本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域和可見光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可見光CDMA系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸方法，特別是涉及一種基于LED陣列的可見光的數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，當(dāng)前無線數(shù)據(jù)量程指數(shù)倍增長。另一方面，頻譜資源的稀缺也制約著無線通信數(shù)據(jù)傳輸速率。目前可見光通信系統(tǒng)由于使用可見光頻譜資源而受到廣泛關(guān)注?？梢姽馔ㄐ畔到y(tǒng)有很大潛力可提供較高的傳輸速率，例如使用RGB三色傳輸可獲得4.2Gbit/s的傳輸速率。同時(shí)可見光通信系統(tǒng)具有安全性，無電干擾，成本低，易安裝和改造等優(yōu)點(diǎn)。

隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展，micro-LED陣列得到快速發(fā)展。常用的白光LED燈的3dB帶寬僅有15～50MHz。而是用A1InGaN allay結(jié)構(gòu)的micro-LED陣列可獲得高達(dá)400MH在的可見光系統(tǒng)傳輸帶寬。使用micro-LED陣列可見光通信系統(tǒng)可達(dá)到1Gbit/s的傳輸速率(未使用補(bǔ)償算法)。通過LED材料和設(shè)計(jì)上的改進(jìn)可進(jìn)一步提高可見光通信系統(tǒng)的傳輸速率。

在可見光通信系統(tǒng)中，LED燈的非線性特性和頻率特性響應(yīng)限制了可見光通信系統(tǒng)傳輸性能的進(jìn)一步提高。LED燈的非線性特性曲線帶來向量誤差，LED的頻率特性響應(yīng)降低可見光通信系統(tǒng)的傳輸帶寬，從而限制了系統(tǒng)傳輸速度。對于LED的非線性器件來說，線性程度和功率效率為負(fù)相關(guān)關(guān)系，LED器件容易出現(xiàn)非線性截止現(xiàn)象當(dāng)LED驅(qū)動于滿功率飽和點(diǎn)，降低BER和EVM系統(tǒng)性能。功率回退可保證可見光通信系統(tǒng)工作于線性區(qū)間，但是降低了功率效率。改善LED器件的線性度和功率效率的方法有很多種，最常用的方法是采用線性化技術(shù)。使用線性化技術(shù)可以在較少的犧牲功率效率的條件下提高LED器件的線性度。典型的線性化技術(shù)有負(fù)反饋，前反饋，預(yù)失真，后失真等方法。使用單比特OOK(on-off keying)和VPPM(variable pulse position modulation)調(diào)制方法可有效的抑制LED非線性特性。但是，該調(diào)制方法的頻譜效率較低只有1bit/Hz，并不適合高速無線通信數(shù)據(jù)傳輸。使用sigma-delta調(diào)制器將多級輸入信號轉(zhuǎn)換二進(jìn)制輸入信號,有效抑制LED非線性失真影響。

而現(xiàn)有LED燈的非線性特性和頻率特性響應(yīng)限制了可見光通信系統(tǒng)傳輸性能的進(jìn)一步提高。LED燈的非線性特性曲線帶來向量誤差，LED的頻率特性響應(yīng)降低可見光通信系統(tǒng)的傳輸帶寬，從而限制了系統(tǒng)傳輸速度。對于LED的非線性器件來說，線性程度和功率效率為負(fù)相關(guān)關(guān)系，LED器件容易出現(xiàn)非線性截止現(xiàn)象當(dāng)LED驅(qū)動于滿功率飽和點(diǎn)，降低BER和 EVM系統(tǒng)性能。使用單比特OOK(on-off keying)和VPPM(variable pulse position modulation)調(diào)制方法可有效的抑制LED非線性特性。但是，該調(diào)制方法的頻譜效率較低只有1bit/Hz，并不適合高速無線通信數(shù)據(jù)傳輸。

因此，如何提供一種基于微LED陣列的可見光數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的LED器件容易出現(xiàn)非線性截止現(xiàn)象當(dāng)LED驅(qū)動于滿功率飽和點(diǎn)，使用單比特開關(guān)鍵控調(diào)制方法和變量脈沖位置調(diào)制方法的頻譜效率較低，且只有1bit/Hz，并適合高速無線通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)确N種缺陷，實(shí)已成為本領(lǐng)域從業(yè)者亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于CDMA系統(tǒng)的可見光的數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中LED器件容易出現(xiàn)非線性截止現(xiàn)象當(dāng)LED驅(qū)動于滿功率飽和點(diǎn)，使用單比特開關(guān)鍵控調(diào)制方法和變量脈沖位置調(diào)制方法的頻譜效率較低，且只有1bit/Hz，并不適合高速無線通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種可見光的數(shù)據(jù)傳輸方法，包括：步驟S10，對輸入的m個(gè)信息數(shù)據(jù)流進(jìn)行CDMA調(diào)制和擴(kuò)頻，并生成電信號；其中m大于等于2；步驟S20，對步驟S10生成的電信號進(jìn)行直流偏置；步驟S30，將經(jīng)過直流偏置處理后的電信號通過LED陣列轉(zhuǎn)換成光信號，并進(jìn)行發(fā)送；其中，所述LED陣列包括m個(gè)LED，且每一個(gè)所述LED都被控制工作在截止區(qū)或飽和區(qū)；步驟S40，接收所述LED陣列發(fā)送的光信號，并將其轉(zhuǎn)換成電信號；步驟S50，對步驟S40中轉(zhuǎn)換的電信號進(jìn)行CDMA解調(diào)制和解擴(kuò)頻，從而還原成為步驟S10的m個(gè)所述信息數(shù)據(jù)流。

可選地，所述步驟S50中，對步驟S40轉(zhuǎn)換的電信號進(jìn)行CDMA解調(diào)制和解擴(kuò)頻是與步驟S10的CDMA調(diào)制和擴(kuò)頻相對應(yīng)的。

可選地，所述LED陣列的m個(gè)所述LED采用微LED或RGB LED。

可選地，經(jīng)過步驟S10調(diào)制擴(kuò)頻后的電信號為+1或-1；經(jīng)過步驟S20的直流偏置后的電信號為+1+δ或-1+δ；其中，δ表示直流偏置。

可選地，在步驟S30中，當(dāng)經(jīng)過直流偏置處理后的電信號為-1+δ時(shí)，所述LED被控制工作在截止區(qū)，標(biāo)識傳輸?shù)臄?shù)字信息為0；當(dāng)經(jīng)過直流偏置處理后的電信號為1+δ時(shí)，所述LED被控制工作在飽和區(qū)，標(biāo)識傳輸?shù)臄?shù)字信息為1。

可選地，每一個(gè)所述LED使用最大輻射光強(qiáng)發(fā)光信息為1，每一個(gè)所述LED暫停發(fā)光信息為0。

本發(fā)明還公開了一種可見光的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端；所述發(fā)射端包括調(diào)制擴(kuò)頻模塊、直流偏置模塊、LED陣列和m個(gè)LED驅(qū)動模塊；其中，其中，m大于等于2；所述調(diào)制擴(kuò)頻模塊用于對輸入的m個(gè)信息數(shù)據(jù)流進(jìn)行CDMA調(diào)制擴(kuò)頻，并生成電信號發(fā)送給所述直流偏置模塊；所述直流偏置模塊用于對所述調(diào)制擴(kuò)頻模塊生成的電信號進(jìn)行直流偏置處理，并將處理后的電信號發(fā)送至所述LED陣列；所述LED陣列包括m個(gè)LED，用于將所述直流偏置模塊處理好的電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并向所述接收端發(fā)送；所述LED陣列的每一個(gè)所述LED下安裝一個(gè)所述LED驅(qū)動模塊，用于控制所述LED工作于飽和區(qū)或截止區(qū)；所述接收端用于接收所述LED陣列發(fā)送的光信號，并將其還原為m個(gè)所述信息數(shù)據(jù)流。

可選地，所述LED模塊的所述LED采用微LED或RGB LED。

可選地，接收端包括m個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊和解調(diào)解擴(kuò)頻模塊，其中，所述光電轉(zhuǎn)換模塊用于接收所述LED陣列發(fā)出的光信號，并轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送至所述解調(diào)解擴(kuò)頻模塊；所述解調(diào)解擴(kuò)頻模塊用于將接收到的電信號進(jìn)行CDMA解調(diào)制和解擴(kuò)頻，從而還原m個(gè)所述信息數(shù)據(jù)流。

可選地，所述光電轉(zhuǎn)換模塊為光電二極管。

如上所述，本發(fā)明的可見光數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)，具有以下有益效果：

1、本發(fā)明的可見光數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)采用數(shù)字控制的LED陣列傳輸CDMA信號，可有效抑制LED的非線性特性的影響，提供了高速的傳輸速率。

2、同時(shí)本發(fā)明的可見光數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)可通過調(diào)整可見光信息的動態(tài)范圍和直流偏置光強(qiáng)，控制LED陣列的發(fā)射光強(qiáng)，提高LED的使用壽命。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明的可見光的數(shù)據(jù)傳輸方法的流程示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明的可見光的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標(biāo)號說明

S10～S50 步驟

100 可見光的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

110 發(fā)送端

111 調(diào)制擴(kuò)頻模塊

112 直流偏置模塊

113 LED陣列

1131 LED

114 LED驅(qū)動模塊

120 接收端

121 光電轉(zhuǎn)換模塊

122 解調(diào)解擴(kuò)頻模塊

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

請參閱附圖。需要說明的是，以下實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種應(yīng)用于CDMA通信系統(tǒng)的可見光的數(shù)據(jù)傳輸方法，采用數(shù)字控制的LED陣列來控制陣列中的每一個(gè)LED傳輸0或1，使每一個(gè)LED都工作在飽和區(qū)或截止區(qū)；從而有效避免了LED的非線性對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?/p>

如圖1所示，本實(shí)施例的可見光的數(shù)據(jù)傳輸方法包括：

步驟S10，對輸入的m個(gè)信息數(shù)據(jù)流進(jìn)行CDMA調(diào)制和擴(kuò)頻，并生成電信號；其中m大于等于2；

本實(shí)施例的可見光的數(shù)據(jù)傳輸方法服務(wù)m個(gè)用戶，那么將m個(gè)用戶的信息數(shù)據(jù)流d₁ d₂ … d_m分別經(jīng)過CDMA調(diào)制和擴(kuò)頻，生成電信號e₁ e₂ … e_m。并且，每一個(gè)用戶的信息數(shù)據(jù)d_i經(jīng)過CDMA的調(diào)制或擴(kuò)頻后均生成+1或-1的電信號，即e_i＝±1，i＝1,...,m。

步驟S20，對步驟S10生成的電信號e₁ e₂ … e_m進(jìn)行直流偏置，得到x₁ x₂ … x_m， 且x_i＝e_i+δ，i＝1,...,m；其中，δ表示直流偏置：

當(dāng)e_i＝+1時(shí)，直流偏置后的x_i＝+1+δ；

當(dāng)e_i＝-1時(shí)，直流偏置后的x_i＝-1+δ。

步驟S30，將經(jīng)過直流偏置處理后的電信號x₁ x₂ … x_m通過LED陣列轉(zhuǎn)換成光信號，并進(jìn)行發(fā)送；

在本實(shí)施例中，電信號x₁ x₂ … x_m是通過LED陣列來完成電光轉(zhuǎn)換的。

其中，由于本實(shí)施例的可見光的數(shù)據(jù)傳輸方法服務(wù)m個(gè)用戶，因此LED陣列就包括m個(gè)LED，并且，LED既可以選用微LED，也可以采用RGB LED。

進(jìn)一步地，為了有效消除微LED的非線性特性，因此，將LED陣列中的每一個(gè)LED的工作狀態(tài)都控制在截止區(qū)或飽和區(qū)，產(chǎn)生數(shù)字基帶信號；本步驟S30還包括將LED陣列中原有模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號。

當(dāng)電信號x_i＝-1+δ時(shí)，則需控制LED工作在截止區(qū)，標(biāo)識傳輸?shù)臄?shù)字信息為0；當(dāng)電信號x_i＝+1+δ時(shí)，則需控制LED工作在飽和區(qū)，標(biāo)識傳輸?shù)臄?shù)字信息為0。這也就是說，每一個(gè)LED都表示單比特(0，1)信號：使用最大輻射光強(qiáng)表示信息1，LED暫停發(fā)光表示信息0。LED陣列的每一個(gè)LED僅傳輸一個(gè)碼子，服務(wù)一個(gè)用戶。使用這種方法，可有效消除LED的非線性特性，同時(shí)提供高速的速率傳輸。

步驟S40，接收LED陣列發(fā)送的光信號，并將其轉(zhuǎn)換成電信號；

步驟S50，對步驟S40中轉(zhuǎn)換的電信號進(jìn)行CDMA解調(diào)制和解擴(kuò)頻，從而還原成為步驟S10的m個(gè)信息數(shù)據(jù)流：

其實(shí)，步驟S50是步驟S10的逆過程。步驟S50中的CDMA解調(diào)制和解擴(kuò)頻是與步驟S10中的CDMA調(diào)制和擴(kuò)頻相對應(yīng)的。

上面方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實(shí)現(xiàn)時(shí)可以合并為一個(gè)步驟或者對某些步驟進(jìn)行拆分，分解為多個(gè)步驟，只要包含相同的邏輯關(guān)系，都在本專利的保護(hù)范圍內(nèi)；對算法中或者流程中添加無關(guān)緊要的修改或者引入無關(guān)緊要的設(shè)計(jì)，但不改變其算法和流程的核心設(shè)計(jì)都在該專利的保護(hù)范圍內(nèi)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例公開了一種有效避免了LED的非線性對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懙目梢姽獾臄?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)100，如圖2所示，其主要應(yīng)用在CDMA通信系統(tǒng)當(dāng)中。

本實(shí)施例的可見光的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)100包括用于將數(shù)據(jù)信息流轉(zhuǎn)換成光信號發(fā)送端110和用于接收光信號并將其還原成為數(shù)據(jù)信息流的接收端120。

發(fā)送端110包括調(diào)制擴(kuò)頻模塊111、直流偏置模塊112、LED陣列113和m個(gè)LED驅(qū)動模塊114；其中，其中，m大于等于2。

調(diào)制擴(kuò)頻模塊111用于對輸入的m個(gè)信息數(shù)據(jù)流d₁ d₂ … d_m進(jìn)行CDMA調(diào)制擴(kuò)頻，并生成電信號e₁ e₂ … e_m發(fā)送給直流偏置模塊112；

直流偏置模塊112用于對調(diào)制擴(kuò)頻模塊111生成的電信號e₁ e₂ … e_m進(jìn)行直流偏置處理，并將處理后的電信號x₁ x₂ … x_m發(fā)送至LED陣列113；其中，x_i＝e_i+δ，且i＝1,...,m；其中，δ表示直流偏置。

LED陣列113包括m個(gè)LED1131，用于將直流偏置模塊112處理好的電信號x₁ x₂ … x_m轉(zhuǎn)換為光信號，并向接收端發(fā)送。在本實(shí)施例中，LED1131既可以選用微LED，也可以采用RGB LED。

LED驅(qū)動模塊114是安裝在LED陣列113的每一個(gè)LED1131下方的，用于控制對應(yīng)的LED1131的工作狀態(tài)：飽和區(qū)或截止區(qū)。LED驅(qū)動模塊114還用于將LED陣列113中原有模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號。

在本實(shí)施例中，當(dāng)電信號x_i為-1+δ時(shí)，控制LED工作在截止區(qū)，標(biāo)識傳輸?shù)臄?shù)字信息為0；當(dāng)電信號x_i為1+δ時(shí)，控制LED工作在飽和區(qū)，標(biāo)識傳輸?shù)臄?shù)字信息為1。

接收端120包括m個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊121和解調(diào)解擴(kuò)頻模塊122。其中，

光電轉(zhuǎn)換模塊121用于接收LED陣列113發(fā)出的光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送至解調(diào)解擴(kuò)頻模塊122。接收端120的光電轉(zhuǎn)換模塊121的信號處理過程是發(fā)送端110的LED陣列113的信號處理過程的逆過程：LED陣列113是將電信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的光信號；光電轉(zhuǎn)換模塊121是將光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。在本實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換模塊121采用的是光電二極管。由于光電轉(zhuǎn)換技術(shù)已經(jīng)比較成熟，本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換模塊121并不僅限于采用光電二極管一種方式，只要能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換功能都包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，在本發(fā)明中不再贅述。d_m

解調(diào)解擴(kuò)頻模塊122用于將接收到的電信號進(jìn)行CDMA解調(diào)制和解擴(kuò)頻，從而還原m個(gè)信息數(shù)據(jù)流d₁ d₂ … d_m。同樣地，接收端120的解調(diào)解擴(kuò)頻模塊122信號處理過程是發(fā)送端110的調(diào)制擴(kuò)頻模塊111的信號處理過程的逆過程：調(diào)制解調(diào)模塊111將信息數(shù)據(jù)流進(jìn)行CDMA的調(diào)制和擴(kuò)頻；解調(diào)解擴(kuò)頻模塊122則將電信號進(jìn)行CDMA的解調(diào)制和解擴(kuò)頻，從而獲得信息數(shù)據(jù)流。

此外，為了突出本發(fā)明的創(chuàng)新部分，本實(shí)施例中并沒有將與解決本發(fā)明所提出的技術(shù)問 題關(guān)系不太密切的模塊引入，但這并不表明本實(shí)施例中不存在其它的模塊。

不難發(fā)現(xiàn)，本實(shí)施例為與第一實(shí)施例相對應(yīng)的系統(tǒng)實(shí)施例，本實(shí)施例可與第一實(shí)施例互相配合實(shí)施。第一實(shí)施例中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)在本實(shí)施例中依然有效，為了減少重復(fù)，這里不再贅述。相應(yīng)地，本實(shí)施例中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)也可應(yīng)用在第一實(shí)施例中。

綜上所述，本發(fā)明的可見光數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)采用數(shù)字控制的LED陣列傳輸CDMA信號，可有效抑制LED的非線性特性的影響，提供了高速的傳輸速率。同時(shí)，本發(fā)明的可見光數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)可通過調(diào)整可見光信息的動態(tài)范圍和直流偏置光強(qiáng)，控制LED陣列的發(fā)射光強(qiáng)，提高LED的使用壽命。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。