[發明專利]一種能量自給的可見光無線通信系統

在審

• 申請號: 201410421253.6
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN104168062A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 陳雄斌;郭俊清;李洪磊;陳弘達
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H02S10/00;H02S10/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

1.一種能量自給的可見光無線通信系統，其特征在于，該系統包括計算機(1)，信號發送調制模塊(2)，LED直流驅動電源(3)，LED光源(4)，硅光電池陣列(5)，交流濾波電路(6)，第一升壓變換器(7)，鋰電池(8)，第二升壓變換器(9)，數據存儲器(10)，直流濾波電路(12)，放大解調電路(13)和終端設備(14)，其中：

在發送端，計算機(1)發送信號，該信號被傳輸給信號發送調制模塊(2)；信號發送調制模塊(2)對該信號進行開關鍵控(OOK)調制，并通過Bias-T將調制信號加載到LED直流驅動電源(3)，使得直流驅動電源(3)的輸出電流包含了直流分量和調制電流分量；直流分量為LED光源(4)供電，調制電流分量對應轉換成光強的變化，通過自由空間傳輸；

在接收端，硅光電池陣列(5)作為探測器，接收LED光源(4)發出的光，基于光電轉換原理，將光轉換成電壓；硅光電池陣列(5)輸出電壓包括直流電壓分量和交變電壓分量兩部分；交流濾波電路(6)濾除交流電壓分量，提取直流電壓分量為數據存儲器(10)和放大解調電路(13)供電；直流濾波電路(12)濾除硅光電池陣列(5)輸出電壓中的直流電壓分量，交流電壓分量通過放大解調電路(13)解調恢復為原始信號，該原始信號被傳輸到終端設備(14)，完成通信。

2.根據權利要求1所述的能量自給的可見光無線通信系統，其特征在于，在接收端，交流濾波電路(6)濾除交流電壓分量，提取直流電壓分量為數據存儲器(10)和放大解調電路(13)供電，采用以下兩種方式：

一種是交流濾波電路(6)提取的直流電壓分量通過第一升壓變換器(7)進行升壓變換后為鋰電池(8)充電，同時鋰電池(8)輸出電壓通過第二升壓變換器(9)升壓后對數據存儲器(10)和放大解調電路(13)供電；

另一種是交流濾波電路(6)提取的直流電壓分量通過第一升壓變換器(7)進行升壓變換后直接為數據存儲器(10)和放大解調電路(13)供電。

3.根據權利要求1所述的能量自給的可見光無線通信系統，其特征在于，所述LED光源(4)為大功率光源，同時作為通信光源和供能光源，實現光能的復用。

4.根據權利要求3所述的能量自給的可見光無線通信系統，其特征在于，所述LED光源(4)作為通信光源，信號通過所述信號發送調制模塊(2)和LED直流驅動電源(3)加載到所述LED光源(4)上，數字信號中的0和1對應轉換成光強的變化，并且光通過自由空間傳輸，實現無線通信。

5.根據權利要求3所述的能量自給的可見光無線通信系統，其特征在于，所述LED光源(4)作為供能光源，大功率LED發出的一定功率的光，通過自由空間達到所述硅光電池陣列(5)表面，基于光電轉換原理，將光能轉換為電能。

6.根據權利要求1所述的能量自給的可見光無線通信系統，其特征在于，所述硅光電池陣列(5)用做可見光探測器，基于光電轉換原理，硅光電池陣列輸出電壓值與入射光照強度成正相關，硅光電池陣列輸出的電壓包括直流電壓和交變電壓兩部分，通過濾波電路將直流電壓和交變電壓分離；

對于分離出的交流電壓分量，硅光電池陣列將變化的光強度信號轉換成對應的電壓信號，此電壓信號與硅光電池陣列探測到的光強度值成正相關；通過提取該交流電壓分量，能夠恢復出原始信號；

對于分離出的直流電壓分量，有兩種方式對外供電：直接供電的方式和對蓄電池充電再由蓄電池對外供電的方式。

7.根據權利要求1所述的能量自給的可見光無線通信系統，其特征在于，所述硅光電池陣列(5)由串聯和并聯的硅光電池構成。

8.根據權利要求1所述的能量自給的可見光無線通信系統，其特征在于，所述第一升壓變換器(7)和所述第二升壓變換器(9)用于提高電壓值，以滿足電路工作電壓和穩定供電。

9.根據權利要求1所述的能量自給的可見光無線通信系統，其特征在于，所述放大解調電路(13)與所述數據存儲器(10)連接，在交流電壓分量通過放大解調電路(13)解調恢復為原始信號后，所述放大解調電路(13)將原始信號存儲到數據存儲器(10)再讀取，以保障電池充電過程中不會有數據丟失。

10.根據權利要求9所述的能量自給的可見光無線通信系統，其特征在于，所述放大解調電路(13)用于對交流電壓分量進行放大、濾波和整形，恢復為原始信號。