一種基于新型調(diào)制模式的可見光通信系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】一種基于新型調(diào)制模式的可見光通信系統(tǒng)
[技術(shù)領(lǐng)域]
[0001] 本實(shí)用新型涉及無線光通信技術(shù)，尤其涉及一種基于新型調(diào)制模式的可見光通信 系統(tǒng)。
[【背景技術(shù)】]
[0002] 可見光通信（Visible Light Communication，簡稱VLC)是一種新興的無線光通信 技術(shù)。具體可分為室內(nèi)可見光通信和室外可見光通信兩類。具有傳輸速率高、無電磁干擾、 保密性好、不占頻譜資源等優(yōu)勢?？梢院芎玫亟鉀Q醫(yī)院、飛機(jī)等對電磁信號(hào)敏感場所的通信 問題，網(wǎng)絡(luò)頻段資源枯竭，無線通信無縫覆蓋技術(shù)及資金難題，網(wǎng)絡(luò)干擾以及網(wǎng)絡(luò)安全等問 題。而且可以同時(shí)兼具照明和通信的雙重功能?？梢灶A(yù)見VLC與WLAN互補(bǔ)技術(shù)將是未來 在短距離通信的重要通信方式之一。
[0003]目前在可見光通信領(lǐng)域的研究中一般采用的是基于強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測（頂/DD) 的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，采用曼切斯特編碼和OOK調(diào)制方式。由于其閃爍頻率極高所以對照明功能沒 有影響。然而，對于這種情況則容易受到環(huán)境或者背景光干擾，比如太陽光等其他非通信光 源，所以導(dǎo)致系統(tǒng)接收端誤碼率的增加，目前的解決方案有OFDM調(diào)制等方案。
[0004] 基于光強(qiáng)度調(diào)制的可見光通信系統(tǒng)在較遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，由于背景噪聲以及電路固 有噪聲的干擾，隨著傳輸距離的增加，在接收端收到的信號(hào)十分微弱，常常會(huì)導(dǎo)致接收端信 噪比小于1，為了抵消其在傳輸過程中的強(qiáng)度損耗，所以需要的光源亮度較大，從而造成其 功耗較大，實(shí)現(xiàn)成本增加。
[0005] 申請?zhí)枮镃N201410005418. 1的發(fā)明公開了一種可見光通信中的偏振復(fù)用系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收方法。本發(fā)明中，可見光通信系統(tǒng)采用多個(gè)起偏器，以及與起偏器相同數(shù)目 的檢偏器，檢偏器與起偏器一一對應(yīng)；在發(fā)送端，LED燈與起偏器一一對應(yīng)，不同LED燈發(fā)出 的可見光通過對應(yīng)的起偏器，得到不同偏振方向的線偏振光，并發(fā)送出去；在接收端，檢偏 器與對應(yīng)的起偏器之間的透振方向成預(yù)設(shè)角度，并且每一個(gè)檢偏器檢測出經(jīng)對應(yīng)的起偏器 發(fā)送的可見光，根據(jù)不同探測器檢測到的光強(qiáng)，經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理算法，可以恢復(fù)多路發(fā)射 信號(hào)，從而可以成倍地提高可見光通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。
[0006] 上述的可見光通信系統(tǒng)是基于LED光強(qiáng)度調(diào)制的，受太陽光等背景光干擾較大， 對后端接收裝置接收信號(hào)干擾較大?？梢姽馔ㄐ畔到y(tǒng)中的光在自由空間中傳輸時(shí)，在特殊 情況下光源會(huì)出現(xiàn)閃爍，進(jìn)而導(dǎo)致接收端誤碼率增加，所以就需要復(fù)雜的算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行 預(yù)處理。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0007] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種背景光干擾較小，收端誤碼率低的可見 光通信系統(tǒng)。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，一種基于新型調(diào)制模式 的可見光通信系統(tǒng)，包括VLC發(fā)射裝置和VLC接收裝置，VLC發(fā)射裝置包括LED發(fā)光控制電 路、O度線偏振器，90度線偏振器、四分之一相位延遲器和至少一個(gè)白光LED，白光LED發(fā)出 的含有通信信號(hào)的白光分別入射〇度線偏振器和90度線偏振器；0度線偏振器出射的0度 方向的線偏振光和90度線偏振器出射的90度方向的線偏振光入射沿45度方向的四分之 一相位延遲器；四分之一相位延遲器的出射的左旋圓偏振單色光、右旋圓偏振單色光以及 線偏振態(tài)的其他色光為VLC發(fā)射裝置的輸出光。
[0009] 以上所述的可見光通信系統(tǒng)，VLC發(fā)射裝置的四分之一相位延遲器是波長670nm 的四分之一相位延遲器。
[0010] 以上所述的可見光通信系統(tǒng)，白光LED為兩個(gè)，兩個(gè)白光LED分別布置在VLC發(fā)射 裝置的〇度線偏振器和90度線偏振器的軸線上。
[0011] 以上所述的可見光通信系統(tǒng)，VLC接收裝置包括單色光濾光片、四分之一相位延遲 器、〇度線偏振器、90度線偏振器，PIN光電探測電路和差分放大電路。VLC發(fā)射裝置的輸出 光入射單色光濾光片，單色光濾光片的出射光入射VLC接收裝置的四分之一相位延遲器， VLC接收裝置的四分之一相位延遲器的出射光分別入射VLC接收裝置的0度線偏振器和90 度線偏振器；PIN光電探測電路包括兩個(gè)PIN管，VLC接收裝置0度線偏振器和90度線偏振 器的出射光分別照射到兩個(gè)PIN管上，兩個(gè)PIN管的輸出端分別接差分放大電路的兩個(gè)輸 入端。
[0012] 以上所述的可見光通信系統(tǒng)，單色光濾光片是波長670nm的紅光濾光片，所述的 PIN管是670nm紅光敏感的光電探測器，VLC接收裝置的四分之一相位延遲器是是波長 670nm的四分之一相位延遲器。
[0013] 本實(shí)用新型基于新型調(diào)制模式的可見光通信系統(tǒng)背景光干擾較小，接收端誤碼率 低。
[【附圖說明】]
[0014] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0015] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例可見光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖1中：1_白光LED、2-90度線偏振器、3-0度線偏振器、4-四分之一相位延遲器、 5-單色光濾光片、6-PIN光電探測器接收電路、7-差分放大電路;A-通信信號(hào)編碼輸入端、 B-通信信號(hào)解碼輸出端。
[0017] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例LED發(fā)光控制電路的原理圖。
[0018] 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例PIN光電探測器接收電路的原理圖。
[0019] 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例接收端差分放大電路的原理圖。
[【具體實(shí)施方式】]
[0020] 光是一種電磁波，其光矢量的振動(dòng)方向與光波的傳播方向相互垂直，所以光波是 橫波。描述其的波動(dòng)方程是E = Asin (ω t+kl+Φ)。光有四個(gè)特點(diǎn)：光強(qiáng)、波長、相位、偏振。 對于橫波來說，其振動(dòng)方向和其傳播方向的不對稱性即為偏振，因此光波具有偏振性。具有 偏振性的光稱為偏振光。實(shí)際中光的偏振態(tài)可分為：自然光、線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振 光、部分偏振光等，其中線偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光也稱為完全偏振光。通常偏振光 的描述方法有：偏振橢圓、斯托克斯矢量、瓊斯矩陣、邦加球等方法。
[0021] 偏振光分類：
[0022] (1)線偏振光：光矢量末端的振動(dòng)軌跡是直線，即只包含有單一振動(dòng)方向的光為 線偏振光，線偏振光的振動(dòng)方向和傳播方向構(gòu)成的平面為振動(dòng)面。
[0023] (2)部分偏振光：偏振狀態(tài)介于自然光和線偏振光之間，在垂直傳播方向的平面 上包含各個(gè)振動(dòng)方向的光矢量但是不同方向的光矢量振幅大小不同。
[0024] (3)橢圓偏振光：光矢量端點(diǎn)的振動(dòng)軌跡是橢圓的偏振光。包括左旋和右旋橢圓 偏振光。
[0025] (4)圓偏振光：橢圓偏振光的特殊情況，光矢量端點(diǎn)的振動(dòng)軌跡是圓形。包括左旋 和右旋圓偏振光。
[0026] (5)自然光：光矢量分布均勾，各個(gè)振動(dòng)方向振幅大小相同的光。
[0027] 由自然光獲得線偏振光方法：
[0028] 1、利用反射和折射現(xiàn)象；2、利用材料的二向色性；3、利用晶體雙折射；4、利用色 散等。
[0029] 線偏振光經(jīng)過波片可以產(chǎn)生圓偏振光和橢圓偏振光。當(dāng)線偏振光經(jīng)過光軸與其偏 振方向成45度的四分之一相位延遲器時(shí)產(chǎn)生圓偏振光。
[0030] 偏振片：利用有些晶體對不同方向的光振動(dòng)具有選擇吸收的性質(zhì)，即二向色性，制 成的能夠把自然光轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光的器件。根據(jù)用途不同，有起偏器，檢偏器等。
[0031] 相位延遲器又叫波晶片、波片。它是能夠使相互垂直的兩個(gè)光振動(dòng)之間產(chǎn)生任意 數(shù)值的相位差（相對相位延遲）的光學(xué)器件。一般是由石英，方解石等具有雙折射效應(yīng)晶 體制成的平行屏面板。其表面與晶體的光軸平行。
[0032] 當(dāng)平行光正入射晶體時(shí)，分解成〇光和e光，其傳播方向不變，但是傳播速度V。 和V ^卻不再相同，也就是波片對〇光和e