基于脈沖振幅調(diào)控的可見光通信方法及其可見光通信系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及可見光通信技術，特別涉及一種基于脈沖振幅調(diào)控的可見光通信方法及其可見光通信系統(tǒng)，本發(fā)明是一種脈沖振幅調(diào)制技術及實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，被譽為“綠色照明”的半導體照明技術迅速發(fā)展。與傳統(tǒng)的白熾燈等照明光源相比，LED具有低功耗、壽命長、尺寸小、綠色環(huán)保等優(yōu)點。與此同時，LED更具有調(diào)制性能好、響應靈敏度高等優(yōu)勢。將信號以人眼無法識別的高頻加載到LED上進行傳輸，進而催生出一門能夠?qū)崿F(xiàn)照明與通信一體化的技術一一可見光通信。
[0003]與傳統(tǒng)的紅外和無線通信相比，可見光通信具有發(fā)射功率高、無電磁干擾、無需申請頻譜資源和信息的保密性等優(yōu)點。然而，可見光通信中仍然面臨著不少的問題，其中最大的挑戰(zhàn)之一是LED有限的調(diào)制帶寬。一般的熒光粉LED調(diào)制帶寬只有幾兆赫茲，VLC數(shù)據(jù)傳輸速率受到限制。為了提升傳輸速率，除了從LED的結構、驅(qū)動電路的設計上拓展帶寬；還可以通過不同的調(diào)制方式來提高系統(tǒng)整體帶寬。然而卻大大地增加了可見光通信系統(tǒng)的復雜程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術的上述缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種基于脈沖振幅調(diào)控的可見光通信方法，該方法在不增加器件帶寬前提下，成倍的提高了無線通信的質(zhì)量與數(shù)據(jù)傳輸速率。
[0005]為了克服現(xiàn)有技術的上述缺點與不足，本發(fā)明的另一目的在于提供一種實現(xiàn)基于脈沖振幅調(diào)控的可見光通信方法的可見光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于簡單的基帶調(diào)制技術，提出使用一個4X4的COB封裝的LED燈具實現(xiàn)16級脈沖振幅調(diào)制。
[0006]本發(fā)明的首要目的通過以下技術方案實現(xiàn):一種基于脈沖振幅調(diào)控的可見光通信方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1、第一可編程門陣列將信源發(fā)出的視頻信號轉(zhuǎn)換為η位二進制數(shù)字信號；
[0008]步驟2、第一可編程門陣列將所述的每組η位二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為η2進制數(shù)字信號，其中，η為正整數(shù)，所述η2進制數(shù)字信號對應η 2種狀態(tài)，每種狀態(tài)對應點亮相應數(shù)目的LED，不同數(shù)目的LED芯片點亮可以實現(xiàn)光通量的變化，使所述COB封裝LED燈具具有η2級光強的變化，所述η2級光強的變化即η 2級脈沖振幅調(diào)制；
[0009]步驟3、接收子系統(tǒng)通過光電檢測器件感應η2級光強變化，生成η 2級脈沖電信號，經(jīng)過接收子系統(tǒng)的信號解調(diào)處理后，還原出原始信號。
[0010]所述步驟I包括以下步驟:
[0011]步驟11、第一可編程門陣列對信源所發(fā)出的每幀視頻信號的紅、綠和藍分量分別進行數(shù)模轉(zhuǎn)換量化處理，形成原始像素數(shù)字信號；
[0012]步驟12、第一可編程門陣列把原始像素數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成8位二進制數(shù)字信號，并按順序排列，每隔η位分割為一組二進制數(shù)字信號，輸出到LED驅(qū)動電路。
[0013]所述步驟3中，所述信號解調(diào)處理的方法包括以下步驟:
[0014]步驟31、前置放大電路與后置放大電路對所接收到的η2級脈沖電信號進行放大處理和濾波處理；
[0015]步驟32、對經(jīng)過放大處理和濾波處理的η2級脈沖電信號進過ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，生成η2進制數(shù)字信號，第二可編程門陣列把η 2進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為η位二進制數(shù)字信號；
[0016]步驟33、第二可編程門陣列對η位二進制數(shù)字信號按先后順序排列，每隔8位合并為一組8位二進制數(shù)字信號，第二可編程門陣列把8位二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為原始像素數(shù)字信號；
[0017]步驟34、第二可編程門陣列將原始像素數(shù)字信號還原為每幀視頻信號。
[0018]本發(fā)明的另一目的通過以下技術方案實現(xiàn):一種實現(xiàn)權利要求1所述的基于脈沖振幅調(diào)控的可見光通信方法的可見光通信系統(tǒng)，包括:發(fā)射子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)和接收子系統(tǒng)，所述發(fā)射子系統(tǒng)包括:第一可編程門陣列、LED驅(qū)動電路和COB封裝LED燈具，所述接收子系統(tǒng)具有:光電檢測器件、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二可編程門陣列；所述傳輸子系統(tǒng)用于把COB封裝LED燈具發(fā)出的可見光信號傳輸給光電檢測器件；所述第一可編程門陣列、LED驅(qū)動電路、COB封裝LED燈具、光電檢測器件、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二可編程門陣列依次連接；所述第一可編程門陣列輸出η位二進制數(shù)字信號，并把輸出的η位二進制數(shù)字信號傳輸給LED驅(qū)動電路，所述η位二進制數(shù)字信號驅(qū)動COB封裝LED燈具進行η2級光強度調(diào)制，所述COB封裝LED燈具發(fā)射可見光信號給光電檢測器件，所述光電檢測器件把可見光信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，所述ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器把光電檢測器件輸出的模擬信號取樣成η位二進制數(shù)字信號，把所述ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器取樣成的η位二進制數(shù)字信號傳輸給第二可編程門陣列。
[0019]所述COB封裝LED燈具包括:LED芯片和相應的LED驅(qū)動電路，每塊LED芯片由相應的LED驅(qū)動電路來獨立控制；所述LED驅(qū)動電路包括:信源、可變電阻、高速緩沖器、BiasTee模塊、直流電流源和限流電阻，所述的信源、可變電阻、高速緩沖器、Bias Tee模塊和限流電阻依次連接；所述直流電流源的正極和信源連接，所述直流電流源的負極和Bias Tee模塊連接；所述的Bias Tee模塊包括電容和電感；所述電感的一端與直流電流源的負極連接，所述電感的另一端與電容的負極連接，所述電容的正極與高速緩沖器連接；所述信源輸出的電信號經(jīng)過高速緩沖器傳輸?shù)紹ias Tee模塊，所述直流電流源所輸出的直流電信號與高速緩沖器所傳輸?shù)男盘栐贐ias Tee模塊中進行耦合，生成耦合電信號；所述耦合電信號通過限流電阻輸出。
[0020]所述COB封裝LED燈具為η X η的LED陣列，每塊LED芯片獨立封裝。
[0021]所述發(fā)射子系統(tǒng)還包括:第一液晶顯示器和攝影機，所述接收子系統(tǒng)還包括前置放大電路、后置放大電路和第二液晶顯示器；所述的第一液晶顯示器和攝影機均與第一可編程門陣列連接，光電檢測器件通過前置放大電路和后置放大電路與ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接，第二可編程門陣列和第二液晶顯示器連接；所述的攝影機將視頻信號傳輸給第一可編程門陣列；所述第一可編程門陣列把視頻信號傳輸給第一液晶顯示器；所述光電檢測器件把模擬信號通過前置放大電路進行放大處理；放大后的所述模擬信號經(jīng)過后置放大電路進行濾波處理再傳輸給ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述第二可編程門陣列把視頻信號傳輸給第二液晶顯示器。
[0022]所述發(fā)射子系統(tǒng)通過驅(qū)動電路將數(shù)據(jù)輸入LED陣列中，發(fā)出可見光，通過傳輸子系統(tǒng)將光信號進行有效地傳輸，最后通過接收子系統(tǒng)把感應光強的變化與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)通信。所述發(fā)射子系統(tǒng)可以包括攝影機、第一可編程門陣列、第一液晶顯示器、LED驅(qū)動電路和COB封裝LED燈具，所述LED驅(qū)動電路可以具有電容與電感等電學，所述COB封裝LED燈具可以具有16塊LED芯片，16塊LED芯片通過COB封裝技術封裝在PCB板上。所述傳輸子系統(tǒng)可以為自由空間。所述接收子系統(tǒng)包括光電檢測器件、前置放大電路、后置放大電路、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二可編程門陣列和第二液晶顯示器。
[0023]本發(fā)明的原理:發(fā)光二極管(LED)調(diào)制帶寬的限制制約著可見光通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。為此，本發(fā)明基于簡單的基帶調(diào)制技術，使用4X4的LED陣列作為可見光通信系統(tǒng)的信源，通過控制不同數(shù)目LED燈的點亮進而實現(xiàn)16級的脈沖振幅調(diào)控，可以在一個時鐘周期內(nèi)傳輸4位的二進制代碼，相對于傳統(tǒng)的使用簡單亮滅鍵控(00K調(diào)制)的可見光通信系統(tǒng)，可以將數(shù)據(jù)傳輸速率提高4倍。在不增加器件帶寬前提下，成倍提高無線通信的質(zhì)量與數(shù)據(jù)傳輸速率，因此，本發(fā)明具有廣闊的應用前景。
[0024]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0025]1、本發(fā)明基于簡單的基帶調(diào)制技術，比起傳統(tǒng)的使用OFDM調(diào)制、DMT調(diào)制技術等，大大簡化了系統(tǒng)的復雜程度，且可以不增加LED器件帶寬的前提下，成倍地提高了無線通信的質(zhì)量及信道的容量。
[0026]2、本發(fā)明通過使用一個4*4的LED陣列，實現(xiàn)16級的脈沖振幅調(diào)制。比起傳統(tǒng)的使用OOK調(diào)控的可見光通信系統(tǒng)，可以將系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率提升4倍。
[0027]3、本發(fā)明通過使用光強檢測來實現(xiàn)脈沖振幅調(diào)控，不會產(chǎn)生傳統(tǒng)的多輸入多輸出調(diào)制所帶來的碼間干擾等問題。提高了信道穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明實現(xiàn)脈沖調(diào)制的可見光通信系統(tǒng)的示意圖。
[0029]圖2a為本發(fā)明的4 X 4的LED陣列。
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