[發明專利]一種基于sCAP調制的micro-LED可見光通信系統

有效

• 申請號: 202010204083.1
• 申請日: 2020-03-21
• 公開（公告）號: CN111262629B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 田朋飛;仇鵬江;格雷格·斯特普尼亞克;陳新偉;崔旭高;顧而丹;劉冉;鄭立榮
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B10/50;H04B10/54;H04B10/556
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于通信技術領域，具體為基于sCAP調制的micro?LED可見光通信系統。本發明系統依次包括：數模轉換單元，信號混合單元，micro?LED光源，多個透鏡，光電探測器，模數轉換單元，信號處理單元；本發明將micro?LED作為發射光源，其調制帶寬可達230 MHz，并且micro?LED的工作電流密度極大、平均亮度很高，達到數Gbps的通信速率，符合下一代高速通信的發展要求；另外通過sCAP的調制方式，簡化系統和提高頻譜利用率的效果，能夠100%地利用頻譜，將頻譜利用率增加到高達9.12 bit/s/Hz。本發明將兩者結合，可以充分發揮高帶寬和高頻譜效率的優勢，以獲得超高速的通信速率。在一定的頻譜資源下，本發明具有極大的應用前景。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，具體涉及一種基于LED的可見光通信系統。

背景技術

隨著射頻通信的廣泛使用，其頻譜資源愈發緊張，為拓展通信頻譜，微波、毫米波以及光通信技術正飛速發展。可見光通信（VLC）不受現有頻譜資源緊張的限制，并且可以提供更高的通信速率，以及具有與照明相結合的優勢，是對射頻通信技術的一種有效補充，因此引起了人們的廣泛重視。可見光通信系統主要利用LED光源作為信號發射器，但商用LED的調制帶寬最高僅有數十MHz，極大地限制了通信速率。同時，在可見光通信系統中采用一種高效的調制方式也是影響通信質量、通信速率的關鍵因素。

專利公開號為110266385A的中國專利申請，公開了基于正交頻分復用（OFDM）調制的可見光通信系統和OFDM子載波映射方法。其流程如圖1所示。其缺點在于，系統設計中需要復雜的子載波映射和快速傅里葉轉換，這會增加系統的復雜度，并且子載波間需要嚴格的正交關系，容易受到LED非線性和信道噪聲的影響，造成誤碼；而且，頻帶利用率相對較低。

Micro-LED作為一種新型光源，尺寸在微米級別，具有電流密度大、亮度高、結電容小等優點，其調制帶寬可達幾百MHz，使得采用micro-LED的可見光通信技術可以獲得高達Gbps的傳輸速率，因此在可見光通信領域micro-LED備受關注。

本發明公開了一種名為交錯無載波幅度和相位（sCAP）調制的新型的多載波復用技術，具有頻帶利用率高、系統設計簡單等特點，可以優化系統性能，并公開了一種基于sCAP調制的micro-LED可見光通信系統，采用sCAP調制技術優化了信號調制的復雜度并簡化了系統，采用micro-LED光源克服了傳統光源低調制帶寬的缺點，是可見光通信系統的通信速率和頻譜效率等方面得到了顯著的提升。

本文中縮略語和術語定義：

sCAP：交錯無載波幅度和相位調制； OFDM：正交頻分復用調制； micro-LED：微米級發光二極管； VLC：可見光通信； Bias-tee：T型偏置器。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于sCAP調制的micro-LED可見光通信系統，以改善當前可見光通信系統傳輸速率低、頻帶利用率低及結構復雜的問題。

本發明提供的基于sCAP調制的micro-LED可見光通信系統，其組件依次包括：一個數模轉換單元，一個信號混合單元，一個micro-LED光源，多個透鏡，一個光電探測器，一個模數轉換單元，一個信號處理單元；其中：

所述的micro-LED光源，用于發射光信號，完成電信號向光信號的轉換；

micro-LED光源的基本結構為襯底、n-GaN層、InGaN/GaN量子阱層、p-GaN外延層，每個micro-LED形狀根據實際需要可以為任意形狀。

可選的，所述micro-LED襯底為藍寶石襯底、硅襯底、GaN襯底、碳化硅襯底、柔性PET襯底或其它晶格匹配的襯底。

優選的，所述micro-LED尺寸大小為0.5—300 μm，每個micro-LED的-3 dB調制帶寬從10 MHz到2 GHz不等。