本實(shí)用新型涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于LED的可見光通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

與傳統(tǒng)的照明設(shè)備相比，白光LED具有功耗低、使用壽命長(zhǎng)、尺寸小、易驅(qū)動(dòng)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，被視為第四代節(jié)能環(huán)保型照明產(chǎn)品。由于照明LED的一般工作功率都大于10W，因而為可見光通信提供了很好的保障條件。可見光通信(VLC)以LED為光源，以可見光為信息載體，大氣為信道，光電檢測(cè)模塊(PD)為接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)了LED照明兼通信雙重功能。VLC的安全性高，保密性好，尤其適合應(yīng)用在射頻(RF)敏感區(qū)域，是對(duì)現(xiàn)有RF通信系統(tǒng)的有效補(bǔ)充。

采用何種調(diào)制方法將待傳送信息加載到可見光上，以及何種解調(diào)方法將待傳送信息從可見光中分離出來，對(duì)于可見光通信的性能產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。典型的強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)(IM-DD)技術(shù)較為簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，但抗噪聲性能差。脈沖幅度調(diào)制(PAM)可有效利用帶寬，但增加了系統(tǒng)對(duì)接收機(jī)的要求。傳統(tǒng)脈沖位置調(diào)制(PPM)技術(shù)有較高的功率利用率，但增加了系統(tǒng)對(duì)帶寬的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的是現(xiàn)有調(diào)制解調(diào)方法無法保證可見光的可靠性和有效性的問題，提供一種基于LED的可見光通信系統(tǒng)。

為解決上述問題，本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于LED的可見光通信系統(tǒng)，由發(fā)射裝置、光學(xué)天線和接收裝置組成。上述光學(xué)天線包括光學(xué)發(fā)射天線和光學(xué)接收天線。上述發(fā)射裝置包括發(fā)射主控模塊、N-nDPAPM編碼調(diào)制模塊、N個(gè)LED恒流驅(qū)動(dòng)模塊和N個(gè)LED光源；發(fā)射主控模塊的輸出端連接N-nDPAPM編碼調(diào)制模塊的輸入端，N-nDPAPM編碼調(diào)制模塊的N個(gè)輸出端各與一個(gè)LED恒流驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連接，N個(gè)LED恒流驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端分別連接N個(gè)LED光源的輸入端，LED光源的輸出端連接光學(xué)發(fā)射天線的輸入端。上述接收裝置包括光電檢測(cè)模塊、跨阻放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、N-nDPAPM解碼解調(diào)模塊和接收主控模塊；光學(xué)接收天線的輸出端連接光電檢測(cè)模塊，光電檢測(cè)模塊的輸出端連接跨阻放大模塊的輸入端，跨阻放大模塊的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接N-nDPAPM解碼解調(diào)模塊的輸入端，N-nDPAPM解碼解調(diào)模塊的輸出端連接接收主控模塊的輸入端。上述N和n均為大于1的正整數(shù)。

上述方案中，N-nDPAPM編碼調(diào)制模塊包括信道編碼模塊、N個(gè)n維PPM映射模塊、N個(gè)n維PPM調(diào)制模塊、N個(gè)MPAM映射模塊和N個(gè)MPAM調(diào)制模塊。信道編碼模塊的輸入端構(gòu)成N-nDPAPM編碼調(diào)制模塊的輸入端；信道編碼模塊的輸出端分為N路，每一路依次連接1個(gè)n維PPM映射模塊、1個(gè)n維PPM調(diào)制模塊、1個(gè)MPAM映射模塊和1個(gè)MPAM調(diào)制模塊；N個(gè)MPAM調(diào)制模塊的輸出端構(gòu)成N-nDPAPM編碼調(diào)制模塊的N個(gè)輸出端；上述M為大于1的正整數(shù)。

上述方案中，N-nDPAPM解碼解調(diào)模塊包括MPAM解調(diào)模塊、n維PPM解調(diào)模塊、n維PPM解映射模塊、對(duì)數(shù)最大似然估計(jì)模塊和信道解碼模塊。MPAM解調(diào)模塊的輸入端構(gòu)成N-nDPAPM解碼解調(diào)模塊的輸入端；MPAM解調(diào)模塊的輸出端連接n維PPM解調(diào)模塊的輸入端，n維PPM解調(diào)模塊的n個(gè)輸出端連接n維PPM解映射模塊的n個(gè)輸入端，n維PPM解映射模塊的輸出端連接對(duì)數(shù)最大似然估計(jì)模塊的輸入端，對(duì)數(shù)最大似然估計(jì)模塊的輸出端連接信道解碼模塊的輸入端；信道解碼模塊的輸出端構(gòu)成N-nDPAPM解碼解調(diào)模塊的輸出端；上述M為大于1的正整數(shù)。

上述方案中，LED光源為白光LED。

上述方案中，光學(xué)發(fā)射天線為擴(kuò)束光學(xué)透鏡，光學(xué)接收天線為濾光片組和聚光透鏡。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用N-nDPAPM調(diào)制技術(shù)，將脈沖幅度調(diào)制(MPAM)和n維脈沖位置調(diào)制(nDPPM)這兩者相結(jié)合，既降低了系統(tǒng)對(duì)帶寬的要求，提高了信息傳輸速率，又增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性。相對(duì)于單輸入單輸出(SISO)系統(tǒng)而言，該系統(tǒng)可增大信道容量。

附圖說明

圖1為一種基于LED的可見光通信系統(tǒng)框圖。

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述。

一種基于LED的可見光通信系統(tǒng)，如圖1所示，由發(fā)射裝置、光學(xué)天線和接收裝置組成。

上述光學(xué)天線包括光學(xué)發(fā)射天線和光學(xué)接收天線。光學(xué)發(fā)射天線為擴(kuò)束光學(xué)透鏡(expanding telescope)，能有效減少發(fā)射光束的發(fā)散角。光學(xué)接收天線為濾光片組和聚光透鏡，能增強(qiáng)照射到光電檢測(cè)模塊表面的光強(qiáng)。

上述發(fā)射裝置包括發(fā)射主控模塊、N-nDPAPM編碼調(diào)制模塊、N個(gè)LED恒流驅(qū)動(dòng)模塊和N個(gè)LED光源。發(fā)射主控模塊的輸出端連接N-nDPAPM編碼調(diào)制模塊的輸入端，N-nDPAPM編碼調(diào)制模塊的N個(gè)輸出端各與一個(gè)LED恒流驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連接，N個(gè)LED恒流驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端分別連接N個(gè)LED光源的輸入端，LED光源的輸出端連接光學(xué)發(fā)射天線的輸入端。LED光源為白光LED。發(fā)射主控模塊將外網(wǎng)信息處理為二進(jìn)制碼元輸入到N-nDPAPM編碼調(diào)制模塊；N-nDPAPM編碼調(diào)制模塊完成對(duì)數(shù)據(jù)的n維PPM調(diào)制和MPAM調(diào)制；LED恒流驅(qū)動(dòng)模塊完成對(duì)LED光源的恒流驅(qū)動(dòng)；LED光源經(jīng)由光學(xué)發(fā)射天線向外發(fā)出可見光。

N-nDPAPM編碼調(diào)制模塊包括信道編碼模塊、N個(gè)n維PPM映射模塊、N個(gè)n維PPM調(diào)制模塊、N個(gè)MPAM映射模塊和N個(gè)MPAM調(diào)制模塊。信道編碼模塊的輸入端構(gòu)成N-nDPAPM編碼調(diào)制模塊的輸入端。信道編碼模塊的輸出端分為N路，每一路依次連接1個(gè)n維PPM映射模塊、1個(gè)n維PPM調(diào)制模塊、1個(gè)MPAM映射模塊和1個(gè)MPAM調(diào)制模塊，即信道編碼模塊的一個(gè)輸出端連接1個(gè)n維PPM映射模塊的輸入端，該n維PPM映射模塊的n個(gè)輸出端連接1個(gè)n維PPM調(diào)制模塊的n個(gè)輸入端，該n維PPM調(diào)制模塊的輸出端連接1個(gè)MPAM映射模塊的輸入端，該MPAM映射模塊的輸出端連接1個(gè)MPAM調(diào)制模塊的輸入端，該MPAM調(diào)制模塊的輸出端連接1個(gè)MPAM調(diào)制模塊的輸入端。N個(gè)MPAM調(diào)制模塊的輸出端構(gòu)成N-nDPAPM編碼調(diào)制模塊的N個(gè)輸出端。在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，信道編碼模塊、n維PPM映射模塊、n維PPM調(diào)制模塊和MPAM映射模塊在FPGA中實(shí)現(xiàn)。MPAM調(diào)制為硬件電路實(shí)現(xiàn)，多比特MPAM映射信息并行輸入，控制LED恒流驅(qū)動(dòng)電路中LED兩端M個(gè)不同的偏置電壓值，進(jìn)而輸出M個(gè)不同光強(qiáng)的可見光信號(hào)。

上述接收裝置包括光電檢測(cè)(PD)模塊、跨阻放大(TIA)模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)模塊、N-nDPAPM解碼解調(diào)模塊和接收主控模塊。光學(xué)接收天線的輸出端連接光電檢測(cè)模塊，光電檢測(cè)模塊的輸出端連接跨阻放大模塊的輸入端，跨阻放大模塊的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接N-nDPAPM解碼解調(diào)模塊的輸入端，N-nDPAPM解碼解調(diào)模塊的輸出端連接接收主控模塊的輸入端。光電檢測(cè)模塊位于聚光透鏡焦點(diǎn)處，完成N路并行光信號(hào)的接收和光電轉(zhuǎn)換；TIA模塊完成對(duì)光電檢測(cè)模塊輸出的微弱電信號(hào)的放大；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊完成對(duì)N-nDPAPM調(diào)制信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；N-nDPAPM解碼解調(diào)模塊完成MPAM硬解調(diào)和n維PPM信號(hào)軟解調(diào)；接收主控模塊將信息顯示在上位機(jī)界面，便于用戶查看。

N-nDPAPM解碼解調(diào)模塊包括MPAM解調(diào)模塊、n維PPM解調(diào)模塊、n維PPM解映射模塊、對(duì)數(shù)最大似然估計(jì)模塊和信道解碼模塊。MPAM解調(diào)模塊的輸入端構(gòu)成N-nDPAPM解碼解調(diào)模塊的輸入端。MPAM解調(diào)模塊的輸出端連接n維PPM解調(diào)模塊的輸入端，n維PPM解調(diào)模塊的n個(gè)輸出端連接n維PPM解映射模塊的n個(gè)輸入端，n維PPM解映射模塊的輸出端連接對(duì)數(shù)最大似然估計(jì)模塊的輸入端，對(duì)數(shù)最大似然估計(jì)模塊的輸出端連接信道解碼模塊的輸入端。信道解碼模塊的輸出端構(gòu)成N-nDPAPM解碼解調(diào)模塊的輸出端。在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，n維PPM解調(diào)模塊、n維PPM解映射模塊、對(duì)數(shù)最大似然估計(jì)模塊和信道解碼模塊在FPGA中實(shí)現(xiàn)。所述MPAM解調(diào)為硬件電路實(shí)現(xiàn)，通過ADC模塊和多級(jí)比較器判決解調(diào)MPAM信號(hào)。

上述N、n和M均為大于1的正整數(shù)。N由信道編碼決定，一幀數(shù)據(jù)分成N路并行傳輸，每路傳輸不同的數(shù)據(jù)，接收端組合起來就是源碼，可提高傳輸速率。n是維數(shù)即時(shí)隙數(shù)。M為PAM調(diào)制的電平數(shù)。當(dāng)N＝2，n＝M＝4時(shí)，為2-4DPPM-4PAM(2-4DPAPM)編碼調(diào)制。