一種基於非視距鏈路的可見光通信組網結構與方法
2023-08-05 15:30:06
一種基於非視距鏈路的可見光通信組網結構與方法
【專利摘要】一種基於非視距鏈路的可見光通信組網結構，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動模塊，其中：光電檢測器接收來自其它LED照明燈所發光線經地面或者牆面反射後的光，並將其轉換為電信號；放大器將電信號進行放大；信息處理模塊將放大的電信號中攜帶的信息進行解調與調製；驅動模塊將調製的信息加載於LED照明燈上並驅動發光，本發明利用LED照明燈發出的光線作為信息輸出通道，光電檢測器接收其他LED照明燈發出的經地面或者牆面反射後的光線，作為信息輸入通道，一個LED燈具成為一個數據節點，多個LED燈具便可利用非視距的可見光信道進行組網。
【專利說明】一種基於非視距鏈路的可見光通信組網結構與方法【技術領域】
[0001]本發明屬於可見光通信【技術領域】，特別涉及一種基於非視距鏈路的可見光通信組網結構與方法。
【背景技術】
[0002]由於照明光源無處不在的特點，可用於通信的照明光源可以安裝在任何地方，形成泛在覆蓋。基於LED的可見光通信有著節能和環保的優點。與傳統白熾燈相比，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境汙染物的產生。作為公認的第四代照明光源，LED照明光源的推廣意味著基於LED的泛在可見光通信也將逐步進入公眾的視野。
[0003]照明LED燈的設置首先要保證正常的照明需求，這就要求LED燈所發出光的均勻性以及覆蓋範圍有一定的要求，以滿足室內或其他場所的最低照明標準。目前可見光通信採用的是基於強度調製/直接檢測的方法，在發射端把待傳輸的電信號調製到白光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換進而實現信息的傳遞。
[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燈發出後未經反射的光，非視距鏈路中則不存在這樣的光線，接收端收到的是LED燈發出的光經地面、牆壁等其他反射面發射後的光線。在室內可見光通信中，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採用的通信鏈路。但是基於照明的視距鏈路能提供自上而下的通信鏈路，卻無法實現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，如何實現通信的上行鏈路。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種基於非視距鏈路的可見光通信組網結構與方法，利用LED光在地面或者牆面的一次反射路徑實現不同LED燈之間的通信，使得每個LED燈之間能夠實現信息共享，擴大通信的覆蓋區域。
[0006]為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是:
[0007]一種基於非視距鏈路的可見光通信組網結構，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照明燈所發光線經地面或者牆面反射後的光，並將其轉換為電信號；
[0009]所述放大器將所述電信號進行放大；
[0010]所述信息處理模塊將放大的電信號中攜帶的信息進行解調，解調後的信息在處理後，將要發送的信息進行調製，以利於信息以光通信的方式傳播出去；
[0011]所述驅動模塊將調製的信息加載於LED照明燈上並驅動其發光。[0012]所述LED照明燈上還布置有光學聚光器，以獲取有效的反射鏈路光信號，然後送往光電檢測器。
[0013]所述光學聚光器為透鏡或者對準儀。
[0014]所述信息處理模塊使用OOK或PPM調製方式進行調製。
[0015]所述信息處理模塊使用QPSK或OFDM調製方式進行調製，在信息處理模塊的前端設置模數轉換模塊，將放大的電信號轉換為數字形式，在信息處理模塊的後端設置數模轉換模塊，將調製後的信號轉換為模擬形式。
[0016]所述解調後的信息處理包括儲存以及判斷操作。
[0017]本發明同時提供了一種基於非視距鏈路的可見光通信組網方法，在LED照明燈上布置光電檢測器，利用LED照明燈發出的光線作為信息輸出通道，光電檢測器接收其他LED照明燈發出的經地面或者牆面反射後的光線，作為信息輸入通道。
[0018]採取強度調製/直接檢測的方式完成信息的調製和解調，將信息加載於光線上，通過光強的變化承載信息。
[0019]通過調節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]與現有技術相比，本發明基於室內走廊、礦井等場所為了達到照明的需求，會在天花板上布設較多的LED照明燈的實際環境，把每個LED燈具看成一個數據節點，通過不同LED之間的通信方式進行組網，從而形成可見光通信自組網。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明LED照明燈上的電路功能模塊結構框圖。
[0022]圖2是本發明的組網通信流程示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。
[0024]如圖1所示，
[0025]本發明的應用場景為正常的室內照明情景，如室內走廊、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出的直射光線。此外，還可以通過調節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]為適應以上場景下的可見光通信，本發明首先提出一種相應的結構，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動模塊，其中:光電檢測器接收來自其它LED照明燈所發光線經地面或者牆面反射後的光，並將其轉換為電信號；放大器將所述電信號進行放大；信息處理模塊將放大的電信號中攜帶的信息進行解調，解調後的信息在處理(儲存、判斷等操作)後，將要發送的信息進行調製，以利於信息以光通信的方式傳播出去；驅動模塊將調製的信息加載於LED照明燈上並驅動其發光。由於反射鏈路的信號功率較小，可以在LED照明燈上布置光學聚光器如透鏡、對準儀等，以獲取有效的反射鏈路光信號，然後送往光電檢測器。其中當信號採用00Κ、ΡΡΜ等調製技術的時候無需使用模數轉換器和數模轉換器，當信號採用QPSK、OFDM等複雜的數字調製技術時，在信息處理模塊的前端設置模數轉換模塊，將放大的電信號轉換為數字形式，在信息處理模塊的後端設置數模轉換模塊，將調製後的信號轉換為模擬形式。
[0027]根據以上結構，本發明是一種不同LED燈之間利用光線經地面或牆面的反射鏈路進行通信進而實現組網的方案，實現的流程圖如圖2所示，利用LED照明燈發出的光線作為信息輸出通道，光電檢測器接收其他LED照明燈發出的經地面或者牆面反射後的光線，作為信息輸入通道。採取強度調製/直接檢測的方式完成信息的調製和解調，將信息加載於光線上，通過光強的變化承載信息。
[0028]燈LEDl所發出的光經地面或牆面的反射，然後到達LED2，經過接收解調進行信息處理，然後可將信息調製加載至LED2所發出的光線上，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燈結點傳輸。
[0029]過程中為避免直射光影響，可通過調節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]在傳統方式下，使用直射光進行可見光通信組網，需要LED發出的光線能夠直接到達其他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行通信，此時LED照明燈的放置只是為了組網，並不能夠兼顧室內的照明用途。而本發明則在不影響室內場景照明的情況下，利用照明光線的反射路徑實現多個LED照明燈之間的通信，進而實現組網，使得多個LED燈之間實現信息共享，並擴大了通信的覆蓋區域。
【權利要求】
1.一種基於非視距鏈路的可見光通信組網結構，其特徵在於，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動模塊，其中: 所述光電檢測器接收來自其它LED照明燈所發光線經地面或者牆面反射後的光，並將其轉換為電信號； 所述放大器將所述電信號進行放大； 所述信息處理模塊將放大的電信號中攜帶的信息進行解調，解調後的信息在處理後，將要發送的信息進行調製，以利於信息以光通信的方式傳播出去； 所述驅動模塊將調製的信息加載於LED照明燈上並驅動其發光。
2.根據權利要求1所述的基於非視距鏈路的可見光通信組網結構，其特徵在於，所述LED照明燈上還布置有光學聚光器，以獲取有效的反射鏈路光信號，然後送往光電檢測器。
3.根據權利要求2所述的基於非視距鏈路的可見光通信組網結構，其特徵在於，所述光學聚光器為透鏡或者對準儀。
4.根據權利要求1所述的基於非視距鏈路的可見光通信組網結構，其特徵在於，所述信息處理模塊使用OOK或PPM調製方式進行調製。
5.根據權利要求1所述的基於非視距鏈路的可見光通信組網結構，其特徵在於，所述信息處理模塊使用QPSK或OFDM調製方式進行調製，在信息處理模塊的前端設置模數轉換模塊，將放大的電信號轉換為數字形式，在信息處理模塊的後端設置數模轉換模塊，將調製後的信號轉換為模擬形式。
6.根據權利要求1所述的基於非視距鏈路的可見光通信組網結構，其特徵在於，所述解調後的信息處理包括儲存以及判斷操作。
7.一種基於非視距鏈路的可見光通信組網方法，其特徵在於:在LED照明燈上布置光電檢測器，利用LED照明燈發出的光線作為信息輸出通道，光電檢測器接收其他LED照明燈發出的經地面或者牆面反射後的光線，作為信息輸入通道。
8.根據權利要求7所述的基於非視距鏈路的可見光通信組網方法，其特徵在於，採取強度調製/直接檢測的方式完成信息的調製和解調，將信息加載於光線上，通過光強的變化承載信息。
9.根據權利要求7所述的基於非視距鏈路的可見光通信組網方法，其特徵在於，通過調節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 優先權日:2014年3月10日
【發明者】董昊, 張洪明 申請人:清華大學