度大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能滿足解調(diào)的閾值條件，所以必須經(jīng)過進(jìn)一步放大。由于載波頻率較高，若采用高頻三極管組成的多級(jí)放大電路，不僅可以節(jié)約成本，還能夠獲得比運(yùn)算放大器更好的增益倍數(shù)。不過在使用三極管放大電路時(shí)，在輸入輸出端口處需要慎重考慮阻抗匹配的問題，結(jié)合電壓跟隨器的使用能夠讓三極管組成的主放大器性能更佳。根據(jù)實(shí)際接收到的信號(hào)大小，可調(diào)整電阻阻值來獲得不一樣放大倍數(shù)的電路，大致電路如圖6所示。
[0039]在接收端，2ASK信號(hào)的解調(diào)方法有兩種，即包絡(luò)檢波法和相干解調(diào)法。由于相干解調(diào)需要獲取較準(zhǔn)確的同步信號(hào)才能夠?qū)崿F(xiàn)，本裝置采用包絡(luò)檢波法。這種方法要注意兩方面:輸入電壓以及輸出電壓的關(guān)系；二極管導(dǎo)通時(shí)的充電時(shí)間以及截止時(shí)的放電時(shí)間，并且要避免惰性失真與底部切割失真。所以，必須通過模擬計(jì)算來得到R、C的具體取值，滿足以上條件。按照本裝置的載波頻率所計(jì)算的取值大小如圖7所示。
[0040]本裝置通過肖特基二極管半波整流，由RC電路低通濾波來解調(diào)。發(fā)現(xiàn)包絡(luò)檢波后的波形仍不理想，所以添加一個(gè)由過零比較器組成的整形電路在末端，從而獲得更好看的信號(hào)波形。
[0041]發(fā)射模塊工作過程說明:
[0042]從發(fā)射端開始，通過晶振振蕩產(chǎn)生IMHz正弦波，輸入到調(diào)諧在相同頻率下的選頻網(wǎng)絡(luò)中，獲得沒有噪聲的IMHz載波。把載波這一路輸入到模擬開關(guān)(4066BD)IN1引腳中，需要發(fā)送的信號(hào)輸入到模擬開關(guān)的SI引腳中，在模擬開關(guān)Dl處可得到一個(gè)已調(diào)信號(hào)，這個(gè)過程就是對(duì)信號(hào)的預(yù)處理。上述所得已調(diào)信號(hào)輸入到LED驅(qū)動(dòng)電路中，驅(qū)動(dòng)電路把已調(diào)信號(hào)放大，又加入一個(gè)直流偏置后，把信號(hào)調(diào)制在幾個(gè)IW的LED燈珠上。LED作為把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的工具，把經(jīng)調(diào)制后的電信號(hào)以可見光的形式發(fā)射出去。
[0043]接收模塊工作過程說明:
[0044]經(jīng)過光信道傳播后，有用的光信號(hào)混雜著背景光一起進(jìn)入到接收端。所有光由PIN光電二極管接收，PIN光電二極管把光信號(hào)以光電流的形式轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)輸入到前置放大器中，前置放大器把光電流變成電壓，并且放大一定倍數(shù)，其電路中的電容有去噪聲的作用。為了進(jìn)一步地把背景光所帶來的低頻噪聲去除，前置放大器處理后的信號(hào)輸入到高通濾波電路中，通過二階濾波，足夠把低頻信號(hào)徹底濾除，獲得波形近似于發(fā)射端的2ASK調(diào)制信號(hào)。
[0045]由于到目前為止所獲得的信號(hào)幅度不夠大，不能滿足解調(diào)的條件，需要把高通濾波器的信號(hào)再輸入到主放大器中進(jìn)行放大。通過主放大器中的三極管共射放大電路，能夠把信號(hào)放大幾十到一百多倍，再把放大后的信號(hào)輸入到包絡(luò)檢波電路中，經(jīng)過肖特基二極管的半波整流后，可在RC低通濾波后得到解調(diào)信號(hào)。由于解調(diào)信號(hào)的質(zhì)量還不夠理想，可用過零比較器進(jìn)行整形，最后還原成接近信號(hào)源原來所發(fā)出的信號(hào)，達(dá)到傳輸?shù)哪康摹?br>[0046]現(xiàn)有技術(shù)之中的可見光通信系統(tǒng)，無法很好地解決以下問題:1、在對(duì)光源進(jìn)行數(shù)字基帶調(diào)制時(shí)，加載在白光LED上的信號(hào)會(huì)因有限帶寬而產(chǎn)生明顯失真；2、大功率白光LED驅(qū)動(dòng)電路的光功率比較小，不利于使得傳輸距離更遠(yuǎn)；3、由于白光來源豐富，可見光通信中有大量的背景光作為干擾。
[0047]本具體實(shí)施例的可見光通信系統(tǒng)是這樣實(shí)現(xiàn)的:第一，在調(diào)制LED光源之前，加入對(duì)初始電信號(hào)的二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)調(diào)制電路，再把已調(diào)電信號(hào)輸入到LED驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)光源進(jìn)行模擬強(qiáng)度調(diào)制。這有別于以往的數(shù)字基帶調(diào)制，由于2ASK調(diào)制采用的是固定頻率的正弦波，在調(diào)制到光源的時(shí)候，不會(huì)因?yàn)楹懈叽沃C波而產(chǎn)生失真的情況；第二，改善LED驅(qū)動(dòng)電路，提高電路中調(diào)制信號(hào)電流與偏置電流的比值，即根據(jù)LED的P-1曲線，從而提高光調(diào)制度，這樣可以在光照度一定的情況下，使傳輸距離更遠(yuǎn)；第三，配合2ASK調(diào)制后的信號(hào)，在接收端設(shè)計(jì)前置放大、高通濾波、包絡(luò)檢波解調(diào)電路。由于2ASK采用的正弦載波頻率遠(yuǎn)大于背景光的頻率，使接收端的濾波效果非常好，系統(tǒng)幾乎不受外界光的干擾。
[0048]按照上述具體實(shí)施例制作的可見光通信系統(tǒng)，把調(diào)制信號(hào)先進(jìn)行2ASK調(diào)制，使用5個(gè)IW的LED燈發(fā)射，并由PIN光電二級(jí)管(BPW34)接收。測(cè)試時(shí)，由信號(hào)發(fā)生器的矩形波作為調(diào)制信號(hào)，通過模擬開關(guān)以及晶振電路調(diào)制，接收解調(diào)后可在數(shù)字示波器上觀察信號(hào)接收的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，5個(gè)IW的LED所發(fā)出的光照度為2290LX，固定發(fā)射端不動(dòng)，從距離其10cm處開始移動(dòng)接收端，若調(diào)制頻率選為50kHz，直到距離發(fā)射端500cm處為止均可在接收端恢復(fù)占空比正確的矩形波信號(hào)。而當(dāng)傳輸距離大于503cm時(shí)，占空比開始發(fā)生變化，不能正常通信?？梢缘玫浇Y(jié)論是，調(diào)制頻率為50kHz時(shí)，傳輸距離最大可達(dá)到503cm，可作為低速較長(zhǎng)距離的通信系統(tǒng)來使用。
[0049]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種2ASK預(yù)處理的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，包括用于發(fā)射可見光的發(fā)射模塊和用于接收可見光且將可見光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的接收模塊，其中，所述發(fā)射模塊包括LED驅(qū)動(dòng)模塊和用于對(duì)進(jìn)入LED驅(qū)動(dòng)模塊的初始電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的2ASK預(yù)處理模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2ASK預(yù)處理的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述2ASK預(yù)處理模塊包括用于產(chǎn)生載波信號(hào)的有源晶振、用于對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行選頻的選頻電路和用于將經(jīng)過選頻之后的載波根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)行信號(hào)切換輸出的模擬開關(guān)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2ASK預(yù)處理的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述LED驅(qū)動(dòng)模塊包括用于將被2ASK預(yù)處理模塊調(diào)制的電信號(hào)進(jìn)行電流量放大的共集電極放大電路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2ASK預(yù)處理的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述LED驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)置有直流偏置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2ASK預(yù)處理的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述接收模塊包括用于將LED燈光轉(zhuǎn)換為光電流的光電管，用于將光電流轉(zhuǎn)為電壓且具有放大性能的前置放大器，以及用于將多余的低頻信號(hào)進(jìn)行濾除的高通濾波電路。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的2ASK預(yù)處理的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述光電管采用光伏模式進(jìn)行工作。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的2ASK預(yù)處理的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述高通濾波電路采用壓控電壓源二階高通濾波電路。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的2ASK預(yù)處理的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射模塊進(jìn)一步包括用于經(jīng)過前置放大和濾波的信號(hào)進(jìn)行放大的主放大器，以及用于將經(jīng)過主放大器處理的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和整形的解調(diào)與整形電路。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的2ASK預(yù)處理的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述解調(diào)與整形電路采用肖特基二極管半波整流，由RC電路低通濾波進(jìn)行包絡(luò)檢波法的解調(diào)。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的2ASK預(yù)處理的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述解調(diào)與整形電路采用由過零比較器組成的整形電路。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供的2ASK預(yù)處理的可見光通信系統(tǒng)，包括用于發(fā)射可見光的發(fā)射模塊和用于接收可見光且將可見光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的接收模塊，其中，所述發(fā)射模塊包括LED驅(qū)動(dòng)模塊和用于對(duì)進(jìn)入LED驅(qū)動(dòng)模塊的初始電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的2ASK預(yù)處理模塊。該可見光通信系統(tǒng)通過先對(duì)信號(hào)進(jìn)行2ASK的預(yù)處理，能夠使調(diào)制在LED上的信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生明顯失真，并且在這個(gè)基礎(chǔ)上能夠改善LED驅(qū)動(dòng)電路，增大光調(diào)制度，使傳輸距離更遠(yuǎn)。
【IPC分類】H04B10/54, H04L25/06, H04B10/116
【公開號(hào)】CN204633777
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520352934
【發(fā)明人】梁景熙, 劉宏展, 張劍鳴, 何承寬
【申請(qǐng)人】華南師范大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月27日