白光通信系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種白光通信系統(tǒng)，包括：AD轉(zhuǎn)換模塊、編碼模塊、LED發(fā)射模塊、LED接收模塊、解碼模塊，以及DA轉(zhuǎn)換模塊；其中，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與信號源連接，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與編解碼模塊的輸入端連接，編碼模塊的輸出端與LED發(fā)射模塊的輸入端相連接，LED接收模塊的輸出端與解碼模塊相連接，解碼模塊的輸出端與DA轉(zhuǎn)換模塊相連接。通過大氣空間傳遞信息，實現(xiàn)了基于單個白光LED的信號傳輸和接收，避免了環(huán)境變化對信號傳輸帶來的干擾。
【專利說明】白光通信系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于通信領(lǐng)域，涉及通信信號傳輸系統(tǒng)，尤其涉及一種白光通信系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)的發(fā)展與進步，人們對通信技術(shù)的應運越來越高，我國現(xiàn)在所用的通信設備主要是通過電來傳遞信息，可是隨著不可再生資源的逐漸衰竭，我們不得不尋找新的能源，來降低不可再生資源的使用，所以我們面臨著非常嚴重的挑戰(zhàn)，那么我們就應該重新再找新的能源，因此可見光通信在滿足室內(nèi)的照明的同時，我們就利用它來考慮無線通信技術(shù)，這樣我們就可以讓資源多重化使用。
[0003]可見光無線通信技術(shù)是隨著白光LED照明技術(shù)的發(fā)展建立起來的無線光通信技術(shù)。隨著LED產(chǎn)業(yè)的興起和迅速的發(fā)展，半導體照明將取代傳統(tǒng)的照明。無線光通信技術(shù)它是一種帶寬無線接入技術(shù)，是光通信技術(shù)與無線通信技術(shù)的相結(jié)合，它是以光信息為載體，通過大氣空間傳遞信息。當前國際上有幾種不同的無線通信技術(shù):室內(nèi)紅外線通信技術(shù)，自由空間光通信技術(shù)和可見白光LED的光通信技術(shù)。由于前兩種對傳播距離，對天氣的影響和對技術(shù)的要求都很嚴格，所以可見光無線通信技術(shù)以成為人們研究的對象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述缺陷或不足，本實用新型的目的在于提供一種白光通信系統(tǒng)。
[0005]為達到以上目的，本實用新型的技術(shù)方案為:
[0006]包括:AD轉(zhuǎn)換模塊、編碼模塊、LED發(fā)射模塊、LED接收模塊、解碼模塊，以及DA轉(zhuǎn)換模塊；其中，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與信號源連接，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與編解碼模塊的輸入端連接，編碼模塊的輸出端與LED發(fā)射模塊的輸入端相連接，LED接收模塊的輸出端與解碼模塊相連接，解碼模塊的輸出端與DA轉(zhuǎn)換模塊相連接。
[0007]LED驅(qū)動電路以及LED燈。
[0008]所述編碼模塊為進行信號調(diào)制的FPGA編碼器。
[0009]所述LED接收模塊包括接收過載波信號的PIN光接收裝置，PIN光接收裝置的輸出端與解碼模塊相連接。
[0010]所述PIN光接收裝置的輸出端上連接有LED接收電路，LED接收電路與解碼模塊相連接，其中，LED接收電路包括與PIN光接收裝置輸出端相連接的電流-電壓轉(zhuǎn)換器，電流-電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端與電壓放大器的輸出端相連接，電壓放大器的輸出端與解碼模塊相連接。
[0011]所述解碼模為FPGA解碼器。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實用新型的有益效果為:
[0013]本實用新型提供了一種白光通信系統(tǒng)，利用白光LED可用做通信光源，并通過接收可見光載波信號進行接收，通過大氣空間傳遞信息，實現(xiàn)了基于單個白光LED的信號傳輸和接收，避免了環(huán)境變化對信號傳輸帶來的干擾；另外，由于白光LED能夠提供穩(wěn)定的照明，并且非常常見，因此，白光LED通信傳輸能夠有效的節(jié)約能源，并為用戶體驗帶來便利，進一步的為寬帶數(shù)據(jù)接入的信號光源做出鋪墊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型整體框圖；
[0015]圖2是本實用新型AD/DA模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是本實用新型發(fā)射端電路圖；
[0017]圖4是本實用新型接收端電路圖；
[0018]圖5是本實用新型語音放大電路圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本實用新型做詳細描述。
[0020]如圖1所示，本實用新型提供了一種白光通信系統(tǒng)包括:AD轉(zhuǎn)換模塊、編碼模塊、LED發(fā)射模塊、LED接收模塊、解碼模塊，以及DA轉(zhuǎn)換模塊；其中，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與信號源連接，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與編解碼模塊的輸入端連接，編碼模塊的輸出端與LED發(fā)射模塊的輸入端相連接，LED接收模塊的輸出端與解碼模塊相連接，解碼模塊的輸出端與DA轉(zhuǎn)換模塊相連接。其中，所述LED發(fā)射模塊包括:LED驅(qū)動電路以及LED燈。所述編碼模塊為進行信號調(diào)制的FPGA編碼器。所述LED接收模塊包括接收過載波信號的PIN光接收裝置，PIN光接收裝置的輸出端與解碼模塊相連接。所述PIN光接收裝置的輸出端上連接有LED接收電路，LED接收電路與解碼模塊相連接，其中，LED接收電路包括與PIN光接收裝置輸出端相連接的電流-電壓轉(zhuǎn)換器，電流-電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端與電壓放大器的輸出端相連接，電壓放大器的輸出端與解碼模塊相連接，所述解碼模為FPGA解碼器。
[0021]具體的實施過程為:
[0022]采用專用的AD采樣模塊進行信號采集，在FPGA中進行編碼，經(jīng)過電路調(diào)制由LED發(fā)送，由PIN接受后，處理后進入FPGA進行解碼，最后再由專用DA輸出波形。
[0023]比較器方案論證與選擇:
[0024]4B5B編碼是一種冗余編碼體系，用5比特的編碼來編碼4比特的輸入數(shù)據(jù)。該編碼方法已經(jīng)廣泛用于IOOMbps以太網(wǎng)和FDDI環(huán)形網(wǎng)。這種編碼的特點是將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)流每4bit作為一個組，然后按照4B/5B編碼規(guī)則將其轉(zhuǎn)換成相位5bit碼。5bit碼總共有32種組合，但只采用其中的對應4bit碼的16種，其他的16種或者未用，或者用作控制碼，以表示幀的開始和結(jié)束，光纖線路的狀態(tài)(靜止、空閑、暫停)等。
[0025]發(fā)射模塊論證與選擇:
[0026]采用DD311是單通道輸出的LED恒流驅(qū)動器，內(nèi)建電流鏡與電流開關(guān)組件，是專為驅(qū)動大功率LED而設計的芯片。DD311可驅(qū)動高達I安培的沈入電流(sink current),并可透過調(diào)整參考輸入電流(IREF)來任意設定輸出電流的大小。輸出電流值約為100倍的IREF，IREF可由調(diào)整外掛電阻或偏壓(bias)電壓來設定。微調(diào)或使能偏壓電壓可校正LED間的亮度不一或?qū)崿F(xiàn)多顆LED間整體亮度同時調(diào)整。芯片的輸出端可承受高達36V的電壓，支持多顆大功率LED的串接應用。內(nèi)建輸出使能端(Enable)，可輕易地實現(xiàn)大功率LED的高灰階應用。[0027]數(shù)據(jù)緩存處理:
[0028]雙口的RAM是常見的共享式多端口存儲器，雙口 RAM最大的特點就是存儲數(shù)據(jù)共享。一個存儲器配備兩套獨立的地址、數(shù)據(jù)和控制線，可允許兩個獨立的CPU或控制器同時異步的訪問儲存單元。內(nèi)部仲裁邏輯控制提供一下功能:對同一地址單元訪問的時序控制；存儲單元數(shù)據(jù)塊的訪問權(quán)限分配；信息交換邏輯(例如中斷信號)等。
[0029]本實用新型中，AD/DA模塊采用黑金動力社區(qū)設計的FPGA專用的模塊，采用AD9708以及AD9280芯片，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。LED發(fā)射模塊的發(fā)射電路圖如圖3所示，另外，接收端電路，如圖4所示:
[0030]此部分為白光LED的接收電路，由兩個運放組成，前一個為電流-電壓轉(zhuǎn)換器，后一個為電壓放大器。在高增益的情況下，給電流-電壓轉(zhuǎn)換器增加電壓增益會增大帶寬。由于有了這部分的增益，轉(zhuǎn)換器相應的阻抗就會減少，而此時相應的總跨阻抗不會減少。這樣隨著阻抗的減少，寄生電容旁路造成的帶寬限制會相應的增加。然而電流-電壓轉(zhuǎn)換器與電壓增益之間的結(jié)合降低了噪音性能，產(chǎn)生了一個帶寬和噪音之間平衡的問題。明智的設計可以令帶寬的增加程度大于噪音的降低程度，經(jīng)分析之后有兩種方案可以解決次問題，一個是簡單的在電流-電壓轉(zhuǎn)換器后面增加一個電壓放大器，另一個就是給電流-電壓轉(zhuǎn)換器自身增加電壓增益，在這里我們采用的是第一個方案，因為它可以提高更多的帶寬。
[0031]位于電流-電壓轉(zhuǎn)換器后面的放大器是提供電壓增益，并產(chǎn)生一個總的輸入到輸出的互阻RT。此時Rt=Avc^R1，其中Avq=1+R2/R3，Avo是A2提供給增益Av的低頻值。對給定的RtjR2則通過與Ato相等的因子減少。當Rt的值很大時，這個阻抗的降低會減小電阻對寄生旁路的敏感度，同時也會使 帶寬以Ato因子提高。然而由于增加的放大器的帶寬有限，造成了帶寬可以提高的上限，但在此作品當中，帶寬足夠，所以就不再考慮增加帶寬的更優(yōu)化的電路。
[0032]Rt= (1+?/?)*?
[0033]需要說明的是，本實用新型中，為了能夠給接受語音信號，將語音放大電路的輸入端與LED接收模塊輸出端相連接，采用0P07AH芯片，如圖5所示，能夠比較好的實現(xiàn)語音放大。語音傳輸?shù)倪^程為:音頻信號通過AD采樣，在FPGA進行編碼，通過電路調(diào)制在LED上，經(jīng)過PIN接收到以后，再經(jīng)過放大比較后進入FPGA解碼，最后通過DA輸出。放大增益為Av=Rf/Ri，所以音頻的放大倍數(shù)為10倍。
[0034]發(fā)射模塊:
[0035]FPGA發(fā)射模塊的寄存器為語音通道和正弦波通道，正弦波可以傳輸?shù)念l率可以達到1M，傳輸數(shù)據(jù)時需要經(jīng)過壓縮處理，語音通道可以傳輸IK頻率的信號，所以可以不失真的傳輸語音信號。
[0036]接收模塊:
[0037]FPGA接收端寄存器接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過解壓，放大，比較處理后進入FPGA解碼，然后經(jīng)過DA輸出。
[0038]本實用信息基于白光LED的可見光通信技術(shù),建立并分析了基于白光LED的照明光源的可見光通信技術(shù)在實驗過程中的研究。基于白光LED的物理特性和發(fā)光通信，研究和設計了白光LED的驅(qū)動調(diào)制電路和可見光接收電路。就可見光通信技術(shù)的整體設計做了詳細的分析，討論可見光通信技術(shù)若干關(guān)鍵問題，并得出以下結(jié)論:[0039]通過優(yōu)化電路設計，目前已將商品化的白光LED可用做通信光源，并可對其實現(xiàn)大于IOKHz的信號調(diào)制。白光LED在提供穩(wěn)定的照明同時還可以有望作為未來寬帶數(shù)據(jù)接入的信號光源。
[0040]合理選擇和設計光接收電路以及后置放大器，實現(xiàn)對白光LED的白光調(diào)制的最佳接收。
[0041]研究和設計接收可見光載波信號的寬帶接收電路，實現(xiàn)了基于單個白光LED的信號傳輸和接收的實驗，利用可見光載波，實現(xiàn)短距離的音頻傳輸。
[0042]重點對接收系統(tǒng)的噪音問題及對噪音的克服進行了深入的研究，研究了接收系統(tǒng)中噪音產(chǎn)生的根源，并對噪音進行了定量的分析，研究了噪音克服的問題。
【權(quán)利要求】
1.一種白光通信系統(tǒng)，其特征在于，包括:AD轉(zhuǎn)換模塊、編碼模塊、LED發(fā)射模塊、LED接收模塊、解碼模塊，以及DA轉(zhuǎn)換模塊；其中，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與信號源連接，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與編解碼模塊的輸入端連接，編碼模塊的輸出端與LED發(fā)射模塊的輸入端相連接，LED接收模塊的輸出端與解碼模塊相連接，解碼模塊的輸出端與DA轉(zhuǎn)換模塊相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述LED發(fā)射模塊包括:LED驅(qū)動電路以及LED燈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的白光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼模塊為進行信號調(diào)制的FPGA編碼器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述LED接收模塊包括接收過載波信號的PIN光接收裝置，PIN光接收裝置的輸出端與解碼模塊相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的白光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述PIN光接收裝置的輸出端上連接有LED接收電路，LED接收電路與解碼模塊相連接，其中，LED接收電路包括與PIN光接收裝置輸出端相連接的電流-電壓轉(zhuǎn)換器，電流-電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端與電壓放大器的輸出端相連接，電壓放大器的輸出端與解碼模塊相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的白光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述解碼模為FPGA解碼器。
【文檔編號】H04B10/116GK203747827SQ201420115491
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】龍艷, 郭華 申請人:西安郵電大學