[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

技術領域

本發明涉及可見光通信技術領域，特別涉及一種基于光能復用技術和系統自我供能技術的能量自給的可見光無線通信系統。

背景技術

基于LED的可見光通信(VLC)系統將照明與通信融合，是一種新興的光無線通信技術。LED光源具有響應速度快，壽命長，低功耗的特點。近年來，隨著LED發光效率的不斷提高，LED正在逐漸取代白熾燈成為下一代照明光源。VLC具有更高的安全性和私密性，不產生電磁干擾，也無需相應頻段的許可授權，是射頻通信之外的另一種無線通信方式。VLC正在成為國內外研究的熱點。文獻：Aleksandar?Jovicic?et?al，“Visible?Light?Communication：Opportunities，Challenges?and?the?Path?to?Market”，IEEE?Communications?Magazine，Vol.51，no.12，p.26-32(2013)。

硅光電池用于可見光通信的研究還很少。韓國的科研人員首先研究了硅光電池接收可見光信號的可行性和頻率響應特性。文獻：Sung-Man?Kim?et?al.，“Simultaneous?reception?of?solar?power?and?visible?light”，Optical?Engineering，Vol.53，no.4(2014)。

目前，可見光通信系統中，多用PIN或APD等光電轉換元件做光接收器，經過后端電路實現信號的放大、濾波、解調等。接收機的工作電流由外部電源提供。這就限制了接收機的自由移動性。而用電池供電又不能長時間持續供電。所以本發明提出用硅光電池作為光接收機，在接收信號的同時實現光電轉換，給蓄電池充電，為工作電路提供電源，而不需要任何外部電源，實現了真正意義上的自由移動通信。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種能量自給的可見光無線通信系統，以充分利用光能量，實現接收機的能量自給。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種能量自給的可見光無線通信系統，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。

上述方案中，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。

上述方案中，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。

上述方案中，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。

上述方案中，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。