[發明專利]一種基于空間合成調制的可見光通信系統及實現方法

有效

• 申請號: 201811517852.2
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109462437B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 楊彥兵;羅駿;陳晨;陳良銀;陳碩;王偉;郭敏;王浩
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B10/516
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于空間合成調制的可見光通信系統及實現方法。其系統主要包括發射機和接收終端；其中發射機部分包括信息前向編碼模塊、直流平衡編碼模塊、空間合成調制模塊和LED發射前端，信息前向編碼模塊采用無比率編碼方式對輸入信息進行編碼，并分割信息產生編碼后的數據包，直流平衡編碼模塊對各個數據包二次編碼，以確保各個數據包總功率平衡，避免因數據通信引起燈光閃爍，空間合成調制模塊對數據包進行調制生成對應的數據符號，并產生數字控制信號控制LED發射模塊發送信息。接收終端用于接收發射端發送的信息，主要包括光電接收器，前置交流耦合調理電路，模數轉換模塊和數字信號處理單元。

技術領域

本發明屬于可見光通信技術領域，尤其涉及基于空間合成調制技術的可見光通信系統及其實現方法，系統利用普通照明LED燈具，實現高速率的無線數據通信服務。

背景技術

隨著社會的發展，人們對無線數據服務的需求急劇增加。一方面，傳統基于無線射頻信號的通信系統，例如WiFi，已不能很好地滿足在高人群密度下的數據通信；另一方面，基于LED的室內照明系統的廣泛使用，為基于普通白光LED的可見光通信系統提供了很好的布置基礎。因為可見光通信系統可以復用現有照明設置，同時實現數據通信和照明功能。

作為5G可能的接入技術之一，無論是學術界還是工業界，對可見光通信(又稱LiFi)，都有著廣泛的研究。現有的技術方案，大多采用專用藍光LED、復雜的編解碼算法和復雜而昂貴的LED驅動前端以達到合適的通信速率。但是現有的方案很難適用在基于普通照明白光LED的低成本照明系統上，主要有以下三種原因：1)普通照明白光LED燈通信帶寬有限，根據相關研究，普通白光LED的工作頻率(即帶寬)低于10MHz，如果想要提高帶寬必須使用昂貴且普通照明系統不具備的藍光透鏡；2)普通白光LED有很強的非線性性，需要復雜的編解碼算法，例如各種預編碼和均衡算法，以實現最大光功率傳輸，因此極大地增加了系統成本和復雜度，不適合用于低成本且廣泛存在的普通室內照明系統；3)在傳統的可見光通信系統中，均使用模擬電流或電壓驅動LED燈，以實現對可見光進行幅度調制，因此必須使用數模轉換器(ADC)和復雜功放電路，對模擬信號進行功率放大和調理，進一步增加了硬件成本和系統復雜度。綜合上述原因，雖然很多研究機構和公司都在對可見光通信系統開展研究，但是卻少有實際商用可見光通信系統應用于人們的實際生活中。

基于以上分析，現有的可見光通信系統，主要存在必須使用專用LED燈具、系統復雜、成本高昂且不易部署等缺點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種基于普通白光LED燈，低成本、基于空間調制的可見光通信系統及其實現方法。

本發明解決其技術問題所采用的基于空間調制的可見光通信系統，包括發射機和接收終端兩部分；其中發射機主要由信息前向編碼模塊、直流平衡編碼模塊、空間合成調制模塊和LED陣列發射前端組成，接收終端主要包括光電接收器、前置交流耦合調理電路、模數轉換模板和數字信號處理單元構成。所述信息前向編碼模塊用于對待發送信息進行編碼，并生產待發送數據包，以對抗傳輸中的可能數據丟包，一般可采用無比率編碼方式，如Raptor編碼；所述直流平衡編碼模塊用于對待發送數據包進行編碼，以保證在數據傳輸時不產生任何閃爍；所述空間合成調制模塊對已編碼數據包進行數據符號映射，并把待發送數據符號轉換為后續LED陣列發射前端可識別的數字信號；所述LED陣列發射前端用于接收前序數字控制信號并直接產生不同亮度的調制光，實現數字信號與光的直接轉換和信號傳輸；所述光電接收器用于接收自由空間的可見光并把光信號轉換為電信號，一般為光電二極管或光電三極管及其陣列；所述前置交流耦合調理電路用于耦合光電接收器輸出的電信號，并對信號進行放大、濾波等調理以驅動后繼模數轉換模塊；所述數字信號處理單元用于處理模數轉換器輸出的數字信號，并對信號進行數字解調和解碼，還原被傳輸信息，實現數據傳輸和通信。

進一步的是，在信息前向編碼模塊中，采用無比率編碼方式，如Raptor編碼；

進一步的是，在直流平衡編碼模塊中，采用互補編碼方式，即拆分原數據為原數據和其補碼的數據對；