[發(fā)明專利]基于激光可見光通信的無線路由器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710341498.1
• 申請(qǐng)日: 2017-05-16
• 公開（公告）號(hào): CN107204929A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李陽;何晶;鄧銳;陳林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/771
• 分類號(hào): H04L12/771;H04B10/116;H04B10/40;H04B13/02;H04J1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于可見光通信(Visible Light Communication,縮寫為VLC)技術(shù)領(lǐng)域。

(二)背景技術(shù)

可見光通信技術(shù)(Visible Light Communication,VLC)是指利用可見光波段的光作為信息載體，無需電纜或光纜等有線信道的傳輸介質(zhì)，在空氣中直接傳輸光信號(hào)的通信方式。這種通信方式，無電磁輻射，綠色低碳，可有效避免無線電通信中電磁信號(hào)泄漏等弱點(diǎn)。利用可見光通信，可構(gòu)建抗干擾的安全通信環(huán)境。

可見光通信可利用普通的商用化LED燈作為發(fā)射模塊，能夠在保證照明的情況下，進(jìn)行通信。近來，基于LED燈的可見光通信技術(shù)引起了工業(yè)界及學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。然而，基于商業(yè)化LED燈的可見光通信系統(tǒng)的速率目前往往受限于LED的調(diào)制帶寬。因此，為了實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率，近來有研究者提出使用激光二極管(LD)來替代LED實(shí)現(xiàn)基于激光的可見光通信(VLLC)。激光可見光通信得益于光源的優(yōu)勢(shì)，相比于基于LED的可見光通信，能夠獲得更高的傳輸速率。目前，它被認(rèn)為在未來高速室內(nèi)無線光網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)中心中有著良好的應(yīng)用潛力。另外，VLLC系統(tǒng)中的光鏈路可采用激光束進(jìn)行信號(hào)傳輸。而激光束的遠(yuǎn)距離傳輸能力非常強(qiáng)，即使是功率低至10mW的激光束，都可以在天氣晴朗的夜空中傳輸超百米的距離。因此，VLLC通信系統(tǒng)也可用于實(shí)現(xiàn)相近樓隔間的無線通信。再者，常規(guī)無線電通信在水下幾乎無法使用并且常規(guī)水下通信方式(如，次聲波通信)速率較慢，而研究表明可見光波段中的藍(lán)綠光在水中的衰減系數(shù)比較小，因此，基于藍(lán)綠光的VLLC系統(tǒng)也可用于實(shí)現(xiàn)高速的水下通信系統(tǒng)。

實(shí)際中，目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)利用紅外激光通信設(shè)備用于搭建樓宇間的無線通信鏈路。但是，紅外激光相比于可見光波段激光，在空氣中的衰減度更大。同時(shí)，紅外激光不可見，在安裝紅外激光通信設(shè)備時(shí)，實(shí)現(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)需要采取額外的措施。因此，采用激光可見光實(shí)現(xiàn)樓宇間無線鏈路，相比于采用紅外激光，在上述方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。此外，紅外激光通信亦不適合用于水下進(jìn)行通信，在這方面，VLLC系統(tǒng)具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。

正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)，是一種多載波調(diào)制技術(shù)，可有效抵抗多徑效應(yīng)，抵抗符號(hào)間干擾，同時(shí)，OFDM技術(shù)可適應(yīng)不同設(shè)計(jì)需求，靈活分配數(shù)據(jù)容量和功率，便于提供靈活的高速和變速綜合數(shù)據(jù)傳輸，再者，OFDM技術(shù)可將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，這將大大消除信號(hào)波形間的干擾，從而提高信號(hào)傳輸?shù)念l譜效率。根據(jù)不同的接收方式，OFDM可分為直接檢測(cè)(DD,Direct Detection) –OFDM和相干檢測(cè)(CD，Coherent Detection)–OFDM。其中，直接檢測(cè)OFDM，是采用強(qiáng)度調(diào)制進(jìn)行單路發(fā)射，然后單路接收并檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行的傳輸方式。采用直接檢測(cè)OFDM，可實(shí)現(xiàn)單燈單檢測(cè)器的VLLC系統(tǒng)，同時(shí)可提高VLLC 系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)念l譜效率，降低系統(tǒng)對(duì)激光二極管的調(diào)制帶寬需求。

本發(fā)明，將基于OFDM及激光可見光通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能夠進(jìn)行無線鏈接、遠(yuǎn)程傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置，即一種無線路由裝置。值得一提的是本裝置將具備網(wǎng)絡(luò)接口，并主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。之所以這樣做，也是由于目前數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信的便捷性，同時(shí)通過網(wǎng)口可以輕松實(shí)現(xiàn)與電腦上軟件的對(duì)接。

(三)發(fā)明內(nèi)容

從上文可知，本發(fā)明的目的是提供一種基于OFDM技術(shù)、激光可見光通信技術(shù)的無線連接路由器。本發(fā)明的具體方案如下：

裝置為全雙工收發(fā)裝置。其中，發(fā)送端包括：以太網(wǎng)接口模塊(以太網(wǎng)芯片等組成，芯片工作于全雙工模式)、信號(hào)調(diào)制模塊(由數(shù)字電路芯片及外圍電路組成)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片及其外圍電路組成)、發(fā)射信號(hào)處理模塊(由直流偏置電路、信號(hào)放大電路等組成)、可見激光發(fā)射模塊(由激光二極管、透鏡等組成)。接收端包括：光電探測(cè)接收模塊(由光電二極管、透鏡等組成)、接收信號(hào)處理模塊(信號(hào)放大電路等組成)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片及其外圍電路組成)、信號(hào)解調(diào)模塊(由數(shù)字電路芯片及外圍電路組成)、以太網(wǎng)接口模塊(以太網(wǎng)芯片等組成)。其中，發(fā)射端的信號(hào)調(diào)制模塊可與接收端的信號(hào)解調(diào)模塊共用一個(gè)數(shù)字電路芯片，全雙工模式下的以太網(wǎng)接口亦可被發(fā)射端與接收端共用。

本裝置的詳細(xì)組成情況、工作原理及工作過程詳見本說明書(四)、(五)、 (六)。

(四)附圖說明

圖1是本發(fā)明的裝置示意圖。

圖2是一實(shí)驗(yàn)示意圖。它示意表示使用本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電腦通過無線連接進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的情況。