基于日光光源的室内通信调制装置、通信方法及系统制造方法及图纸

一种基于日光光源的室内通信调制装置、通信方法及系统。本发明专利技术先通过顺序连接的电压信号模块、电极和电光效应模块，将待传输数据根据设置的调制深度和偏置生成电压信号，然后将所述电压信号施加于电光效应模块，通过所述电光效应模块对射入室内的日光，或对室内照明光源进行调制。由接收装置端的光敏器件、跨阻放大器和信号处理模块接收处理。由于本发明专利技术所提供的方案能够通过设置于门窗上的电光效应模块直接对射入室内的自然光进行调制，因此，可直接将日光用于室内通信，从而在智能调节室内照明的同时，把现有无线可见光通信方案中作为底噪的日光变成通信光源利用起来，从而提升了通信效率。本发明专利技术能与现有无线可见光通信方案兼容。

【技术实现步骤摘要】
基于日光光源的室内通信调制装置、通信方法及系统
本专利技术涉及可见光通信技术，尤其涉及一种直接利用日光实现室内通信的方法及系统。
技术介绍
目前，室内可见光通信通常基于LED光源实现。该方案通过调制LED照明光源，实现室内无线通信。然而，由于室内光源复杂，尤其窗口射入的日光，其频段会与LED的通信频段发生交叠，因此，基于LED的室内可见光通信在日光下会出现信号变差(底噪变大)、浪费能源(采光好的房间没有开灯的必要)等不足。考虑到室内照明需求以及用户习惯，一般很少将LED光源作为唯一的室内光源。因此，现有的基于LED光源的室内通信方法，其底噪问题很难解决。由此，会对可见光通信系统，包括其中的调制、接收、解调等各模块提出更高的性能要求，限制可将光通信应用。因此，目前急需一种在满足室内照明的同时，又能够对光信号进行有效调制的通信方案，以解决室内无线可见光通信白天底噪过高的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于日光光源的室内通信调制装置、通信方法及系统，用于解决日光充足环境中可见光通信底噪过高、通信效率不理想的问题。首先，为实现上述目的，提出一种基于日光光源的室内可见光通信方法，包括调制阶段和接收阶段两部分；其中，用于所述调制阶段的电光效应材料为平铺于门窗表面的薄膜；其中所述的调制阶段具体包括以下步骤：第一步，设置调制深度和偏置；第二步，将待传输数据根据所述调制深度和偏置生成电压信号；第三步，将所述电压信号施加于电光效应材料，通过所述电光效应材料对由所述门窗表面射入室内的日光进行调制。这里的电光效应材料所设置成的薄膜，还可平铺于室内光源表面，以便对室内的全部照明光源进行调制和智能的光照强度的调节。进一步，上述方法中，所述接收阶段步骤包括：接收调制后的光信号，并将所述光信号转化为电信号，放大并处理所述电信号。更进一步，上述方法中，所述调制深度和偏置根据射入室内的日光光照强度实时动态调整。其次，为实现上述目的，还提出一种基于日光光源的室内可见光调制装置，包括顺序连接的电压信号模块、电极和电光效应模块：其中，所述电压信号模块的输出端连接所述电极，所述电压信号模块用于将待传输数据根据调制深度和偏置要求转化为电压信号，输出至所述电极；所述电极与所述电光效应模块连接，用于根据所述电压信号控制所述电光效应模块的光学特性；所述电光效应模块平铺于门窗表面或平铺于室内光源表面，所述电光效应模块用于响应所述电极输出的电压信号，对经由所述门窗射入室内的日光进行调制，或，同理，利用所述电光效应模块响应所述电极输出的电压信号对所述室内光源进行调制。进一步，上述的调制装置中，所述电光效应模块包括平铺于门窗表面或平铺于室内光源表面的多层膜状结构，所述多层膜状结构包括依序叠加设置的起偏器层、KDP晶体层和检偏器层；所述起偏器层和所述检偏器层的偏振方向相同；所述KDP晶体层为一层厚度一致的KDP晶体，所述KDP晶体层的厚度经过设计，可使特定波长的光波消光，所述KDP晶体层叠设置于所述起偏器层和所述检偏器层之间。与上述方案并列，所述电光效应模块也可采用如下方案：所述电光效应模块为平铺于门窗表面或平铺于室内光源表面的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜的一侧连接所述电极，所述石墨烯薄膜的对侧通过绝缘材料接地。进一步，上述的调制装置中，所述电极为电导率高且与石墨烯接触电阻小的金属材质。更进一步，上述的调制装置中，还包括光照强度传感模块，所述光照强度传感模块设于室内，并与所述电压信号模块连接，用于根据室内的光照强度动态调整所述电压信号模块的调制深度和偏置。本专利技术可由此实现对室内照明光线强度的智能调控。基于上述的调制装置，本专利技术同时还提供一种室内可见光通信系统，包括，所述室内日光通信调制装置和接收装置，其中，所述接收装置包括顺序级联的光敏器件、跨阻放大器和信号处理模块：所述光敏器件设置于所述接收装置的前端，用于接收经所述电光效应模块调制后的由所述门窗射入室内的日光或所述室内光源的光信号，并将所述光信号转化为电信号；所述跨阻放大器连接于所述光敏器件和所述信号处理模块之间，用于放大所述电信号并输出至所述信号处理单元；所述信号处理模块用于处理经所述跨阻放大器放大后的述电信号。进一步，上述的室内可见光通信系，针对所述KDP方案，即所述室内日光通信调制装置中使用KDP晶体层构建所述电光效应模块：则，所述接收装置中还包括滤光片；所述滤光片设置于所述光敏器件的前端，所述滤光片的透射波段应与所述KDP晶体的消光波段相符；有益效果本专利技术，在接收装置端，通过光敏器件、跨阻放大器和信号处理模块，实现对调制后的光信号的接收，并将所述光信号转化为电信号，放大并处理所述电信号。由于本专利技术所提供的方案能够通过门窗上的电光效应模块直接对射入室内的自然光进行调制，因此，可直接将日光用于室内通信，从而在保证室内可见光照明的同时，利用了在现有无线可见光通信方案中被当作底噪的日光成分，因此通讯效率更高。由于将原先的底噪用作通信，因此接收端信噪比得以大幅改善，可适当降低对通信系统，包括其中的调制、接收、解调等各模块的性能要求。同时，本专利技术所提供的调制方案，其响应频率更高。其原因在于；现有的无线可见光通信方案往往采用LED灯内调制，当前技术条件下的LED产品响应频率不高，载波上限一般在几十兆赫兹。而KDP晶体在有线光通信领域的响应频率可以达到十吉赫兹，同时有测试表明石墨烯的的响应频率也可以达到吉赫兹。鉴于此，本专利技术可以对KDP晶体层或石墨烯薄膜构建的所述电光效应模块使用百兆量级及以上数据传输速率，或对KDP晶体层或石墨烯薄膜构建的所述电光效应模块使用百兆量级及以上频率载波的载波通信。这样，一方面可以大幅提升室内光通信的数据传输速率；另一方面可以使KDP晶体层或石墨烯薄膜构建的所述电光效应模块调制的光信号与LED调制的光信号在频谱上实现分离，进而在接收端针对接收到的波形分别进行低通(针对LED信号)和高通(针对本专利技术调制信号)滤波，可以使两种调制信号互不干扰，从而使本专利技术与现有无线可见光通信方案兼容，使两者可以并行独立运行而不相互影响。进一步，本方案可以兼顾智能玻璃的功能，通过增设光照强度传感模块，或复用接收装置的光敏器件，反馈当前室内照明状况，从而设定合理的偏置，将室内采光维持在一个舒适的状态。与此同时，基于现有的电光效应材料，本专利技术提供了两个方案，实现以光波为信息的载体，通过两种具体的调制方案，把通信信号表达在光的强度(或者，还可考虑相位频率等特征)上，然后用光敏感器件接收这些信息，携带信息的光波在弥散空间中传播。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本专利技术的实施例一起，用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为根据本专利技术的基于日光光源的室内可见光通信方法的流程图；图2为采用KDP晶体实现的室内可见光调制装置的架构图；图3为采用石墨烯薄膜实现的室内可见光调制装置的架构图；图4为石墨烯透光率与施加电压的关系示意图；图5为石墨烯薄膜用于电光效应模块时电极与石墨烯层连接关系示意图；图6为根据本专利技术的室内可见光通信系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于日光光源的室内可见光通信方法，包括调制阶段和接收阶段两部分，其特征在于，用于所述调制阶段的电光效应材料为平铺于门窗表面的薄膜；其中，所述调制阶段步骤包括：第一步，设置调制深度和偏置；第二步，将待传输数据根据所述调制深度和偏置生成电压信号，第三步，将所述电压信号施加于电光效应材料，通过所述电光效应材料对由所述门窗表面射入室内的日光进行调制。

【技术特征摘要】
1.一种基于日光光源的室内可见光通信方法，包括调制阶段和接收阶段两部分，其特征在于，用于所述调制阶段的电光效应材料为平铺于门窗表面的薄膜；其中，所述调制阶段步骤包括：第一步，设置调制深度和偏置；第二步，将待传输数据根据所述调制深度和偏置生成电压信号，第三步，将所述电压信号施加于电光效应材料，通过所述电光效应材料对由所述门窗表面射入室内的日光进行调制。2.如权利要求1所述的基于日光光源的室内可见光通信方法，其特征在于，所述接收阶段步骤包括：接收调制后的光信号，并将所述光信号转化为电信号，放大并处理所述电信号。3.如权利要求1所述的基于日光光源的室内可见光通信方法，其特征在于，所述调制深度和偏置根据射入室内的日光光照强度实时动态调整。4.一种基于日光光源的室内可见光调制装置，其特征在于，包括顺序连接的电压信号模块、电极和电光效应模块；所述电压信号模块的输出端连接所述电极，所述电压信号模块用于将待传输数据根据调制深度和偏置要求转化为电压信号，输出至所述电极；所述电极与所述电光效应模块连接，用于根据所述电压信号控制所述电光效应模块的光学特性；所述电光效应模块平铺于门窗表面或平铺于室内光源表面，所述电光效应模块用于响应所述电极输出的电压信号，对经由所述门窗射入室内的日光进行调制，或，同理，对所述室内光源进行调制。5.如权利要求4所述的基于日光光源的室内可见光调制装置，其特征在于，所述电光效应模块包括平铺于门窗表面或平铺于室内光源表面的多层膜状结构，所述多层膜状结构包括依序叠加设置的起偏器层、KDP晶体层和检偏器层；所述起偏器层和所述检...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天远，孙小菡，牟星，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32