專利名稱：基于可見光通信的寬帶接入裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可見光通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于可見光通信的寬帶接入裝置及方法。
背景技術(shù)：
由于無線頻譜資源緊張，無線光通信的引入是對通信頻譜的一次巨大拓展。在信息化技術(shù)布局中，寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)部署受限于電磁頻譜這一有限資源。隨著越來越多的無線電子設(shè)備接入到網(wǎng)絡(luò)，頻譜的擁擠愈加突現(xiàn)，電子設(shè)備之間相互干擾也愈加嚴重。有燈光的地方即可有通信。隨著白光LED照明(也稱固體照明)的興起，高效節(jié)能等優(yōu)點使其有取代傳統(tǒng)照明之勢，白光LED具有寬得多的基帶調(diào)制帶寬(約40MHz)，在作為 照明的同時，可將基帶信號調(diào)制在LED發(fā)出的可見光上進行通信?？梢姽馔ㄐ攀且环N靈活、便捷、高隱蔽的無線局域網(wǎng)通信技術(shù)。首先，由于白光對人的安全性，避免了電磁輻射對人體的影響，是一種綠色通信方式。其次，由于白光不可穿透墻壁，甚至窗簾，因此可見光通信具有高度的保密性。第三，由于白光和射頻信號互不干擾，所以它可以應(yīng)用在電磁敏感環(huán)境中，如機艙、醫(yī)院等。第四，由于頻譜無需授權(quán)即可使用，所以可見光通信應(yīng)用靈活，可以單獨使用，也可以作為射頻無線設(shè)備的有效備份。然而，目前還沒有一種基于可見光通信的寬帶接入方法。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為可見光通信提供一種寬帶接入方法。(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于可見光通信的寬帶接入裝置，包括第一調(diào)制解調(diào)器、第一可見光收發(fā)器、第二可見光收發(fā)器以及第二調(diào)制解調(diào)器；其中，所述第一調(diào)制解調(diào)器用于將來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)幀調(diào)制為適合在可見光上傳輸?shù)男盘柛袷?；以及用于將接收到的濾波后的電信號進行解調(diào)后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)；所述第一可見光收發(fā)器包括第一 LED驅(qū)動器、第一濾波器、第一光電探測器以及第一 LED燈，所述第一 LED驅(qū)動器用于將所述第一調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后的電信號調(diào)制到第一LED燈所發(fā)出的可見光上發(fā)送出去；所述第一LED燈用于發(fā)出可見光；所述第一光電探測器用于將來自于所述第二 LED燈的光信號轉(zhuǎn)換成電信號；所述第一濾波器用于將來自所述第一光電探測器的電信號進行濾波后發(fā)送給所述第一調(diào)制解調(diào)器；所述第二可見光收發(fā)器包括第二 LED驅(qū)動器、第二濾波器、第二光電探測器以及第二 LED燈，所述第二光電探測器用于將來自所述第一 LED燈的光信號轉(zhuǎn)換成電信號；所述第二濾波器用于將來自所述第二光電探測器的電信號進行濾波后發(fā)送給所述第二調(diào)制解調(diào)器；所述第二 LED驅(qū)動器用于將所述第二調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后的電信號調(diào)制到第二 LED燈所發(fā)出的可見光上發(fā)送出去；所述第二 LED燈用于發(fā)出可見光；
所述第二調(diào)制解調(diào)器用于將接收到的濾波后的電信號進行解調(diào)后發(fā)送給上網(wǎng)設(shè)備，以及用于將來自所述上網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)幀調(diào)制為適合在可見光上傳輸?shù)男盘柛袷?。?yōu)選地，所述裝置還包括第一 PHY接口和第二 PHY接口，所述第一 PHY接口用于接收來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)幀，所述第二 PHY接口用于接收來自上網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)幀。優(yōu)選地，所述裝置還包括第一物理層管理接口 MDIO控制模塊、第二 MDIO控制模塊、第一 MII接口和第二 MII接口，第一 MDIO控制模塊用于控制所述第一 PHY接口工作在MII模式，所述第二 MDIO控制模塊用于控制所述第二 PHY接口工作在MII模式，所述第一MII接口連接于所述第一PHY接口與第一調(diào)制解調(diào)器之間，所述第二MII接口連接于所述第二 PHY接口與第二調(diào)制解調(diào)器之間。優(yōu)選地，所述第一調(diào)制解調(diào)器與第一 LED驅(qū)動器之間、第二調(diào)制解調(diào)器與第二濾波器之間分別通過通用輸入輸出接口 GPIO連接。
優(yōu)選地，所述第一 LED燈為藍光LED芯片驅(qū)動的白光LED燈，第二 LED燈為綠光LED芯片驅(qū)動的白光LED燈,且所述第一 LED燈與第二光電探測器之間設(shè)置有藍光濾光片，所述第二 LED燈與第一光電探測器之間設(shè)置有綠光濾光片。優(yōu)選地，所述第一濾波器與第二濾波器均為數(shù)字濾波器。本發(fā)明還提供了一種利用所述的裝置進行寬帶接入的方法，當傳輸下行鏈路數(shù)據(jù)時執(zhí)行步驟Sf S5 SI、所述第一調(diào)制解調(diào)器將來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)幀調(diào)制為適合在可見光上傳輸?shù)男盘柛袷?；S2、所述第一 LED驅(qū)動器將所述第一調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后的電信號調(diào)制到第一 LED燈所發(fā)出的可見光上發(fā)送出去；S3、所述第二光電探測器將來自所述第一 LED燈的光信號轉(zhuǎn)換成電信號；S4、所述第二濾波器將來自所述第二光電探測器的電信號進行濾波后發(fā)送給所述第二調(diào)制解調(diào)器；S5、所述第二調(diào)制解調(diào)器將接收到的濾波后的電信號進行解調(diào)后發(fā)送給上網(wǎng)設(shè)備;且當傳輸上行鏈路數(shù)據(jù)時執(zhí)行步驟SI’飛5’ SI’、所述第二調(diào)制解調(diào)器將來自所述上網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)幀調(diào)制為適合在可見光上傳輸?shù)男盘柛袷?；S2’、所述第二 LED驅(qū)動器將所述第二調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后的電信號調(diào)制到第二 LED燈所發(fā)出的可見光上發(fā)送出去；S3’、所述第一光電探測器將來自于所述第二 LED燈的光信號轉(zhuǎn)換成電信號；S4’、所述第一濾波器用于將來自所述第一光電探測器的電信號進行濾波后發(fā)送給所述第一調(diào)制解調(diào)器；S5’、所述第一調(diào)制解調(diào)器將接收到的濾波后的電信號進行解調(diào)后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)。(三)有益效果上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點通過將以太網(wǎng)寬帶信號調(diào)制到無線光載波上，在利用LED進行照明的同時完成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，使上網(wǎng)設(shè)備可以通過可見光通信接入到互聯(lián)網(wǎng)。


圖I是本發(fā)明實施例的裝置結(jié)構(gòu)及其實施方式示意圖。圖2a 圖2b分別是第一調(diào)制解調(diào)器和第二調(diào)制解調(diào)器的實施示例圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明基于可見光的無線通信技術(shù)設(shè)計了基于可見光通信的寬帶接入方案，克服了有線接入布線難和無線接入帶寬低的缺陷，是一種寬帶接入新方案。如圖I所示，本發(fā)明提供一種基于可見光通信的寬帶接入裝置，包括第一調(diào)制解調(diào)器、第一可見光收發(fā)器、第二可見光收發(fā)器以及第二調(diào)制解調(diào)器；其中， 所述第一調(diào)制解調(diào)器用于將來自互聯(lián)網(wǎng)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的有效數(shù)據(jù)調(diào)制為適合在可見光上傳輸?shù)男盘柛袷?，例如進行4B5B編碼和OOK調(diào)制，其中4B5B編碼后需要加入起始字節(jié)，用于指示4B5B碼字的起始位；以及用于將接收到的濾波后的用戶端電信號進行解調(diào)后通過第一 MII接口發(fā)送給第一以太網(wǎng)PHY接口，封裝成以太網(wǎng)物理層幀后發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)，例如首先對濾波后的信號進行OOK解調(diào)，當檢測到解調(diào)后信號中的特定起始位時，啟動4B5B解碼程序，完成解碼并將數(shù)據(jù)送給第一 MII接口，如圖2a所示；所述第一可見光收發(fā)器包括第一 LED驅(qū)動器、第一濾波器、第一光電探測器(本實施例中，光電探測器為PIN光電探測器)以及第一 LED燈，所述第一 LED驅(qū)動器用于將所述第一調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后的電信號調(diào)制到第一 LED燈所發(fā)出的可見光上發(fā)送出去；所述第一LED燈用于發(fā)出可見光，在用于通信的同時兼顧照明的功能；所述第一光電探測器用于將來自于所述第二 LED燈的可見光信號轉(zhuǎn)換成電信號；所述第一濾波器用于將來自所述第一光電探測器的電信號進行濾波后發(fā)送給所述第一調(diào)制解調(diào)器；所述第二可見光收發(fā)器包括第二 LED驅(qū)動器、第二濾波器、第二光電探測器以及第二 LED燈,所述第二光電探測器用于將來自所述第一 LED燈的可見光信號轉(zhuǎn)換成電信號；所述第二濾波器用于將來自所述第二光電探測器的電信號進行濾波后發(fā)送給所述第二調(diào)制解調(diào)器；所述第二 LED驅(qū)動器用于將所述第二調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后的電信號調(diào)制到第二LED燈所發(fā)出的可見光上發(fā)送出去；所述第二 LED燈用于發(fā)出可見光，在用于通信的同時兼顧照明的功能；所述第二調(diào)制解調(diào)器用于將接收到的濾波后的電信號進行解調(diào)后通過第二 MII接口發(fā)送給第二以太網(wǎng)PHY接口，封裝成以太網(wǎng)物理層幀后送給發(fā)送給上網(wǎng)設(shè)備(例如電腦、IP電話等)，具體實施例如，首先對濾波后信號進行OOK解調(diào)，并對其輸出的信號進行特殊起始位的檢測，當檢測到起始位后建立碼字同步，并開始4B5B解碼進而將恢復(fù)出的數(shù)據(jù)送給第二 MII接口 ；以及用于將來自所述上網(wǎng)設(shè)備的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀調(diào)制為適合在可見光上傳輸?shù)男盘柛袷剿徒o第二 LED驅(qū)動器，例如進行4B5B編碼，對編碼后的數(shù)據(jù)添加起始位用于指示4B5B碼字的起始，組后經(jīng)過OOK調(diào)制后送給第二 LED驅(qū)動器，如圖2b所示。本實施例中，所述裝置還包括第一以太網(wǎng)PHY接口和第二以太網(wǎng)PHY接口，所述第以太網(wǎng)PHY接口用于接收來自互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)巾貞，所述第二以太網(wǎng)PHY接口用于接收來自上網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)幀。本實施例中，所述裝置還包括第一物理層管理接口 MDIO控制模塊、第二MDIO控制模塊、第一 MII接口和第二 MII接口，第一 MDIO控制模塊用于控制所述第一以太網(wǎng)PHY接口工作在MII模式，所述第二 MDIO控制模塊用于控制所述第二以太網(wǎng)PHY接口工作在MII模式，所述第一MII接口連接于所述第一以太網(wǎng)PHY接口與第一調(diào)制解調(diào)器之間，所述第二MII接口連接于所述第二以太網(wǎng)PHY接口與第二調(diào)制解調(diào)器之間。本實施例中，所述第一調(diào)制解調(diào)器與第一 LED驅(qū)動器之間、第二調(diào)制解調(diào)器與第二濾波器之間分別通過通用輸入輸出接口 GPIO連接。本實施例中，所述第一 LED燈為藍光LED芯片驅(qū)動的白光LED燈，第二 LED燈為綠光LED芯片驅(qū)動的白光LED燈,且所述第一 LED燈與第二光電探測器之間設(shè)置有藍光濾光片，以濾除其它頻帶的光譜，所述第二 LED燈與第一光電探測器之間設(shè)置有綠光濾光片，以濾除其它頻帶的光譜。本發(fā)明中，在下行鏈路設(shè)置藍光濾光片，在上行鏈路設(shè)置綠光濾光片可以保證上下行鏈路互不干擾。 本實施例中，所述第一濾波器與第二濾波器均為數(shù)字濾波器，以降低背景噪聲的干擾，例如使用滑動平均數(shù)字濾波器，可以有效削減信號中的噪聲毛刺，降低信號誤判的概率。上述實施例中，第一 MII接口、第一調(diào)制解調(diào)器、第一 MDIO控制模塊、第一以太網(wǎng)PHY接口可以做在一塊FPGA開發(fā)板上，例如Altera的DE2開發(fā)板；第二 MII接口、第二調(diào)制解調(diào)器、第二 MDIO控制模塊、第二以太網(wǎng)PHY接口可以做在另一塊FPGA開發(fā)板上，例如Altera的DE2開發(fā)板。本發(fā)明還提供了一種利用所述的裝置進行寬帶接入的方法，當傳輸下行鏈路數(shù)據(jù)時執(zhí)行步驟Sf S5 SI、所述第一調(diào)制解調(diào)器將來自互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀調(diào)制為適合在可見光上傳輸?shù)男盘柛袷?；S2、所述第一 LED驅(qū)動器將所述第一調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后的電信號調(diào)制到第一 LED燈所發(fā)出的可見光上發(fā)送出去；S3、所述第二光電探測器將來自所述第一 LED燈的光信號轉(zhuǎn)換成電信號；S4、所述第二濾波器將來自所述第二光電探測器的電信號進行濾波后發(fā)送給所述第二調(diào)制解調(diào)器；S5、所述第二調(diào)制解調(diào)器將接收到的濾波后的電信號進行解調(diào)后發(fā)送給上網(wǎng)設(shè)備;且當傳輸上行鏈路數(shù)據(jù)時執(zhí)行步驟SI’飛5’ SI’、所述第二調(diào)制解調(diào)器將來自所述上網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)幀調(diào)制為適合在可見光上傳輸?shù)男盘柛袷?；S2’、所述第二 LED驅(qū)動器將所述第二調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后的電信號調(diào)制到第二 LED燈所發(fā)出的可見光上發(fā)送出去；S3’、所述第一光電探測器將來自于所述第二 LED燈的光信號轉(zhuǎn)換成電信號；S4’、所述第一濾波器用于將來自所述第一光電探測器的電信號進行濾波后發(fā)送給所述第一調(diào)制解調(diào)器；
S5’、所述第一調(diào)制解調(diào)器將接收到的濾波后的電信號進行解調(diào)后發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)。由以上實施例可以看出，本發(fā)明通過將以太網(wǎng)寬帶信號調(diào)制到無線光載波上，在利用LED進行照明的同時完成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，使上網(wǎng)設(shè)備可以通過可見光通信接入到互聯(lián)網(wǎng)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于可見光通信的寬帶接入裝置，其特征在于，包括第一調(diào)制解調(diào)器、第一可見光收發(fā)器、第二可見光收發(fā)器以及第二調(diào)制解調(diào)器；其中， 所述第一調(diào)制解調(diào)器用于將來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)幀調(diào)制為適合在可見光上傳輸?shù)男盘柛袷?；以及用于將接收到的濾波后的信號進行解調(diào)后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)； 所述第一可見光收發(fā)器包括第一 LED驅(qū)動器、第一濾波器、第一光電探測器以及第一LED燈，所述第一 LED驅(qū)動器用于將所述第一調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后的電信號調(diào)制到第一 LED燈所發(fā)出的可見光上發(fā)送出去；所述第一 LED燈用于發(fā)出可見光；所述第一光電探測器用于將來自于所述第二 LED燈的光信號轉(zhuǎn)換成電信號；所述第一濾波器用于將來自所述第一光電探測器的電信號進行濾波后發(fā)送給所述第一調(diào)制解調(diào)器； 所述第二可見光收發(fā)器包括第二 LED驅(qū)動器、第二濾波器、第二光電探測器以及第二LED燈，所述第二光電探測器用于將來自所述第一 LED燈的光信號轉(zhuǎn)換成電信號；所述第二濾波器用于將來自所述第二光電探測器的電信號進行濾波后發(fā)送給所述第二調(diào)制解調(diào)器；所述第二 LED驅(qū)動器用于將所述第二調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后的電信號調(diào)制到第二 LED燈所發(fā)出的可見光上發(fā)送出去；所述第二 LED燈用于發(fā)出可見光； 所述第二調(diào)制解調(diào)器用于將接收到的濾波后的電信號進行解調(diào)后發(fā)送給上網(wǎng)設(shè)備，以及用于將來自所述上網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)幀調(diào)制為適合在可見光上傳輸?shù)男盘柛袷健?br> 2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括第一PHY接口和第二 PHY接口，所述第一 PHY接口用于接收來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)幀，所述第二 PHY接口用于接收來自上網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)幀。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括第一物理層管理接口MDIO控制模塊、第二 MDIO控制模塊、第一 MII接口和第二 MII接口，第一 MDIO控制模塊用于控制所述第一 PHY接口工作在MII模式，所述第二 MDIO控制模塊用于控制所述第二 PHY接口工作在MII模式，所述第一 MII接口連接于所述第一 PHY接口與第一調(diào)制解調(diào)器之間，所述第二 MII接口連接于所述第二 PHY接口與第二調(diào)制解調(diào)器之間。
4.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述第一調(diào)制解調(diào)器與第一LED驅(qū)動器之間、第二調(diào)制解調(diào)器與第二濾波器之間分別通過通用輸入輸出接口 GPIO連接。
5.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述第一LED燈為藍光LED芯片驅(qū)動的白光LED燈，第二 LED燈為綠光LED芯片驅(qū)動的白光LED燈，且所述第一 LED燈與第二光電探測器之間設(shè)置有藍光濾光片，所述第二 LED燈與第一光電探測器之間設(shè)置有綠光濾光片。
6.如權(quán)利要求1飛中任一項所述的裝置，其特征在于，所述第一濾波器與第二濾波器均為數(shù)字濾波器。
7.一種利用權(quán)利要求1飛中任一項所述的裝置進行寬帶接入的方法，其特征在于，當傳輸下行鏈路數(shù)據(jù)時執(zhí)行步驟Sf S5 [51、所述第一調(diào)制解調(diào)器將來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)幀調(diào)制為適合在可見光上傳輸?shù)男盘柛袷剑? [52、所述第一LED驅(qū)動器將所述第一調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后的電信號調(diào)制到第一 LED燈所發(fā)出的可見光上發(fā)送出去； [53、所述第二光電探測器將來自所述第一LED燈的光信號轉(zhuǎn)換成電信號； [54、所述第二濾波器將來自所述第二光電探測器的電信號進行濾波后發(fā)送給所述第二調(diào)制解調(diào)器； S5、所述第二調(diào)制解調(diào)器將接收到的濾波后的電信號進行解調(diào)后發(fā)送給上網(wǎng)設(shè)備； 且當傳輸上行鏈路數(shù)據(jù)時執(zhí)行步驟SI’飛5’ SI’、所述第二調(diào)制解調(diào)器將來自所述上網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)幀調(diào)制為適合在可見光上傳輸?shù)男盘柛袷剑? S2’、所述第二 LED驅(qū)動器將所述第二調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后的電信號調(diào)制到第二 LED燈所發(fā)出的可見光上發(fā)送出去； S3 ’、所述第一光電探測器將來自于所述第二 LED燈的光信號轉(zhuǎn)換成電信號； S4’、所述第一濾波器用于將來自所述第一光電探測器的電信號進行濾波后發(fā)送給所述第一調(diào)制解調(diào)器； S5’、所述第一調(diào)制解調(diào)器將接收到的濾波后的電信號進行解調(diào)后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明涉及可見光通信技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于可見光通信的寬帶接入裝置及方法。本發(fā)明通過將以太網(wǎng)寬帶信號調(diào)制到無線光載波上，在利用LED進行照明的同時完成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，使上網(wǎng)設(shè)備可以通過可見光通信接入到互聯(lián)網(wǎng)。
文檔編號H04L27/00GK102811091SQ20121023604
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者韓大海, 劉義樂, 張民, 焦璐, 李青 申請人:北京郵電大學(xué)