可見光分集發(fā)射和接收裝置及可見光通信系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于LED陣列的可見光分集發(fā)射裝置，包括：LED陣列，該LED陣列包括多個(gè)LED單元，該多個(gè)LED單元中的每個(gè)LED單元連接至獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元和抗擾光學(xué)單元，每個(gè)LED單元發(fā)出的光信號通過相應(yīng)的抗擾光學(xué)單元發(fā)射出去；以及編碼控制單元，該編碼控制單元連接至該多個(gè)LED單元中每個(gè)LED單元的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元，用于向該多個(gè)LED單元的各驅(qū)動(dòng)單元指派獨(dú)立的傳輸數(shù)據(jù)。本發(fā)明還提供了相應(yīng)的可見光分集接收裝置。
【專利說明】可見光分集發(fā)射和接收裝置及可見光通信系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可見光通信，尤其涉及基于LED陣列的可見光分集發(fā)射和接收裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]可見光(波長范圍380?740nm)通信技術(shù)是一種在LED技術(shù)上發(fā)展起來的新型無線光通信技術(shù)。通過LED光源的高頻率閃爍，有光代表I，無光代表O，可將信號調(diào)制在LED光源上，從而利用可見光波段作為通信載體來傳輸數(shù)據(jù)?？梢姽馔ㄐ诺膫鬏斔俾首罡哌_(dá)每秒千兆?？梢姽馔ㄐ庞兄喈?dāng)豐富的頻譜資源，這是包括微波通信在內(nèi)的一般無線通信無法比擬的。同時(shí)，可見光通信可以適用任何通信協(xié)議、適用于任何環(huán)境，并且可見光通信的設(shè)備架設(shè)靈活便捷、成本低廉，適合大規(guī)模普及應(yīng)用。隨著LED技術(shù)的發(fā)展，可見光通信成為新一代無線通信技術(shù)的研究熱點(diǎn)。
[0003]目前，可見光通信中的傳送裝置所采用的光源為一個(gè)LED或者LED同步陣列。所謂LED同步陣列是LED陣列的所有LED采用統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)，即發(fā)出的信號相同。采用這種LED陣列發(fā)射光信號可以提高傳輸距離，然而，缺陷是傳輸速率有限。隨著多媒體應(yīng)用對更高數(shù)據(jù)傳輸速率的要求以及設(shè)備的小型化趨勢，如何利用有限的LED器件傳送更高速率的數(shù)據(jù)成變得至關(guān)重要。
[0004]因此，本領(lǐng)域亟需一種能夠以更高速率進(jìn)行可見光通信的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]以下給出一個(gè)或多個(gè)方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認(rèn)出所有方面的關(guān)鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個(gè)或多個(gè)方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細(xì)的描述之序。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種基于LED陣列的可見光分集發(fā)射裝置，包括:LED陣列，該LED陣列包括多個(gè)LED單元，該多個(gè)LED單元中的每個(gè)LED單元連接至獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元和抗擾光學(xué)單元，每個(gè)LED單元發(fā)出的光信號通過相應(yīng)的抗擾光學(xué)單元發(fā)射出去；以及編碼控制單元，該編碼控制單元連接至該多個(gè)LED單元相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元，用于向該多個(gè)LED單元的各驅(qū)動(dòng)單元指派獨(dú)立的傳輸數(shù)據(jù)。
[0007]在一實(shí)例中，該多個(gè)LED單元的抗擾光學(xué)單元包括帶通濾光片，并且該多個(gè)LED單元的帶通濾光片具有互不相同的通帶。
[0008]在一實(shí)例中，該多個(gè)LED單元的各帶通濾光片的通帶對應(yīng)不同的可見光光譜。
[0009]在一實(shí)例中，該多個(gè)LED單元的抗擾光學(xué)單元包括起偏器，并且每相鄰的兩個(gè)LED單元的起偏器的偏振方向相互垂直。
[0010]在一實(shí)例中，該多個(gè)LED單元的抗擾光學(xué)單元包括光學(xué)準(zhǔn)直鏡頭。
[0011]在一實(shí)例中，該LED單元包括一個(gè)LED或由多個(gè)LED并聯(lián)而成的LED組。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種基于LED陣列的可見光分集接收裝置，包括:光電檢測器陣列，該光電檢測器陣列包括多個(gè)光電檢測器單元，該多個(gè)光電檢測器單元中的每個(gè)光電檢測器單元連接至獨(dú)立的抗擾光學(xué)單元，每個(gè)光電檢測器單元檢測通過相應(yīng)的抗擾光學(xué)單元接收到的光信號；以及解碼控制單元，該解碼控制單元連接至該多個(gè)光電檢測器單元，用于接收分別由所述多個(gè)光電檢測器單元檢出的信號以恢復(fù)出傳輸數(shù)據(jù)。
[0013]在一實(shí)例中，該多個(gè)光電檢測器單元的抗擾光學(xué)單元包括帶通濾光片，并且該多個(gè)光電檢測器單元的帶通濾光片具有互不相同的通帶。
[0014]在一實(shí)例中，該多個(gè)光電檢測器單兀的抗擾光學(xué)單兀包括檢偏器，并且每相鄰的兩個(gè)光電檢測器單元的檢偏器的偏振方向相互垂直。
[0015]在一實(shí)例中，該多個(gè)光電檢測器單元的抗擾光學(xué)單元包括匯聚透鏡。
[0016]在一實(shí)例中，該光電檢測器單元包括一個(gè)光電檢測器或由多個(gè)光電檢測器并聯(lián)而成的光電檢測器組。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種可見光通信系統(tǒng)，包括如上所述的可見光分集發(fā)射裝置和如上所述的可見光分集接收裝置，所述可見光分集發(fā)射裝置的LED單元與所述可見光分集接收裝置的光電檢測器單元一一對應(yīng)，所述多個(gè)光電檢測單元分別用于檢測相對應(yīng)的LED單元發(fā)出的光信號。
[0018]在一實(shí)例中，該可見光通信系統(tǒng)包括光子客戶端和與所述光子客戶端相匹配的光子接收端，該光子客戶端用于發(fā)射包含了預(yù)設(shè)信息的可見光信號至所述光子接收端，該光子接收端用于接收和解調(diào)來自該光子客戶端的可見光信號，并根據(jù)該可見光信號里包含的預(yù)設(shè)信息進(jìn)行相關(guān)操作，該光子客戶端包括該可見光分集發(fā)射裝置，該光子接收端包括該可見光分集接收裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]在結(jié)合以下附圖閱讀本公開的實(shí)施例的詳細(xì)描述之后，能夠更好地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關(guān)特性或特征的組件可能具有相同或相近的附圖標(biāo)記。
[0020]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的可見光分集發(fā)射裝置的簡化框圖；
[0021]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的可見光分集發(fā)射裝置的LED陣列的示意圖；
[0022]圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的可見光分集發(fā)射裝置的驅(qū)動(dòng)單元的示意圖；
[0023]圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的可見光分集發(fā)射裝置的抗擾光學(xué)單元的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0024]圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的可見光分集發(fā)射裝置的抗擾光學(xué)單元的另一實(shí)施例的不意圖；
[0025]圖6a、6b分別是示出了在未使用光學(xué)準(zhǔn)直透鏡和使用了光學(xué)準(zhǔn)直透鏡情況下LED光斑的示意圖；
[0026]圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的光學(xué)準(zhǔn)直透鏡的示意圖；
[0027]圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的可見光分集接收裝置的簡化框圖；
[0028]圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的可見光分集接收裝置的抗擾光學(xué)單元的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0029]圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的可見光分集發(fā)射裝置和可見光分集接收裝置中的帶通濾光片的工作示意圖；
[0030]圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的可見光分集接收裝置的抗擾光學(xué)單元的另一實(shí)施例的示意圖；以及
[0031]圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的可見光分集發(fā)射裝置和可見光分集接收裝置中的起偏器和檢偏器的工作示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。注意，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例描述的諸方面僅是示例性的，而不應(yīng)被理解為對本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行任何限制。
[0033]傳統(tǒng)可見光通信系統(tǒng)采用LED同步陣列發(fā)光，提高了通信距離。然而，整個(gè)LED陣列傳送相同的信號，數(shù)據(jù)傳送效率低下。在本發(fā)明中，通過為LED陣列中的各LED單元提供獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元，從而為LED陣列提供不同的信號源，實(shí)現(xiàn)分集效果。同時(shí)，通過為各LED單元提供相應(yīng)的抗擾光學(xué)單元以避免LED陣列中各LED單元之間的相互干擾，保證LED陣列的各LED單元所傳送的信號能夠被接收裝置成功接收。以此分集發(fā)射和接收方式，顯著改善了 LED陣列的數(shù)據(jù)通信效率。
[0034]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的可見光分集發(fā)射裝置100的簡化框圖。如圖1所示，可見光分集發(fā)射裝置100包括多個(gè)LED單元106-k Ck= I~K)，這多個(gè)LED單元構(gòu)成了可見光分集發(fā)射裝置100的LED陣列。圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的可見光分集發(fā)射裝置100的該LED陣列的示意圖。在圖2中，LED陣列是3x3的LED陣列，即包括9個(gè)LED單元，K = 9。這9個(gè)LED單元按照行列順序依次編為LED I, LED2,…，LED9。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易認(rèn)識到，這僅是說明性而非限制性的LED陣列組成，LED陣列可以具有任何合適數(shù)目的LED單元，例如可以設(shè)計(jì)成PX q，P、q為正整數(shù)。另外，所編號的每個(gè)LED單元既可以是單個(gè)LED，也可以是由多個(gè)LED并聯(lián)而成的LED組以增加發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的傳輸距離。`
[0035]回到圖1,每個(gè)LED單元106`-k連接至一獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元104_k Ck= I~K)。各驅(qū)動(dòng)單元104-k分別將各自相應(yīng)的LED單元106-k連接至一公共的編碼控制單元102。編碼控制單元102接收待發(fā)送的原始數(shù)據(jù)后執(zhí)行必要的編碼和調(diào)制，將傳輸數(shù)據(jù)分配給各驅(qū)動(dòng)單元104-k，后者將傳輸數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的LED單元106-k，并提供驅(qū)動(dòng)電流以驅(qū)動(dòng)LED單元106以可見光形式發(fā)射數(shù)據(jù)。注意，編碼控制單元102向每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元104-k分配的傳輸數(shù)據(jù)是不相同的。例如，編碼控制單元102可對要傳送的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，并向各驅(qū)動(dòng)單元104-k提供原始數(shù)據(jù)的不同部分，其中每個(gè)數(shù)據(jù)部分可包括用以標(biāo)識該數(shù)據(jù)部分在原始數(shù)據(jù)中的位置的位置標(biāo)識符。
[0036]以圖2中的3x3的LED陣列為例。如果要傳送的原始數(shù)據(jù)為9m+n個(gè)字節(jié)，其中m為非負(fù)整數(shù)，η為小于9的非負(fù)整數(shù)。若η=0，可將9m個(gè)字節(jié)平均分配給9個(gè)LED，例如，將第I~m個(gè)字節(jié)分配給LED單元I,第m+1~2m個(gè)字節(jié)分配給LED單元2,...,第8m+l~9m個(gè)字節(jié)分配給LED單元9。若η > 0，可將第I~m+1個(gè)字節(jié)分配給LED單元1，依次類推，前η個(gè)LED都分配m+1個(gè)字節(jié),其余LED分配m個(gè)字節(jié),字節(jié)按順序分配。提供給每個(gè)LED單元的驅(qū)動(dòng)單元的傳輸數(shù)據(jù)除了分配給該LED單元的字節(jié)之外還包括一位置標(biāo)識符以標(biāo)識該字節(jié)在原始數(shù)據(jù)中所處的位置。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易認(rèn)識到，上述分配僅僅是用以解釋向各LED單元指派不同數(shù)據(jù)內(nèi)容的說明性而非限制性示例?？梢允褂萌魏魏线m的分配方案來為各LED單元指派傳輸數(shù)據(jù)。
[0037]驅(qū)動(dòng)單元104-k為相關(guān)聯(lián)的LED單元106_k提供驅(qū)動(dòng)電流，以驅(qū)動(dòng)LED單元106_k通過高頻閃爍的方式以可見光形式發(fā)射相應(yīng)的傳輸數(shù)據(jù)。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的可見光分集發(fā)射裝置100的驅(qū)動(dòng)單元的示意圖。圖3中示出了 MOS管驅(qū)動(dòng)電路300，然而這僅是驅(qū)動(dòng)單元104-k的說明性而非限制性實(shí)例，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易了解可以使用任何合適的驅(qū)動(dòng)電路，例如高速軌到軌運(yùn)放0PA2377等。如圖3所示，MOS管驅(qū)動(dòng)電路300的主體是一 N通道增強(qiáng)型MOS管，例如MOS管2N7002K。所分配的傳輸數(shù)據(jù)耦接至MOS管的柵極G，M0S管的源極S通過電阻Rl接地，漏極D接LED單元106_k的正極。保持MOS管的柵極G-源極S的門檻電壓為1-2.5V，通過控制MOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而間接控制LED單元106-k的關(guān)斷和導(dǎo)通。通過調(diào)節(jié)該MOS管驅(qū)動(dòng)電路300，例如電阻Rl、R17和R22，可以調(diào)整LED的驅(qū)動(dòng)電流。例如，假設(shè)電壓BAT2=4.2V，則當(dāng)R22=lohm，R17=160ohm，Rl=68ohm時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)電流為20mA ;當(dāng)R17=82ohm，Rl=68ohm時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)電流為37mA。
[0038]回到圖1，各LED單元106-k分別連接至一獨(dú)立的用于使這多個(gè)LED單元發(fā)出的光信號互不干擾的抗擾光學(xué)單元108-k，從而LED單元106-k發(fā)出的光信號通過相應(yīng)的抗擾光學(xué)單元108-k發(fā)射出去。由于各LED單元106-k之間傳送不同的傳輸數(shù)據(jù)，因此，在LED單元106-k之后應(yīng)用抗擾光學(xué)單元108-k以保證這些傳輸數(shù)據(jù)之間互不干擾地被正確接收。
[0039]圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的可見光分集發(fā)射裝置的抗擾光學(xué)單元400的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。該抗擾光學(xué)單元400可以是圖1中的抗擾光學(xué)單元108-k。如圖4所示，抗擾光學(xué)單元400可包括帶通濾光片402和光學(xué)準(zhǔn)直透鏡404。帶通濾光片402由電介質(zhì)和金屬膜構(gòu)成，能夠?qū)μ囟úㄩL實(shí)現(xiàn)干涉相消，從而實(shí)現(xiàn)帶通的效果。帶通濾光片402可以是窄帶帶通濾光片，半峰值帶寬一般為IOnm和40nm。例如，在LED陣列包括9個(gè)以上的LED單元時(shí)，可以采用半峰值帶寬為IOnm的帶通濾光片402。對于圖1中的可見光分集發(fā)射裝置100的LED陣列中的`每個(gè)LED單元106_k，為其相關(guān)聯(lián)的帶通濾光片分配互不相同的通帶。LED的可用光譜范圍在400-700nm，但是在靠近可用光譜邊緣部分的功率很低。所以在一實(shí)例中，對波長進(jìn)行分配時(shí)，可避開邊緣部分。例如對常用的藍(lán)光激發(fā)熒光粉的白光LED，可以選擇相對功率在0.3以上部分波長490nm~620nm來分配給各帶通濾光片。在傳輸信道較多而要使用可見光譜邊緣部分的另一實(shí)例中，對于相對功率在0.3以下波長部分，可以增大與使用這些波長的帶通濾光片相關(guān)聯(lián)的LED單元的功率為其他波長的I~3倍。例如，某個(gè)LED單元的帶通濾光片的通帶處于相對功率在0.3以下波長部分，可以調(diào)節(jié)該LED單元的驅(qū)動(dòng)單元以提高驅(qū)動(dòng)電流。以圖2所示的LED陣列為例,各LED單元所出射光線的波長范圍以及對應(yīng)的帶通濾光片的通帶寬度范圍分配可如下表1所示。
[0040]表1——帶通濾光片通帶分配
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種基于LED陣列的可見光分集發(fā)射裝置，包括: LED陣列,所述LED陣列包括多個(gè)LED單元,所述多個(gè)LED單元中的每個(gè)LED單元連接至獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元和用于使所述多個(gè)LED單元發(fā)出的光信號互不干擾的抗擾光學(xué)單元，每個(gè)LED單元發(fā)出的光信號通過相應(yīng)的抗擾光學(xué)單元發(fā)射出去；以及 編碼控制單元，所述編碼控制單元連接至所述多個(gè)LED單元相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元，用于向所述多個(gè)LED單元的各驅(qū)動(dòng)單元分配獨(dú)立的傳輸數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的可見光分集發(fā)射裝置，其特征在于，所述多個(gè)LED單元的抗擾光學(xué)單元包括帶通濾光片，并且該多個(gè)LED單元的帶通濾光片具有互不相同的通帶。
3.如權(quán)利要求2所述的可見光分集發(fā)射裝置，其特征在于，所述多個(gè)LED單元的各帶通濾光片的通帶對應(yīng)不同的可見光光譜。
4.如權(quán)利要求1所述的可見光分集發(fā)射裝置，其特征在于，所述多個(gè)LED單元的抗擾光學(xué)單元包括起偏器，并且每相鄰的兩個(gè)LED單元的起偏器的偏振方向相互垂直。
5.如權(quán)利要求1所述的可見光分集發(fā)射裝置，其特征在于，所述多個(gè)LED單元的抗擾光學(xué)單元包括光學(xué)準(zhǔn)直透鏡。
6.如權(quán)利要求1所述的可見光分集發(fā)射裝置，所述LED單元為一個(gè)單獨(dú)的LED或由多個(gè)LED并聯(lián)而成的LED組。
7.一種基于LED陣列的可見光分集接收裝置，包括: 光電檢測器陣列，所述光電檢測器陣列包括多個(gè)光電檢測器單元，所述多個(gè)光電檢測器單元中的每個(gè)光電檢測器單元連接至獨(dú)立的用于使所述多個(gè)光電檢測單元接收的光信號互不干擾的抗擾光學(xué)單 元，每個(gè)光電檢測器單元檢測通過相應(yīng)的抗擾光學(xué)單元接收到的光信號；以及 解碼控制單元，所述解碼控制單元連接至所述多個(gè)光電檢測器單元，用于接收分別由所述多個(gè)光電檢測器單元檢出的信號以恢復(fù)出傳輸數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的可見光分集接收裝置，其特征在于，所述多個(gè)光電檢測器單元的抗擾光學(xué)單元包括帶通濾光片，并且該多個(gè)光電檢測器單元的帶通濾光片具有互不相同的通帶。
9.如權(quán)利要求7所述的可見光分集接收裝置，其特征在于，所述多個(gè)光電檢測器單元的抗擾光學(xué)單元包括檢偏器，并且每相鄰的兩個(gè)光電檢測器單元的檢偏器的偏振方向相互垂直。
10.如權(quán)利要求7所述的可見光分集接收裝置，其特征在于，所述多個(gè)光電檢測器單元的抗擾光學(xué)單元包括匯聚透鏡。
11.如權(quán)利要求7所述的可見光分集接收裝置，其特征在于，所述光電檢測器單元為一個(gè)光電檢測器或由多個(gè)光電檢測器并聯(lián)而成的光電檢測器組。
12.—種可見光通信系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的可見光分集發(fā)射裝置和如權(quán)利要求7-11任一項(xiàng)所述的可見光分集接收裝置，所述可見光分集發(fā)射裝置的LED單元與所述可見光分集接收裝置的光電檢測器單元一一對應(yīng)，所述多個(gè)光電檢測單元分別用于檢測相對應(yīng)的LED單元發(fā)出的光信號。
13.如權(quán)利要求12所述的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述可見光通信系統(tǒng)包括光子客戶端和與所述光子客戶端相匹配的光子接收端，所述光子客戶端用于發(fā)射包含了預(yù)設(shè)信息的可見光信號至所述光子接收端，所述光子接收端用于接收和解調(diào)來自所述光子客戶端的可見光信號，并根據(jù)所述可見光信號里包含的預(yù)設(shè)信息進(jìn)行相關(guān)操作，所述光子客戶端包括所述可見光分集發(fā)射裝置，所述光子接收端包括所述可見光分集接收裝置。
【文檔編號】H04B10/116GK103812559SQ201310499406
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司