基于雙重調(diào)制技術(shù)可見光通信系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及可見光通信技術(shù)，特別涉及一種基于雙重調(diào)制技術(shù)的可見光通信方法及其可見光通信系統(tǒng)，本實(shí)用新型是一種脈沖振幅調(diào)制技術(shù)與脈沖寬度調(diào)光技術(shù)相結(jié)合的雙重調(diào)制技術(shù)及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，被譽(yù)為“綠色照明”的半導(dǎo)體照明技術(shù)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(diǎn)。與此同時(shí)，LED更具有調(diào)制性能好、響應(yīng)靈敏度高等優(yōu)勢(shì)。將信號(hào)以人眼無法識(shí)別的高頻加載到LED上進(jìn)行傳輸，進(jìn)而催生出一門能夠?qū)崿F(xiàn)照明與通信一體化的技術(shù)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(qǐng)頻譜資源和信息的保密性等優(yōu)點(diǎn)。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，可見光通信系統(tǒng)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(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)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(fù)雜程度。并針對(duì)目前可見光通信研究僅局限于通信而忽視照明的現(xiàn)象，結(jié)合脈沖寬度調(diào)制技術(shù)的調(diào)光方案來調(diào)控可見光通信系統(tǒng)的光源，使燈具維持在一定的光通量水平以適合于室內(nèi)的照明。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型的首要目的在于提出一種基于雙重調(diào)制技術(shù)的可見光通信方法，該方法分別從照明與通信的角度優(yōu)化了可見光通信系統(tǒng)的光源。
[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型的另一目的在于提出一種實(shí)現(xiàn)基于雙重調(diào)制技術(shù)的可見光通信方法的可見光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于簡單基帶調(diào)制技術(shù)提出使用一個(gè)4X4的LED陣列實(shí)現(xiàn)雙重調(diào)制技術(shù)，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，同時(shí)可以結(jié)合脈沖寬度調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)光。
[0006]本實(shí)用新型的首要目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于雙重調(diào)制技術(shù)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(hào)轉(zhuǎn)換為η位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)；
[0008]步驟2、第一可編程門陣列將所述的每組η位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為η2進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，其中，η為正整數(shù)，所述η2進(jìn)制數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)η 2種狀態(tài)，每種狀態(tài)對(duì)應(yīng)點(diǎn)亮相應(yīng)數(shù)目的LED，不同數(shù)目的LED芯片點(diǎn)亮可以實(shí)現(xiàn)光通量的變化，使所述COB封裝LED燈具具有η2級(jí)光強(qiáng)的變化，所述η2級(jí)光強(qiáng)的變化即η 2級(jí)脈沖振幅調(diào)制；
[0009]步驟3、第一可編程門陣列將所述的η2級(jí)脈沖振幅調(diào)制與脈沖寬度調(diào)制相疊加，形成n2+k級(jí)光強(qiáng)變化，其中，k為正整數(shù)；
[0010]步驟4、接收子系統(tǒng)通過光電檢測(cè)器件感應(yīng)n2+k級(jí)光強(qiáng)變化，生成n2+k級(jí)脈沖電信號(hào)，經(jīng)過接收子系統(tǒng)的信號(hào)解調(diào)處理后，還原出原始信號(hào)。
[0011 ] 所述步驟I包括以下步驟：
[0012]步驟11、第一可編程門陣列對(duì)信源所發(fā)出的每幀視頻信號(hào)的紅、綠和藍(lán)分量分別進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換量化處理，形成原始像素?cái)?shù)字信號(hào)；
[0013]步驟12、第一可編程門陣列把原始像素?cái)?shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成8位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，并按順序排列，每隔η位分割為一組二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，輸出到LED驅(qū)動(dòng)電路。
[0014]在步驟4中，所述信號(hào)解調(diào)處理的方法包括以下步驟：
[0015]步驟41、前置放大電路與后置放大電路對(duì)所接收到的n2+k級(jí)脈沖電信號(hào)進(jìn)行放大處理和濾波處理；
[0016]步驟42、對(duì)經(jīng)過放大處理和濾波處理的n2+k級(jí)脈沖電信號(hào)進(jìn)過ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，生成n2+k進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，第二可編程門陣列把n2+k進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾除脈沖寬度調(diào)制部分，即濾除k而得到η2進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，第二編程門陣列將所述的η 2進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為η位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)；
[0017]步驟43、第二可編程門陣列對(duì)所述η位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)按先后順序排列，每隔8位合并為一組8位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，第二可編程門陣列把所述8位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始像素?cái)?shù)字信號(hào)；
[0018]步驟44、第二可編程門陣列將所述原始像素?cái)?shù)字信號(hào)還原為每幀視頻信號(hào)。
[0019]本實(shí)用新型的另一目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種實(shí)現(xiàn)所述的基于雙重調(diào)制技術(shù)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)具有：第一可編程門陣列、LED驅(qū)動(dòng)電路和COB封裝LED燈具，所述接收子系統(tǒng)具有：光電檢測(cè)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(hào)傳輸給光電檢測(cè)器件；所述第一可編程門陣列、LED驅(qū)動(dòng)電路、COB封裝LED燈具、光電檢測(cè)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(jìn)制數(shù)字信號(hào)，并把輸出的η位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)傳輸給LED驅(qū)動(dòng)電路，所述η位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)COB封裝LED燈具進(jìn)行η2級(jí)光強(qiáng)度調(diào)制，所述COB封裝LED燈具發(fā)射可見光信號(hào)給光電檢測(cè)器件，所述光電檢測(cè)器件把可見光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，所述ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器把光電檢測(cè)器件輸出的模擬信號(hào)取樣成η位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，把所述ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器取樣成的η位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)傳輸給第二可編程門陣列。
[0020]所述COB封裝LED燈具包括LED芯片和相應(yīng)的LED驅(qū)動(dòng)電路，每塊LED芯片由相應(yīng)的LED驅(qū)動(dòng)電路來獨(dú)立控制；所述LED驅(qū)動(dòng)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(fù)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(fù)極連接，所述電感的另一端與電容的負(fù)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(hào)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(hào)與高速緩沖器所傳輸?shù)男盘?hào)在Bias Tee模塊中進(jìn)行耦合，生成耦合電信號(hào)；所述耦合電信號(hào)通過限流電阻輸出。
[0021 ] 所述COB封裝LED燈具為η X η的LED陣列，每塊LED芯片獨(dú)立封裝。
[0022]所述發(fā)射子系統(tǒng)還包括：第一液晶顯示器和攝影機(jī)，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(jī)均與第一可編程門陣列連接，光電檢測(cè)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(jī)將視頻信號(hào)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(hào)傳輸給第一液晶顯示器；所述光電檢測(cè)器件把模擬信號(hào)通過前置放大電路進(jìn)行放大處理；放大后的所述模擬信號(hào)經(jīng)過后置放大電路進(jìn)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(hào)傳輸給第二液晶顯示器。
[0023]所述發(fā)射子系統(tǒng)通過LED驅(qū)動(dòng)電路將數(shù)據(jù)輸入COB封裝LED燈具中，發(fā)出可見光，通過傳輸子系統(tǒng)將光信號(hào)進(jìn)行有效地傳輸，最后通過接收子系統(tǒng)把感應(yīng)光強(qiáng)的變化與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)通信。所述發(fā)射子系統(tǒng)包括攝影機(jī)、第一可編程門陣列、第一液晶顯示器、LED驅(qū)動(dòng)電路和COB封裝LED燈具，所述LED驅(qū)動(dòng)電路具有電容與電感等電學(xué)元件，所述COB封裝LED燈具可以由16塊LED芯片通過COB封裝技術(shù)封裝在PCB板上。所述傳輸子