[發明專利]一種用于無線光通信的多光譜LED調制光源

有效

• 申請號: 201410546681.1
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104320197B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 唐義;黃河清;張學彬;崔璐;朱慶煒
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04B10/516
• 分類號: H04B10/516
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 仇蕾安

技術領域

本發明涉及無線光通信所用的發射光源，尤其是紫外到近紅外譜段的調制光源。

背景技術

隨著平板電腦等個人網絡設備的普及和網絡服務的多樣化，人們對無線網絡的需求和依賴不斷增加，傳統的WIFI無線網絡已經不能滿足日益增長的需求。作為新興的無線通信技術，無線光通信可以與現有無線通信網絡結合，成為下一代無線通信網絡的重要組成部分。美國電氣和電子工程師協會(IEEE)已經為可見光譜段的無線通信制定了標準802.15.7以指導無線光通信系統的設計，英國、日本和韓國等國家的研究者也設計了一些系統模型。

與傳統的射頻通信技術相比，無線光通信技術具有不需要譜段授權、沒有電磁干擾和不易被竊聽的優點。其中可見光譜段的無線光通信，還可以在完成照明功能的同時實現高速的數據通信，以減小能耗。因此適合用于室內家居和一些對電磁干擾敏感場合如醫院的無線通信。由于光信號不能穿過墻壁，也可以由光學天線控制方向，因此其具有天然的小區分隔，并可以通過空分復用來提高信道的容量，非常適用于人口密度較大場合的通信。如會議會場。

當前的無線光通信系統大多是分別基于紫外LED、白光LED或者RGB三色LED，并沒有出現將所有可用的LED譜段集成在一起的多光譜通信系統，大氣中的光譜信道資源沒有得到完全利用。目前基于紫外、可見光和近紅外LED無線光通信系統的光源大多是使用LED直接對大氣進行光信號發射或者簡單地經過凸透鏡進行發射，并沒有相應的光學發射天線設計，因而在能量聚焦、光束定向和信道的空分復用方面存在缺陷。

發明內容

本發明的任務在于提供一種基于LED陣列，能夠同時發送從紫外到近紅外譜段多譜段無線光信號，并具有光學發射天線的多光譜無線光通信光源。

其技術解決方案是：

一種用于無線光通信的多光譜LED調制光源，其特征在于包括信源，信號處理和調制電路、數字電源電路、多光譜LED驅動電路、LED驅動電源、LED發射子系統和光學發射天線7個部分。其中信源把對輸出光信號的各個參數的要求發送給信號處理和調制電路，同時發送通信數據；信號處理和調制電路在接收到來自信源的控制指令和通信信號之后，產生多路相應頻率和調制方式的調制信號，同時向信源反饋運行狀態，并將調制后的電信號分別發送給多路多光譜LED驅動電路；每路多光譜LED驅動電路將調制信號轉化為特定LED陣列所需的大功率電流信號，然后發送給對應的LED發射子系統；LED發射子系統共有多個，每個LED子系統都包含特定譜段的LED陣列及其固定和散熱結構。所有LED發射子系統在光學發射天線內拼接，再利用光學發射天線將各個譜段的光信號整合到一起發射。該系統的光譜覆蓋范圍為200到1000納米。

上述多路LED發射子系統中的LED使用的分別是紫外、可見光和近紅外LED陣列。對于每路信號，所支持的最大輸出電壓為75V，最大輸出電流為500mA。

上述信號處理和調制電路包括FPGA處理器，FLASH存儲器，通信接口處理器，電源模塊和信號整形模塊。根據信源發送的控制指令和通信信號，通過調制算法產生相應頻率和調制方式的調制信號，并將調制信號整形，發送到多光譜LED驅動電路，同時將內部運行狀態反饋給信源。

上述多光譜LED驅動電路包括LED驅動器芯片和反饋，利用調制信號控制LED驅動器芯片，可將TTL電平標準的調制信號轉化為驅動LED陣列所需的電流信號；通過調整反饋，可以對LED陣列的驅動電流進行調整，從而調整LED的平均發射光強度。

上述光學發射天線還包括光束整形系統和混光板。通過光束整形系統調節光束的發散角，通過混光板將多光譜信號融合，在實現無線光通信的同時達到照明的效果。通過調整各譜段LED陣列的相對光強，可以按需求改變混光后出射光的整體顏色。

上述光束整形系統包括微透鏡陣列和變焦距光學子系統；微透鏡陣列將LED發射子系統發出來的光束整形為一束平行光，再利用變焦距光學子系統根據需要將光束的發散角在0°到45°之間進行調節；變焦距光學子系統由3到4片透鏡組成。

上述混光板為像擴散混光板，可以將多個LED陣列整形發出的多光譜信號混合，并且在不改變配光曲線的前提下實現光線均勻輸出，并防止眩光。

本發明具有以下有益技術效果

本發明同現有技術中“紫外調制光源”相比，具有以下優點：

(1)能夠同時發射多路多光譜調制信號，譜段覆蓋范圍從200nm到1000nm，即紫外到近紅外光的光譜范圍。在實現照明功能、控制照明光顏色的同時實現了波分復用的無線光通信。