一種基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與方法
【專利摘要】一種基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括若干LED照明燈，每個LED照明燈上布置有光電檢測器、放大器、信息處理模塊以及驅(qū)動模塊，其中：光電檢測器接收來自其它LED照明燈所發(fā)光線經(jīng)地面或者墻面反射后的光，并將其轉(zhuǎn)換為電信號；放大器將電信號進(jìn)行放大；信息處理模塊將放大的電信號中攜帶的信息進(jìn)行解調(diào)與調(diào)制；驅(qū)動模塊將調(diào)制的信息加載于LED照明燈上并驅(qū)動發(fā)光，本發(fā)明利用LED照明燈發(fā)出的光線作為信息輸出通道，光電檢測器接收其他LED照明燈發(fā)出的經(jīng)地面或者墻面反射后的光線，作為信息輸入通道，一個LED燈具成為一個數(shù)據(jù)節(jié)點，多個LED燈具便可利用非視距的可見光信道進(jìn)行組網(wǎng)。
【專利說明】一種基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于可見光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于照明光源無處不在的特點，可用于通信的照明光源可以安裝在任何地方，形成泛在覆蓋?；贚ED的可見光通信有著節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)點。與傳統(tǒng)白熾燈相比，LED照明燈不僅能量效率高，而且壽命極長，其推廣將大幅減少二氧化碳排放量和環(huán)境污染物的產(chǎn)生。作為公認(rèn)的第四代照明光源，LED照明光源的推廣意味著基于LED的泛在可見光通信也將逐步進(jìn)入公眾的視野。
[0003]照明LED燈的設(shè)置首先要保證正常的照明需求，這就要求LED燈所發(fā)出光的均勻性以及覆蓋范圍有一定的要求，以滿足室內(nèi)或其他場所的最低照明標(biāo)準(zhǔn)。目前可見光通信采用的是基于強度調(diào)制/直接檢測的方法，在發(fā)射端把待傳輸?shù)碾娦盘栒{(diào)制到白光LED燈上，通過控制LED燈的注入電流來控制LED燈輸出光信號的強度變化，在接收端通過光電檢測器完成光信號到電信號的轉(zhuǎn)換進(jìn)而實現(xiàn)信息的傳遞。
[0004]可見光通信中的鏈路分為兩種，視距鏈路以及非視距鏈路。視距鏈路中，接收機接收的光線包括從LED燈發(fā)出后未經(jīng)反射的光，非視距鏈路中則不存在這樣的光線，接收端收到的是LED燈發(fā)出的光經(jīng)地面、墻壁等其他反射面發(fā)射后的光線。在室內(nèi)可見光通信中，信號的功率大多集中在視距鏈路上，所以能提供更高的信號能量，視距鏈路是目前可見光通信主要采用的通信鏈路。但是基于照明的視距鏈路能提供自上而下的通信鏈路，卻無法實現(xiàn)自上而下的視距鏈路 ，這也是目前可見光通信存在的一個問題，如何實現(xiàn)通信的上行鏈路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與方法，利用LED光在地面或者墻面的一次反射路徑實現(xiàn)不同LED燈之間的通信，使得每個LED燈之間能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享，擴大通信的覆蓋區(qū)域。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括若干LED照明燈，每個LED照明燈上布置有光電檢測器、放大器、信息處理模塊以及驅(qū)動模塊，其中:
[0008]所述光電檢測器接收來自其它LED照明燈所發(fā)光線經(jīng)地面或者墻面反射后的光，并將其轉(zhuǎn)換為電信號；
[0009]所述放大器將所述電信號進(jìn)行放大；
[0010]所述信息處理模塊將放大的電信號中攜帶的信息進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后的信息在處理后，將要發(fā)送的信息進(jìn)行調(diào)制，以利于信息以光通信的方式傳播出去；
[0011]所述驅(qū)動模塊將調(diào)制的信息加載于LED照明燈上并驅(qū)動其發(fā)光。[0012]所述LED照明燈上還布置有光學(xué)聚光器，以獲取有效的反射鏈路光信號，然后送往光電檢測器。
[0013]所述光學(xué)聚光器為透鏡或者對準(zhǔn)儀。
[0014]所述信息處理模塊使用OOK或PPM調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制。
[0015]所述信息處理模塊使用QPSK或OFDM調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制，在信息處理模塊的前端設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將放大的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，在信息處理模塊的后端設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，將調(diào)制后的信號轉(zhuǎn)換為模擬形式。
[0016]所述解調(diào)后的信息處理包括儲存以及判斷操作。
[0017]本發(fā)明同時提供了一種基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)方法，在LED照明燈上布置光電檢測器，利用LED照明燈發(fā)出的光線作為信息輸出通道，光電檢測器接收其他LED照明燈發(fā)出的經(jīng)地面或者墻面反射后的光線，作為信息輸入通道。
[0018]采取強度調(diào)制/直接檢測的方式完成信息的調(diào)制和解調(diào)，將信息加載于光線上，通過光強的變化承載信息。
[0019]通過調(diào)節(jié)LED照明燈上面安置的光電檢測器的接收角使其只能接收到其他LED照明燈的反射光線，而接收不到直射光線。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于室內(nèi)走廊、礦井等場所為了達(dá)到照明的需求，會在天花板上布設(shè)較多的LED照明燈的實際環(huán)境，把每個LED燈具看成一個數(shù)據(jù)節(jié)點，通過不同LED之間的通信方式進(jìn)行組網(wǎng)，從而形成可見光通信自組網(wǎng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明LED照明燈上的電路功能模塊結(jié)構(gòu)框圖。
[0022]圖2是本發(fā)明的組網(wǎng)通信流程示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。
[0024]如圖1所示，
[0025]本發(fā)明的應(yīng)用場景為正常的室內(nèi)照明情景，如室內(nèi)走廊、礦井、博物館等場所，此類場景下為了滿足照明需求，LED照明燈的光線是向下照射，所以一定距離的兩個燈之間不會收到彼此發(fā)出的直射光線。此外，還可以通過調(diào)節(jié)LED照明燈上面安置的光電檢測器的接收角使其只能接收到其他LED照明燈反射徑。
[0026]為適應(yīng)以上場景下的可見光通信，本發(fā)明首先提出一種相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，包括若干LED照明燈，如圖1所示，每個LED照明燈上布置有光電檢測器、放大器、信息處理模塊以及驅(qū)動模塊，其中:光電檢測器接收來自其它LED照明燈所發(fā)光線經(jīng)地面或者墻面反射后的光，并將其轉(zhuǎn)換為電信號；放大器將所述電信號進(jìn)行放大；信息處理模塊將放大的電信號中攜帶的信息進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后的信息在處理(儲存、判斷等操作)后，將要發(fā)送的信息進(jìn)行調(diào)制，以利于信息以光通信的方式傳播出去；驅(qū)動模塊將調(diào)制的信息加載于LED照明燈上并驅(qū)動其發(fā)光。由于反射鏈路的信號功率較小，可以在LED照明燈上布置光學(xué)聚光器如透鏡、對準(zhǔn)儀等，以獲取有效的反射鏈路光信號，然后送往光電檢測器。其中當(dāng)信號采用00Κ、ΡΡΜ等調(diào)制技術(shù)的時候無需使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，當(dāng)信號采用QPSK、OFDM等復(fù)雜的數(shù)字調(diào)制技術(shù)時，在信息處理模塊的前端設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將放大的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，在信息處理模塊的后端設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，將調(diào)制后的信號轉(zhuǎn)換為模擬形式。
[0027]根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，本發(fā)明是一種不同LED燈之間利用光線經(jīng)地面或墻面的反射鏈路進(jìn)行通信進(jìn)而實現(xiàn)組網(wǎng)的方案，實現(xiàn)的流程圖如圖2所示，利用LED照明燈發(fā)出的光線作為信息輸出通道，光電檢測器接收其他LED照明燈發(fā)出的經(jīng)地面或者墻面反射后的光線，作為信息輸入通道。采取強度調(diào)制/直接檢測的方式完成信息的調(diào)制和解調(diào)，將信息加載于光線上，通過光強的變化承載信息。
[0028]燈LEDl所發(fā)出的光經(jīng)地面或墻面的反射，然后到達(dá)LED2，經(jīng)過接收解調(diào)進(jìn)行信息處理，然后可將信息調(diào)制加載至LED2所發(fā)出的光線上，LEDl和LED3皆可收到反射鏈路的信號。信息可通過接力的方式向各個LED燈結(jié)點傳輸。
[0029]過程中為避免直射光影響，可通過調(diào)節(jié)LED照明燈上面安置的光電檢測器的接收角使其只能接收到其他LED照明燈的反射光線，而接收不到直射光線。
[0030]在傳統(tǒng)方式下，使用直射光進(jìn)行可見光通信組網(wǎng)，需要LED發(fā)出的光線能夠直接到達(dá)其他LED照明燈上的光電檢測器，此種情況下一個燈只能與另外一個燈進(jìn)行通信，此時LED照明燈的放置只是為了組網(wǎng)，并不能夠兼顧室內(nèi)的照明用途。而本發(fā)明則在不影響室內(nèi)場景照明的情況下，利用照明光線的反射路徑實現(xiàn)多個LED照明燈之間的通信，進(jìn)而實現(xiàn)組網(wǎng)，使得多個LED燈之間實現(xiàn)信息共享，并擴大了通信的覆蓋區(qū)域。
【權(quán)利要求】
1.一種基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括若干LED照明燈，每個LED照明燈上布置有光電檢測器、放大器、信息處理模塊以及驅(qū)動模塊，其中: 所述光電檢測器接收來自其它LED照明燈所發(fā)光線經(jīng)地面或者墻面反射后的光，并將其轉(zhuǎn)換為電信號； 所述放大器將所述電信號進(jìn)行放大； 所述信息處理模塊將放大的電信號中攜帶的信息進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后的信息在處理后，將要發(fā)送的信息進(jìn)行調(diào)制，以利于信息以光通信的方式傳播出去； 所述驅(qū)動模塊將調(diào)制的信息加載于LED照明燈上并驅(qū)動其發(fā)光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述LED照明燈上還布置有光學(xué)聚光器，以獲取有效的反射鏈路光信號，然后送往光電檢測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述光學(xué)聚光器為透鏡或者對準(zhǔn)儀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述信息處理模塊使用OOK或PPM調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述信息處理模塊使用QPSK或OFDM調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制，在信息處理模塊的前端設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將放大的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，在信息處理模塊的后端設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，將調(diào)制后的信號轉(zhuǎn)換為模擬形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述解調(diào)后的信息處理包括儲存以及判斷操作。
7.一種基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)方法，其特征在于:在LED照明燈上布置光電檢測器，利用LED照明燈發(fā)出的光線作為信息輸出通道，光電檢測器接收其他LED照明燈發(fā)出的經(jīng)地面或者墻面反射后的光線，作為信息輸入通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)方法，其特征在于，采取強度調(diào)制/直接檢測的方式完成信息的調(diào)制和解調(diào)，將信息加載于光線上，通過光強的變化承載信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于非視距鏈路的可見光通信組網(wǎng)方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)LED照明燈上面安置的光電檢測器的接收角使其只能接收到其他LED照明燈的反射光線，而接收不到直射光線。
【文檔編號】H04B10/116GK103840880SQ201410085719
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】董昊, 張洪明 申請人:清華大學(xué)