CN102811091A - 基于可见光通信的宽带接入装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可见光通信技术领域，公开了一种基于可见光通信的宽带接入装置及方法。本发明通过将以太网宽带信号调制到无线光载波上，在利用LED进行照明的同时完成数据业务的传输，使上网设备可以通过可见光通信接入到互联网。

Description

基于可见光通信的宽带接入装置及方法

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，特别是涉及一种基于可见光通信的宽带接入装置及方法。

背景技术

由于无线频谱资源紧张，无线光通信的引入是对通信频谱的一次巨大拓展。在信息化技术布局中，宽带无线接入网络部署受限于电磁频谱这一有限资源。随着越来越多的无线电子设备接入到网络，频谱的拥挤愈加突现，电子设备之间相互干扰也愈加严重。

有灯光的地方即可有通信。随着白光LED照明（也称固体照明）的兴起，高效节能等优点使其有取代传统照明之势，白光LED具有宽得多的基带调制带宽（约40MHz），在作为照明的同时，可将基带信号调制在LED发出的可见光上进行通信。

可见光通信是一种灵活、便捷、高隐蔽的无线局域网通信技术。首先，由于白光对人的安全性，避免了电磁辐射对人体的影响，是一种绿色通信方式。其次，由于白光不可穿透墙壁，甚至窗帘，因此可见光通信具有高度的保密性。第三，由于白光和射频信号互不干扰，所以它可以应用在电磁敏感环境中，如机舱、医院等。第四，由于频谱无需授权即可使用，所以可见光通信应用灵活，可以单独使用，也可以作为射频无线设备的有效备份。

然而，目前还没有一种基于可见光通信的宽带接入方法。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：为可见光通信提供一种宽带接入方法。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于可见光通信的宽带接入装置，包括：第一调制解调器、第一可见光收发器、第二可见光收发器以及第二调制解调器；其中，

所述第一调制解调器用于将来自网络的数据帧调制为适合在可见光上传输的信号格式；以及用于将接收到的滤波后的电信号进行解调后发送到网络；

所述第一可见光收发器包括第一LED驱动器、第一滤波器、第一光电探测器以及第一LED灯，所述第一LED驱动器用于将所述第一调制解调器调制后的电信号调制到第一LED灯所发出的可见光上发送出去；所述第一LED灯用于发出可见光；所述第一光电探测器用于将来自于所述第二LED灯的光信号转换成电信号；所述第一滤波器用于将来自所述第一光电探测器的电信号进行滤波后发送给所述第一调制解调器；

所述第二可见光收发器包括第二LED驱动器、第二滤波器、第二光电探测器以及第二LED灯，所述第二光电探测器用于将来自所述第一LED灯的光信号转换成电信号；所述第二滤波器用于将来自所述第二光电探测器的电信号进行滤波后发送给所述第二调制解调器；所述第二LED驱动器用于将所述第二调制解调器调制后的电信号调制到第二LED灯所发出的可见光上发送出去；所述第二LED灯用于发出可见光；

所述第二调制解调器用于将接收到的滤波后的电信号进行解调后发送给上网设备，以及用于将来自所述上网设备的数据帧调制为适合在可见光上传输的信号格式。

优选地，所述装置还包括第一PHY接口和第二PHY接口，所述第一PHY接口用于接收来自网络的数据帧，所述第二PHY接口用于接收来自上网设备的数据帧。

优选地，所述装置还包括第一物理层管理接口MDIO控制模块、第二MDIO控制模块、第一MII接口和第二MII接口，第一MDIO控制模块用于控制所述第一PHY接口工作在MII模式，所述第二MDIO控制模块用于控制所述第二PHY接口工作在MII模式，所述第一MII接口连接于所述第一PHY接口与第一调制解调器之间，所述第二MII接口连接于所述第二PHY接口与第二调制解调器之间。

优选地，所述第一调制解调器与第一LED驱动器之间、第二调制解调器与第二滤波器之间分别通过通用输入输出接口GPIO连接。

优选地，所述第一LED灯为蓝光LED芯片驱动的白光LED灯，第二LED灯为绿光LED芯片驱动的白光LED灯，且所述第一LED灯与第二光电探测器之间设置有蓝光滤光片，所述第二LED灯与第一光电探测器之间设置有绿光滤光片。

优选地，所述第一滤波器与第二滤波器均为数字滤波器。

本发明还提供了一种利用所述的装置进行宽带接入的方法，当传输下行链路数据时执行步骤S1~S5：

S1、所述第一调制解调器将来自网络的数据帧调制为适合在可见光上传输的信号格式；

S2、所述第一LED驱动器将所述第一调制解调器调制后的电信号调制到第一LED灯所发出的可见光上发送出去；

S3、所述第二光电探测器将来自所述第一LED灯的光信号转换成电信号；

S4、所述第二滤波器将来自所述第二光电探测器的电信号进行滤波后发送给所述第二调制解调器；

S5、所述第二调制解调器将接收到的滤波后的电信号进行解调后发送给上网设备；

且当传输上行链路数据时执行步骤S1’~S5’：

S1’、所述第二调制解调器将来自所述上网设备的数据帧调制为适合在可见光上传输的信号格式；

S2’、所述第二LED驱动器将所述第二调制解调器调制后的电信号调制到第二LED灯所发出的可见光上发送出去；

S3’、所述第一光电探测器将来自于所述第二LED灯的光信号转换成电信号；

S4’、所述第一滤波器用于将来自所述第一光电探测器的电信号进行滤波后发送给所述第一调制解调器；

S5’、所述第一调制解调器将接收到的滤波后的电信号进行解调后发送到网络。

（三）有益效果

上述技术方案具有如下优点：通过将以太网宽带信号调制到无线光载波上，在利用LED进行照明的同时完成数据业务的传输，使上网设备可以通过可见光通信接入到互联网。

附图说明

图1是本发明实施例的装置结构及其实施方式示意图。

图2a~图2b分别是第一调制解调器和第二调制解调器的实施示例图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明基于可见光的无线通信技术设计了基于可见光通信的宽带接入方案，克服了有线接入布线难和无线接入带宽低的缺陷，是一种宽带接入新方案。

如图1所示，本发明提供一种基于可见光通信的宽带接入装置，包括：第一调制解调器、第一可见光收发器、第二可见光收发器以及第二调制解调器；其中，

所述第一调制解调器用于将来自互联网的以太网数据帧的有效数据调制为适合在可见光上传输的信号格式，例如进行4B5B编码和OOK调制，其中4B5B编码后需要加入起始字节，用于指示4B5B码字的起始位；以及用于将接收到的滤波后的用户端电信号进行解调后通过第一MII接口发送给第一以太网PHY接口，封装成以太网物理层帧后发送到互联网，例如首先对滤波后的信号进行OOK解调，当检测到解调后信号中的特定起始位时，启动4B5B解码程序，完成解码并将数据送给第一MII接口，如图2a所示；

所述第一可见光收发器包括第一LED驱动器、第一滤波器、第一光电探测器（本实施例中，光电探测器为PIN光电探测器）以及第一LED灯，所述第一LED驱动器用于将所述第一调制解调器调制后的电信号调制到第一LED灯所发出的可见光上发送出去；所述第一LED灯用于发出可见光，在用于通信的同时兼顾照明的功能；所述第一光电探测器用于将来自于所述第二LED灯的可见光信号转换成电信号；所述第一滤波器用于将来自所述第一光电探测器的电信号进行滤波后发送给所述第一调制解调器；

所述第二可见光收发器包括第二LED驱动器、第二滤波器、第二光电探测器以及第二LED灯，所述第二光电探测器用于将来自所述第一LED灯的可见光信号转换成电信号；所述第二滤波器用于将来自所述第二光电探测器的电信号进行滤波后发送给所述第二调制解调器；所述第二LED驱动器用于将所述第二调制解调器调制后的电信号调制到第二LED灯所发出的可见光上发送出去；所述第二LED灯用于发出可见光，在用于通信的同时兼顾照明的功能；

所述第二调制解调器用于将接收到的滤波后的电信号进行解调后通过第二MII接口发送给第二以太网PHY接口，封装成以太网物理层帧后送给发送给上网设备（例如电脑、IP电话等），具体实施例如，首先对滤波后信号进行OOK解调，并对其输出的信号进行特殊起始位的检测，当检测到起始位后建立码字同步，并开始4B5B解码进而将恢复出的数据送给第二MII接口；以及用于将来自所述上网设备的以太网数据帧调制为适合在可见光上传输的信号格式送给第二LED驱动器，例如进行4B5B编码，对编码后的数据添加起始位用于指示4B5B码字的起始，组后经过OOK调制后送给第二LED驱动器，如图2b所示。

本实施例中，所述装置还包括第一以太网PHY接口和第二以太网PHY接口，所述第以太网PHY接口用于接收来自互联网的数据帧，所述第二以太网PHY接口用于接收来自上网设备的数据帧。

本实施例中，所述装置还包括第一物理层管理接口MDIO控制模块、第二MDIO控制模块、第一MII接口和第二MII接口，第一MDIO控制模块用于控制所述第一以太网PHY接口工作在MII模式，所述第二MDIO控制模块用于控制所述第二以太网PHY接口工作在MII模式，所述第一MII接口连接于所述第一以太网PHY接口与第一调制解调器之间，所述第二MII接口连接于所述第二以太网PHY接口与第二调制解调器之间。

本实施例中，所述第一调制解调器与第一LED驱动器之间、第二调制解调器与第二滤波器之间分别通过通用输入输出接口GPIO连接。

本实施例中，所述第一LED灯为蓝光LED芯片驱动的白光LED灯，第二LED灯为绿光LED芯片驱动的白光LED灯，且所述第一LED灯与第二光电探测器之间设置有蓝光滤光片，以滤除其它频带的光谱，所述第二LED灯与第一光电探测器之间设置有绿光滤光片，以滤除其它频带的光谱。本发明中，在下行链路设置蓝光滤光片，在上行链路设置绿光滤光片可以保证上下行链路互不干扰。

本实施例中，所述第一滤波器与第二滤波器均为数字滤波器，以降低背景噪声的干扰，例如使用滑动平均数字滤波器，可以有效削减信号中的噪声毛刺，降低信号误判的概率。

上述实施例中，第一MII接口、第一调制解调器、第一MDIO控制模块、第一以太网PHY接口可以做在一块FPGA开发板上，例如Altera的DE2开发板；第二MII接口、第二调制解调器、第二MDIO控制模块、第二以太网PHY接口可以做在另一块FPGA开发板上，例如Altera的DE2开发板。

本发明还提供了一种利用所述的装置进行宽带接入的方法，当传输下行链路数据时执行步骤S1~S5：

S1、所述第一调制解调器将来自互联网的数据帧调制为适合在可见光上传输的信号格式；

S2、所述第一LED驱动器将所述第一调制解调器调制后的电信号调制到第一LED灯所发出的可见光上发送出去；

S3、所述第二光电探测器将来自所述第一LED灯的光信号转换成电信号；

S4、所述第二滤波器将来自所述第二光电探测器的电信号进行滤波后发送给所述第二调制解调器；

S5、所述第二调制解调器将接收到的滤波后的电信号进行解调后发送给上网设备；

且当传输上行链路数据时执行步骤S1’~S5’：

S1’、所述第二调制解调器将来自所述上网设备的数据帧调制为适合在可见光上传输的信号格式；

S2’、所述第二LED驱动器将所述第二调制解调器调制后的电信号调制到第二LED灯所发出的可见光上发送出去；

S3’、所述第一光电探测器将来自于所述第二LED灯的光信号转换成电信号；

S4’、所述第一滤波器用于将来自所述第一光电探测器的电信号进行滤波后发送给所述第一调制解调器；

S5’、所述第一调制解调器将接收到的滤波后的电信号进行解调后发送到互联网。

由以上实施例可以看出，本发明通过将以太网宽带信号调制到无线光载波上，在利用LED进行照明的同时完成数据业务的传输，使上网设备可以通过可见光通信接入到互联网。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于可见光通信的宽带接入装置，其特征在于，包括：第一调制解调器、第一可见光收发器、第二可见光收发器以及第二调制解调器；其中，

所述第一调制解调器用于将来自网络的数据帧调制为适合在可见光上传输的信号格式；以及用于将接收到的滤波后的信号进行解调后发送到网络；

所述第一可见光收发器包括第一LED驱动器、第一滤波器、第一光电探测器以及第一LED灯，所述第一LED驱动器用于将所述第一调制解调器调制后的电信号调制到第一LED灯所发出的可见光上发送出去；所述第一LED灯用于发出可见光；所述第一光电探测器用于将来自于所述第二LED灯的光信号转换成电信号；所述第一滤波器用于将来自所述第一光电探测器的电信号进行滤波后发送给所述第一调制解调器；

所述第二可见光收发器包括第二LED驱动器、第二滤波器、第二光电探测器以及第二LED灯，所述第二光电探测器用于将来自所述第一LED灯的光信号转换成电信号；所述第二滤波器用于将来自所述第二光电探测器的电信号进行滤波后发送给所述第二调制解调器；所述第二LED驱动器用于将所述第二调制解调器调制后的电信号调制到第二LED灯所发出的可见光上发送出去；所述第二LED灯用于发出可见光；

所述第二调制解调器用于将接收到的滤波后的电信号进行解调后发送给上网设备，以及用于将来自所述上网设备的数据帧调制为适合在可见光上传输的信号格式。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第一PHY接口和第二PHY接口，所述第一PHY接口用于接收来自网络的数据帧，所述第二PHY接口用于接收来自上网设备的数据帧。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第一物理层管理接口MDIO控制模块、第二MDIO控制模块、第一MII接口和第二MII接口，第一MDIO控制模块用于控制所述第一PHY接口工作在MII模式，所述第二MDIO控制模块用于控制所述第二PHY接口工作在MII模式，所述第一MII接口连接于所述第一PHY接口与第一调制解调器之间，所述第二MII接口连接于所述第二PHY接口与第二调制解调器之间。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一调制解调器与第一LED驱动器之间、第二调制解调器与第二滤波器之间分别通过通用输入输出接口GPIO连接。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一LED灯为蓝光LED芯片驱动的白光LED灯，第二LED灯为绿光LED芯片驱动的白光LED灯，且所述第一LED灯与第二光电探测器之间设置有蓝光滤光片，所述第二LED灯与第一光电探测器之间设置有绿光滤光片。

6.如权利要求1~5中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一滤波器与第二滤波器均为数字滤波器。

7.一种利用权利要求1~6中任一项所述的装置进行宽带接入的方法，其特征在于，当传输下行链路数据时执行步骤S1~S5：

S1、所述第一调制解调器将来自网络的数据帧调制为适合在可见光上传输的信号格式；

S2、所述第一LED驱动器将所述第一调制解调器调制后的电信号调制到第一LED灯所发出的可见光上发送出去；

S3、所述第二光电探测器将来自所述第一LED灯的光信号转换成电信号；

S4、所述第二滤波器将来自所述第二光电探测器的电信号进行滤波后发送给所述第二调制解调器；

S5、所述第二调制解调器将接收到的滤波后的电信号进行解调后发送给上网设备；

且当传输上行链路数据时执行步骤S1’~S5’：

S1’、所述第二调制解调器将来自所述上网设备的数据帧调制为适合在可见光上传输的信号格式；

S2’、所述第二LED驱动器将所述第二调制解调器调制后的电信号调制到第二LED灯所发出的可见光上发送出去；

S3’、所述第一光电探测器将来自于所述第二LED灯的光信号转换成电信号；

S4’、所述第一滤波器用于将来自所述第一光电探测器的电信号进行滤波后发送给所述第一调制解调器；

S5’、所述第一调制解调器将接收到的滤波后的电信号进行解调后发送到网络。

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