053126.3的中國專利公開了一種采用諧振器發(fā)射和接收電磁波實(shí)現(xiàn)能量無線傳輸?shù)姆椒ā９嫣枮閁S8378523B2的美國專利則采用電磁線圈的方式來完成能量的無線收發(fā)。申請?zhí)枮?01110264296.4的中國專利公開了一種基于激光諧振耦合方式的無線能量傳輸裝置及方法。申請?zhí)枮?00680043403.8的中國專利則公開了一種對射頻（Radio?Frequency，RF）信號進(jìn)行能量收集的裝置。申請?zhí)枮?01010250707.X的中國專利公開了一種傳感器系統(tǒng)，能夠從外界收集能源信號并將其轉(zhuǎn)換為能量。

在信息與能量同時(shí)進(jìn)行無線傳輸方面，公告號為US20130005252A1和US20130069441A1的美國專利中將無線能量傳輸與無線信號收發(fā)分別通過電磁線圈和天線來實(shí)現(xiàn)。申請?zhí)枮?00980156736.5的中國專利公開了一種基于電磁耦合原理的天線，可用于信息和能量的同時(shí)傳輸。申請?zhí)枮?01210412054.X的中國專利公開了一種基于磁共振的無線能量及信號的協(xié)同傳輸系統(tǒng)，其中，驅(qū)動(dòng)模塊在給負(fù)載模塊提供能量的同時(shí)也可以與其進(jìn)行信息交互。申請?zhí)枮?01020233192.8的中國專利公開了一種基于諧振器的加載有無線控制信號的能量傳輸系統(tǒng)。公告號為US20120287985A1的美國專利采用諧振體進(jìn)行能量和信息的無線傳輸。基于電磁感應(yīng)的原理采用電磁線圈同時(shí)進(jìn)行能量與數(shù)據(jù)的無線傳輸?shù)募夹g(shù)方案最為普遍，公告號為US7960867B2、US8247926B2、US8315561B2和US20120299389A1的美國專利等均采用這一方式。

然而，上述的無線信息與能量的同時(shí)傳輸技術(shù)存在如下缺陷：

（1）基于電磁耦合、磁共振、諧振體、電磁線圈等方案的傳輸技術(shù)的傳輸距離短、能量傳輸效率低、受方向性的制約非常嚴(yán)重，故其應(yīng)用范圍受到較大的限制；

（2）基于RF信號的無線能量收集方案的可行性較低，由于天線接收到的射頻信號的能量非常小，不足以提供充電電流，故可實(shí)現(xiàn)性不強(qiáng)；

（3）由于路徑損耗嚴(yán)重，能量收集效率低，在發(fā)射端需要釋放功率很大的電磁信號或者RF信號，將會對環(huán)境造成電磁污染，并且對人體有危害；更為嚴(yán)重的是，譬如頻譜資源稀缺等問題使得基于電磁/RF信號的無線能量與信息傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效果較差。

當(dāng)前迅猛增長的無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量與極度稀缺的RF頻譜資源的矛盾日益凸顯出來。采用超寬光譜頻段（400THz～790THz）的可見光通信（Visible?Light?Communication，VLC）技術(shù)突破了頻譜資源的限制，是提供大容量的無線通信的潛在解決方案。典型的照明設(shè)施端可見光攜能通信系統(tǒng)與傳統(tǒng)的射頻收發(fā)器最大的不同在于：將射頻前端更換為可見光收發(fā)器。在發(fā)射端，首先將數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換（Digital-to-Analog?Converter，DAC），變成幅度變化的模擬信號，來控制發(fā)光二極管（Lighting?Emitting?Diode，LED）的亮度變化，從而將信息加載到肉眼無法覺察的高速明暗光信號中。在接收端，光電檢測器（Photo?Diode，PD）捕獲并檢測到光信號亮度的變化，輸出相應(yīng)變化的電信號，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital?Converter，ADC）采樣變?yōu)閿?shù)字信號，隨后在數(shù)字域進(jìn)行解調(diào)、判決等處理。因此，光通信作為無線通信演進(jìn)的一種特殊形式，以其收發(fā)功耗低、不受復(fù)雜的電磁干擾、信息傳輸安全性強(qiáng)等特性，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的眾多關(guān)注。例如，公告號為US8019229B2，US8295705B2的美國專利和公告號為CN102246432A，CN102244635A的中國專利中均提出了可見光通信系統(tǒng)構(gòu)架及實(shí)現(xiàn)方法等。公開號為200880007596.0的中國專利則公開了一種采用太陽能電池板對可見光信號的能量進(jìn)行采集并對后續(xù)的信息解調(diào)等處理提供能源的方法。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種可見光攜能通信系統(tǒng)及方法，其基于可見光通信的信號特性，通過可見光信號實(shí)現(xiàn)了信號與能量的中短距離的無線傳輸。