基于双重调制技术可见光通信系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于双重调制技术可见光通信系统，包括：发射子系统、传输子系统和接收子系统，所述发射子系统具有：第一可编程门阵列、LED驱动电路和COB封装LED灯具，所述接收子系统具有：光电检测器件、ADC模数转换器和第二可编程门阵列；所述第一可编程门阵列、LED驱动电路、COB封装LED灯具、光电检测器件、ADC模数转换器和第二可编程门阵列依次连接。具有能够分别从照明与通信的角度优化可见光通信系统的光源和广阔的应用前景等优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及可见光通信技术，特别涉及一种基于双重调制技术的可见光通信方法及其可见光通信系统，本技术是一种脉冲振幅调制技术与脉冲宽度调光技术相结合的双重调制技术及实现数据收发的方法。
技术介绍
近年来，被誉为“绿色照明”的半导体照明技术迅速发展。与传统的白炽灯等照明光源相比，LED具有低功耗、寿命长、尺寸小、绿色环保等优点。与此同时，LED更具有调制性能好、响应灵敏度高等优势。将信号以人眼无法识别的高频加载到LED上进行传输，进而催生出一门能够实现照明与通信一体化的技术——可见光通信。与传统的红外和无线通信相比，可见光通信具有发射功率高、无电磁干扰、无需申请频谱资源和信息的保密性等优点。然而，可见光通信中仍然面临着不少的问题，其中最大的挑战之一是LED有限的调制带宽。一般的荧光粉LED调制带宽只有几兆赫兹，可见光通信系统数据传输速率受到限制。为了提升传输速率，除了从LED的结构、驱动电路的设计上拓展带宽；还可以通过不同的调制方式来提高系统整体带宽。然而却大大地增加了可见光通信系统的复杂程度。并针对目前可见光通信研究仅局限于通信而忽视照明的现象，结合脉冲宽度调制技术的调光方案来调控可见光通信系统的光源，使灯具维持在一定的光通量水平以适合于室内的照明。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本技术的首要目的在于提出一种基于双重调制技术的可见光通信方法，该方法分别从照明与通信的角度优化了可见光通信系统的光源。为了克服现有技术的上述缺点与不足，本技术的另一目的在于提出一种实现基于双重调制技术的可见光通信方法的可见光通信系统，该系统基于简单基带调制技术提出使用一个4×4的LED阵列实现双重调制技术，在不增加器件带宽前提下，成倍提高无线通信的质量与数据传输速率，同时可以结合脉冲宽度调制技术实现调光。本技术的首要目的通过以下技术方案实现：一种基于双重调制技术的可见光通信方法，包括以下步骤：步骤1、第一可编程门阵列将信源发出的视频信号转换为n位二进制数字信号；步骤2、第一可编程门阵列将所述的每组n位二进制数字信号转换为n2进制数字信号，其中，n为正整数，所述n2进制数字信号对应n2种状态，每种状态对应点亮相应数目的LED，不同数目的LED芯片点亮可以实现光通量的变化，使所述COB封装LED灯具具有n2级光强的变化，所述n2级光强的变化即n2级脉冲振幅调制；步骤3、第一可编程门阵列将所述的n2级脉冲振幅调制与脉冲宽度调制相叠加，形成n2+k级光强变化，其中，k为正整数；步骤4、接收子系统通过光电检测器件感应n2+k级光强变化，生成n2+k级脉冲电信号，经过接收子系统的信号解调处理后，还原出原始信号。所述步骤1包括以下步骤：步骤11、第一可编程门阵列对信源所发出的每帧视频信号的红、绿和蓝分量分别进行数模转换量化处理，形成原始像素数字信号；步骤12、第一可编程门阵列把原始像素数字信号转换成8位二进制数字信号，并按顺序排列，每隔n位分割为一组二进制数字信号，输出到LED驱动电路。在步骤4中，所述信号解调处理的方法包括以下步骤：步骤41、前置放大电路与后置放大电路对所接收到的n2+k级脉冲电信号进行放大处理和滤波处理；步骤42、对经过放大处理和滤波处理的n2+k级脉冲电信号进过ADC数模转换器进行模数转换，生成n2+k进制数字信号，第二可编程门阵列把n2+k进制数字信号进行滤除脉冲宽度调制部分，即滤除k而得到n2进制数字信号，第二编程门阵列将所述的n2进制数字信号转换为n位二进制数字信号；步骤43、第二可编程门阵列对所述n位二进制数字信号按先后顺序排列，每隔8位合并为一组8位二进制数字信号，第二可编程门阵列把所述8位二进制数字信号转换为原始像素数字信号；步骤44、第二可编程门阵列将所述原始像素数字信号还原为每帧视频信号。本技术的另一目的通过以下技术方案实现：一种实现所述的基于双重调制技术的可见光通信方法的可见光通信系统，包括：发射子系统、传输子系统和接收子系统，所述发射子系统具有：第一可编程门阵列、LED驱动电路和COB封装LED灯具，所述接收子系统具有：光电检测器件、ADC模数转换器和第二可编程门阵列；所述传输子系统用于把COB封装LED灯具发出的可见光信号传输给光电检测器件；所述第一可编程门阵列、LED驱动电路、COB封装LED灯具、光电检测器件、ADC模数转换器和第二可编程门阵列依次连接；所述第一可编程门阵列输出n位二进制数字信号，并把输出的n位二进制数字信号传输给LED驱动电路，所述n位二进制数字信号驱动COB封装LED灯具进行n2级光强度调制，所述COB封装LED灯具发射可见光信号给光电检测器件，所述光电检测器件把可见光信号转换成模拟信号，所述ADC数模转换器把光电检测器件输出的模拟信号取样成n位二进制数字信号，把所述ADC数模转换器取样成的n位二进制数字信号传输给第二可编程门阵列。所述COB封装LED灯具包括LED芯片和相应的LED驱动电路，每块LED芯片由相应的LED驱动电路来独立控制；所述LED驱动电路包括：信源、可变电阻、高速缓冲器、BiasTee模块、直流电流源和限流电阻，所述的信源、可变电阻、高速缓冲器、BiasTee模块和限流电阻依次连接；所述直流电流源的正极和信源连接，所述直流电流源的负极和BiasTee模块连接；所述的BiasTee模块包括电容和电感；所述电感的一端与直流电流源的负极连接，所述电感的另一端与电容的负极连接，所述电容的正极与高速缓冲器连接；所述信源输出的电信号经过高速缓冲器传输到BiasTee模块，所述直流电流源所输出的直流电信号与高速缓冲器所传输的信号在BiasTee模块中进行耦合，生成耦合电信号；所述耦合电信号通过限流电阻输出。所述COB封装LED灯具为n×n的LED阵列，每块LED芯片独立封装。所述发射子系统还包括：第一液晶显示器和摄影机，所述接收子系统还包括前置放大电路、后置放大电路和第二液晶显示器；所述的第一液晶显示器和摄影机均与第一可编程门阵列连接，光电检测器件通过前置放大电路和后置放大电路与ADC数模转换器连接，第二可编程门阵列和第二液晶显示器连接；所述的摄影机将视频信号传输给第一可编程门阵列；所述第一可编程门阵列把视频信号传输给第一液晶显示器；所述光电检测器件把模拟信号通过前置放大电路进行放大处理；放大后的所述模拟信号经过后置放大电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双重调制技术可见光通信系统，包括：发射子系统、传输子系统和接收子系统，其特征在于，所述发射子系统具有：第一可编程门阵列、LED驱动电路和COB封装LED灯具，所述接收子系统具有：光电检测器件、ADC模数转换器和第二可编程门阵列；所述第一可编程门阵列、LED驱动电路、COB封装LED灯具、光电检测器件、ADC模数转换器和第二可编程门阵列依次连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于双重调制技术可见光通信系统，包括：发射子系统、传输子
系统和接收子系统，其特征在于，所述发射子系统具有：第一可编程门阵列、
LED驱动电路和COB封装LED灯具，所述接收子系统具有：光电检测器件、ADC
模数转换器和第二可编程门阵列；所述第一可编程门阵列、LED驱动电路、COB
封装LED灯具、光电检测器件、ADC模数转换器和第二可编程门阵列依次连接。
2.根据权利要求1所述的基于双重调制技术可见光通信系统，其特征在
于，所述COB封装LED灯具包括LED芯片和相应的LED驱动电路；所述LED
驱动电路包括：信源、可变电阻、高速缓冲器、BiasTee模块、直流电流源
和限流电阻，所述的信源、可变电阻、高速缓冲器、BiasTee模块和限流电
阻依次连接；所述直流电流源的...

【专利技术属性】
技术研发人员：文尚胜，关伟鹏，张恒，宋鹏程，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44