一種基于反射的可見光通信系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種基于反射的可見光通信系統(tǒng)和方法，涉及基于LED的光通信領(lǐng)域，包括進行雙向通信的移動端和接入端，接入端包括第一接收單元和第一發(fā)送單元，第一發(fā)送單元用于將待發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為下行光信號發(fā)送至移動端，第一接收單元用于接收來自移動端的上行光信號，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號；移動端包括第二發(fā)送單元、波分復(fù)用器、第二接收單元、準直透鏡，準直透鏡用于聚焦和準直上下行光信號，波分復(fù)用器用于濾出下行光信號并透射上行光信號，第二發(fā)送單元用于將數(shù)據(jù)調(diào)制到上行波道波長的光上，并利用反射的方式傳輸至波分復(fù)用器，第二接收單元用于將波分復(fù)用器濾出的下行光信號轉(zhuǎn)換為電信號。
【專利說明】一種基于反射的可見光通信系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于LED的光通信領(lǐng)域，具體來講涉及一種基于反射的可見光通信系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]LED (Lighting Emitting D1de)被稱為第四代照明光源或綠色光源,在提供室內(nèi)照明的同時還可應(yīng)用于無線光通信系統(tǒng)中。
[0003]在兼顧照明和數(shù)據(jù)通信的條件下，LED同時作為信源和光源，數(shù)據(jù)從固定布置的LED處向用戶廣播傳輸(下行方向)。但在用戶數(shù)據(jù)回傳到LED時(上行方向上)，由于收發(fā)兩端難以準確對準，若移動端上行數(shù)據(jù)通過LED向上發(fā)射，設(shè)備會產(chǎn)生大量眩光，固定接入點接收到的上行信號強度低且存在大量的串擾。因此，可見光通信一直缺乏合理實用的上行信道解決方案，限制了其可靠的雙向通信。
[0004]為解決這個問題，已有提出多種上行信道方案。例如上行采用紅外傳輸，雖然紅外光束有較好的方向性，但仍需要手動或自動對準以保證上行的紅外光束對準接收端，這種混合的上下行傳輸方案仍然復(fù)雜且成本高。另一種方案采用wifi等無線技術(shù)上行傳輸，但由于使用了無線技術(shù)，這種混合的通信系統(tǒng)失去了可見光通信的信號保密、頻譜干擾小的優(yōu)點。因此，可見光通信的雙向傳輸尤其是上行傳輸方案是目前實現(xiàn)的難點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于反射的可見光通信系統(tǒng)和方法，簡化了用戶終端的硬件設(shè)計，減少能源消耗，降低成本，節(jié)省接收端光源同時簡化信號發(fā)射對準機制。
[0006]為達到以上目的，本發(fā)明提供一種基于反射的可見光通信系統(tǒng)，包括進行雙向通信的移動端和接入端，接入端包括第一接收單元和第一發(fā)送單元，第一發(fā)送單元用于將待發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為下行光信號發(fā)送至移動端，第一接收單元用于接收來自移動端的上行光信號，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號；移動端包括第二發(fā)送單元、波分復(fù)用器、第二接收單元、準直透鏡，準直透鏡用于聚焦和準直上下行光信號，波分復(fù)用器用于濾出下行光信號并透射上行光信號，第二發(fā)送單元用于將數(shù)據(jù)調(diào)制到上行波道波長的光上，并利用反射的方式傳輸至波分復(fù)用器，第二接收單元用于將波分復(fù)用器濾出的下行光信號轉(zhuǎn)換為電信號。
[0007]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述移動端位于用戶側(cè)的移動設(shè)備中，接入端位于建筑中的照明光源處，作為固定接入點。
[0008]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第一接收單元包括光接收單元和第一數(shù)據(jù)接收單元，光接收單元用于接收來自移動端的上行光信號，并轉(zhuǎn)換成電信號；第一數(shù)據(jù)接收單元用于解調(diào)電信號，并將解調(diào)出的數(shù)據(jù)送入網(wǎng)絡(luò)。
[0009]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第一發(fā)送單元包括光發(fā)送單元和第一數(shù)據(jù)發(fā)送單元，第一數(shù)據(jù)發(fā)送單元接收來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，光發(fā)送單元包括LED及其驅(qū)動電路，用于將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為下行光信號發(fā)出。
[0010]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第二接收單元包括第二數(shù)據(jù)接收單元和光探測器，光探測器用于探測波分復(fù)用器濾出的下行光信號，并轉(zhuǎn)換為電信號輸出至第二數(shù)據(jù)接收單元。
[0011]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第二發(fā)送單元包括第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元、反射型光調(diào)制器和角反射器，且反射型光調(diào)制器位于角反射器的反射面；第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元用于發(fā)送數(shù)據(jù)，反射型光調(diào)制器用于將第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元的數(shù)據(jù)調(diào)制到上行波道波長的光上，角反射器將上行光信號平行反射給波分復(fù)用器。
[0012]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第二發(fā)送單元包括第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元、透射型光調(diào)制器和角反射器，透射型光調(diào)制器位于角反射器和波分復(fù)用器之間，第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元用于發(fā)送數(shù)據(jù)給透射型光調(diào)制器，角反射器將波分復(fù)用器濾出的上行波道波長的光反射回去，透射型光調(diào)制器將數(shù)據(jù)調(diào)制到上行波道波長的光后，形成上行光信號發(fā)送給波分復(fù)用器。
[0013]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第二發(fā)送單元包括第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元、反射型光調(diào)制器和聚焦器件，聚焦器件位于反射型光調(diào)制器和波分復(fù)用器之間，聚焦器件用于將波分復(fù)用器濾出的上行波道波長的光聚焦到反射型光調(diào)制器，第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元用于發(fā)送數(shù)據(jù)給反射型光調(diào)制器，反射型光調(diào)制器將數(shù)據(jù)調(diào)制到上行波道波長的光后，形成上行光信號經(jīng)聚焦器件發(fā)送給波分復(fù)用器。
[0014]本發(fā)明還提供一種基于反射的可見光通信方法，下行方向，第一發(fā)送單元將待發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為下行光信號發(fā)送至移動端，通過準直透鏡傳入波分復(fù)用器，波分復(fù)用器濾出未被調(diào)制的上行波道波長的光以及下行光信號，下行光信號發(fā)送至第二接收單元，第二接收單元對下行光信號進行光電轉(zhuǎn)換；上行方向，第二發(fā)送單元將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加載到上行波道波長的光調(diào)制成上行光信號，并利用反射的方式傳輸至波分復(fù)用器，波分復(fù)用器透射待發(fā)送的上行光信號，并通過準直透鏡發(fā)送至接入端的第一接收單元，第一接收單元對上行光信號進行光電轉(zhuǎn)換后，送入網(wǎng)絡(luò)。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:基于反射的可見光通信系統(tǒng)和方法，僅使用接入端具有單光源，移動端不具有光源，移動端通過將接收光反射并調(diào)制上行數(shù)據(jù)，與接入端之間實現(xiàn)簡單可靠的上行通信鏈路，簡化了用戶終端的硬件設(shè)計，基于波分技術(shù)實現(xiàn)了雙向不同波長的數(shù)據(jù)傳輸；節(jié)省接收端光源，減少能源消耗，降低成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明基于反射的可見光通信系統(tǒng)第一實施例的框圖；
[0017]圖2為本發(fā)明可見光光譜的分布示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明移動端第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明移動端第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5為本發(fā)明移動端第三實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]附圖標記:
[0022]1-接入端，11-第一接收單元，111-光接收單元，112-第一數(shù)據(jù)接收單元，12-第一發(fā)送單元，121-光發(fā)送單元，122-第一數(shù)據(jù)發(fā)送單元；
[0023]2-移動端，21-第二發(fā)送單元，211-第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元，212-光調(diào)制器，213-角反射器，214-聚焦器件，22-第二接收單元，221-第二數(shù)據(jù)接收單元，222-光探測器，23-波分復(fù)用器，24-準直透鏡；
[0024]100-下行光信號，200-上行光信號。

【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0026]如圖1和圖3所示，本發(fā)明基于反射的可見光通信系統(tǒng)第一實施例，包括進行雙向通信的移動端2和接入端1，移動端2通常位于用戶側(cè)的移動設(shè)備中，接入端I通常位于建筑中的照明光源等位置，作為固定接入點，且該照明光源可以為LED。
[0027]接入端I包括第一接收單元11和第一發(fā)送單元12，第一發(fā)送單元12用于將待發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為下行光信號發(fā)送至移動端2，第一接收單元11用于接收來自移動端2的上行光信號200，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。具體的，第一接收單元11包括光接收單元111和第一數(shù)據(jù)接收單元112，光接收單元111包括光電轉(zhuǎn)換電路，用于接收所述上行光信號200，進行光電轉(zhuǎn)換后成為電信號；第一數(shù)據(jù)接收單元112用于解調(diào)轉(zhuǎn)換后的電信號，并將解調(diào)出的數(shù)據(jù)送入網(wǎng)絡(luò)。所述第一發(fā)送單元12包括相連的光發(fā)送單元121和第一數(shù)據(jù)發(fā)送單元122，第一數(shù)據(jù)發(fā)送單元122連接到網(wǎng)絡(luò)，接收來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，光發(fā)送單元121包括LED及其驅(qū)動電路，用于將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為下行光信號100發(fā)出。
[0028]移動端2包括第二發(fā)送單元21、第二接收單元22、波分復(fù)用器23、準直透鏡24，準直透鏡24用于聚焦和準直上下行光信號，波分復(fù)用器用于濾出下行光信號100，并透射上行光信號200，即濾出上行波道波長的光；第二發(fā)送單元21用于將數(shù)據(jù)調(diào)制成上行光信號200，并利用反射的方式傳輸至波分復(fù)用器23，第二接收單22元用于將波分復(fù)用器23濾出的下行光信號100進行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為電信號。具體的，本實施例中，所述第二發(fā)送單元21包括第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元211、光調(diào)制器212和角反射器213，且光調(diào)制器212為反射型光調(diào)制器，位于角反射器213的反射面；第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元211用于發(fā)送數(shù)據(jù)，反射型光調(diào)制器用于控制光路通斷，將第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元211的數(shù)據(jù)調(diào)制到上行波道光上變成上行光信號200，角反射器213將上行光信號200平行反射到波分復(fù)用器23。所述第二接收單元22包括第二數(shù)據(jù)接收單元221和光探測器222，光探測器222用于探測波分復(fù)用器23濾出的下行光信號100，并轉(zhuǎn)換為電信號輸出至第二數(shù)據(jù)接收單元221。
[0029]上述系統(tǒng)中，基于反射的可見光通信方法如下:
[0030]下行方向，第一發(fā)送單元12將待發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為下行光信號100發(fā)送至移動端2，通過準直透鏡24傳入波分復(fù)用器23，波分復(fù)用器23濾出未被調(diào)制的上行波道波長的光以及下行光信號100，并發(fā)送至第二接收單元22，第二接收單元22對下行光信號100進行光電轉(zhuǎn)換；
[0031]上行方向，第二發(fā)送單元21將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加載到上行波道波長的光上，調(diào)制成上行光信號200，并利用反射的方式傳輸至波分復(fù)用器23，波分復(fù)用器23透射待發(fā)送的上行光信號200，并通過準直透鏡24發(fā)送至接入端I的第一接收單元11，第一接收單元11對上行光信號200進行光電轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入網(wǎng)絡(luò)。
[0032]如圖2所示，本發(fā)明基于LED的可見光光譜分布，具體原理為:可見光光譜分為下行波道和上行波道，上、下行數(shù)據(jù)分別占用不同的波道，兩者之間互不干擾。從接入端發(fā)送的下行光信號100，僅在下行波道調(diào)制下行數(shù)據(jù)，上行波道未加調(diào)制。波分復(fù)用器23對下行光信號100進行濾波，使加載下行數(shù)據(jù)的下行波道分離到光探測器222，而未被調(diào)制的上行波道透射，經(jīng)角反射器213反射、反射型光調(diào)制器調(diào)制后，加載上行數(shù)據(jù)，變成了上行光信號200，再透射經(jīng)過波分復(fù)用器23和準直透鏡24后，傳入接入端I。
[0033]第二實施例:
[0034]本實施例中基于反射的可見光通信系統(tǒng)與第一實施例大致相同，區(qū)別之處在于移動端2的結(jié)構(gòu)設(shè)置。如圖4所示，本實施例中所述第二發(fā)送單元21包括第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元211、光調(diào)制器212和角反射器213，并且光調(diào)制器212為透射型光調(diào)制器，位于角反射器213和波分復(fù)用器23之間。第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元21發(fā)送數(shù)據(jù)給透射型光調(diào)制器，角反射器213將波分復(fù)用器23濾出的上行波道波長的光反射回去，透射型光調(diào)制器將數(shù)據(jù)調(diào)制到上行波道波長的光后，形成上行光信號200發(fā)送給波分復(fù)用器23 ;本實施例中其他方式與第一實施例相同，此處不再贅述。
[0035]第三實施例:
[0036]本實施例中基于反射的可見光通信系統(tǒng)與前兩個實施例大致相同，區(qū)別之處在于移動端2的結(jié)構(gòu)設(shè)置。如圖5所示，所述第二發(fā)送單元21包括第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元211、光調(diào)制器212和聚焦器件214，并且光調(diào)制器212為反射型光調(diào)制器，聚焦器件214位于反射型光調(diào)制器和波分復(fù)用器23之間，聚焦器件214將波分復(fù)用器23濾出的上行波道波長的光聚焦到反射型光調(diào)制器，第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元21發(fā)送數(shù)據(jù)給反射型光調(diào)制器，反射型光調(diào)制器將數(shù)據(jù)調(diào)制到上行波道波長的光后，形成上行光信號200經(jīng)聚焦器件214發(fā)送給波分復(fù)用器23 ;其余方式與第一實施例相同，此處不再贅述。
[0037]本發(fā)明不局限于上述實施方式，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)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于反射的可見光通信系統(tǒng)，包括進行雙向通信的移動端和接入端，其特征在于: 接入端包括第一接收單元和第一發(fā)送單元，第一發(fā)送單元用于將待發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為下行光信號發(fā)送至移動端，第一接收單元用于接收來自移動端的上行光信號，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號； 移動端包括第二發(fā)送單元、波分復(fù)用器、第二接收單元、準直透鏡，準直透鏡用于聚焦和準直上下行光信號，波分復(fù)用器用于濾出下行光信號并透射上行光信號，第二發(fā)送單元用于將數(shù)據(jù)調(diào)制到上行波道波長的光上，并利用反射的方式傳輸至波分復(fù)用器，第二接收單元用于將波分復(fù)用器濾出的下行光信號轉(zhuǎn)換為電信號。
2.如權(quán)利要求1所述基于反射的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于:所述移動端位于用戶側(cè)的移動設(shè)備中，接入端位于建筑中的照明光源處，作為固定接入點。
3.如權(quán)利要求1所述基于反射的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于:所述第一接收單元包括光接收單元和第一數(shù)據(jù)接收單元，光接收單元用于接收來自移動端的上行光信號，并轉(zhuǎn)換成電信號；第一數(shù)據(jù)接收單元用于解調(diào)電信號，并將解調(diào)出的數(shù)據(jù)送入網(wǎng)絡(luò)。
4.如權(quán)利要求1所述基于反射的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于:所述第一發(fā)送單元包括光發(fā)送單元和第一數(shù)據(jù)發(fā)送單元，第一數(shù)據(jù)發(fā)送單元接收來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，光發(fā)送單元包括LED及其驅(qū)動電路，用于將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為下行光信號發(fā)出。
5.如權(quán)利要求1所述基于反射的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于:所述第二接收單元包括第二數(shù)據(jù)接收單元和光探測器，光探測器用于探測波分復(fù)用器濾出的下行光信號，并轉(zhuǎn)換為電信號輸出至第二數(shù)據(jù)接收單元。
6.如權(quán)利要求1所述基于反射的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于:所述第二發(fā)送單元包括第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元、反射型光調(diào)制器和角反射器，且反射型光調(diào)制器位于角反射器的反射面；第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元用于發(fā)送數(shù)據(jù)，反射型光調(diào)制器用于將第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元的數(shù)據(jù)調(diào)制到上行波道波長的光上，角反射器將上行光信號平行反射給波分復(fù)用器。
7.如權(quán)利要求1所述基于反射的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于:所述第二發(fā)送單元包括第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元、透射型光調(diào)制器和角反射器，透射型光調(diào)制器位于角反射器和波分復(fù)用器之間，第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元用于發(fā)送數(shù)據(jù)給透射型光調(diào)制器，角反射器將波分復(fù)用器濾出的上行波道波長的光反射回去，透射型光調(diào)制器將數(shù)據(jù)調(diào)制到上行波道波長的光后，形成上行光信號發(fā)送給波分復(fù)用器。
8.如權(quán)利要求1所述基于反射的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于:所述第二發(fā)送單元包括第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元、反射型光調(diào)制器和聚焦器件，聚焦器件位于反射型光調(diào)制器和波分復(fù)用器之間，聚焦器件用于將波分復(fù)用器濾出的上行波道波長的光聚焦到反射型光調(diào)制器，第二數(shù)據(jù)發(fā)送單元用于發(fā)送數(shù)據(jù)給反射型光調(diào)制器，反射型光調(diào)制器將數(shù)據(jù)調(diào)制到上行波道波長的光后，形成上行光信號經(jīng)聚焦器件發(fā)送給波分復(fù)用器。
9.一種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的基于反射的可見光通信方法，其特征在于: 下行方向，第一發(fā)送單元將待發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為下行光信號發(fā)送至移動端，通過準直透鏡傳入波分復(fù)用器，波分復(fù)用器濾出未被調(diào)制的上行波道波長的光以及下行光信號，下行光信號發(fā)送至第二接收單元，第二接收單元對下行光信號進行光電轉(zhuǎn)換； 上行方向，第二發(fā)送單元將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加載到上行波道波長的光調(diào)制成上行光信號，并利用反射的方式傳輸至波分復(fù)用器，波分復(fù)用器透射待發(fā)送的上行光信號，并通過準直透鏡發(fā)送至接入端的第一接收單元，第一接收單元對上行光信號進行光電轉(zhuǎn)換后，送入網(wǎng)絡(luò)。
【文檔編號】H04B10/116GK104270196SQ201410582633
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】劉武, 楊超, 楊奇 申請人:武漢郵電科學(xué)研究院