CN103840880B - 一种基于非视距链路的可见光通信组网系统与方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于非视距链路的可见光通信组网结构，包括若干LED照明灯，每个LED照明灯上布置有光电检测器、放大器、信息处理模块以及驱动模块，其中：光电检测器接收来自其它LED照明灯所发光线经地面或者墙面反射后的光，并将其转换为电信号；放大器将电信号进行放大；信息处理模块将放大的电信号中携带的信息进行解调与调制；驱动模块将调制的信息加载于LED照明灯上并驱动发光，本发明利用LED照明灯发出的光线作为信息输出通道，光电检测器接收其他LED照明灯发出的经地面或者墙面反射后的光线，作为信息输入通道，一个LED灯具成为一个数据节点，多个LED灯具便可利用非视距的可见光信道进行组网。

Description

一种基于非视距链路的可见光通信组网系统与方法
技术领域
本发明属于可见光通信技术领域，特别涉及一种基于非视距链路的可见光通信组网系统与方法。
背景技术
由于照明光源无处不在的特点，可用于通信的照明光源可以安装在任何地方，形成泛在覆盖。基于LED的可见光通信有着节能和环保的优点。与传统白炽灯相比，LED照明灯不仅能量效率高，而且寿命极长，其推广将大幅减少二氧化碳排放量和环境污染物的产生。作为公认的第四代照明光源，LED照明光源的推广意味着基于LED的泛在可见光通信也将逐步进入公众的视野。
照明LED灯的设置首先要保证正常的照明需求，这就要求LED灯所发出光的均匀性以及覆盖范围有一定的要求，以满足室内或其他场所的最低照明标准。目前可见光通信采用的是基于强度调制/直接检测的方法，在发射端把待传输的电信号调制到白光LED灯上，通过控制LED灯的注入电流来控制LED灯输出光信号的强度变化，在接收端通过光电检测器完成光信号到电信号的转换进而实现信息的传递。
可见光通信中的链路分为两种，视距链路以及非视距链路。视距链路中，接收机接收的光线包括从LED灯发出后未经反射的光，非视距链路中则不存在这样的光线，接收端收到的是LED灯发出的光经地面、墙壁等其他反射面发射后的光线。在室内可见光通信中，信号的功率大多集中在视距链路上，所以能提供更高的信号能量，视距链路是目前可见光通信主要采用的通信链路。但是基于照明的视距链路能提供自上而下的通信链路，却无法实现自上而下的视距链路，这也是目前可见光通信存在的一个问题，如何实现通信的上行链路。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于非视距链路的可见光通信组网系统与方法，利用LED光在地面或者墙面的一次反射路径实现不同LED灯之间的通信，使得每个LED灯之间能够实现信息共享，扩大通信的覆盖区域。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于非视距链路的可见光通信组网系统，包括若干LED照明灯，每个LED照明灯上布置有光电检测器、放大器、信息处理模块以及驱动模块，其中：
所述光电检测器接收来自其它LED照明灯所发光线经地面或者墙面反射后的光，并将其转换为电信号；
所述放大器将所述电信号进行放大；
所述信息处理模块将放大的电信号中携带的信息进行解调，解调后的信息在处理后，将要发送的信息进行调制，以利于信息以光通信的方式传播出去；
所述驱动模块将调制的信息加载于LED照明灯上并驱动其发光。
所述LED照明灯上还布置有光学聚光器，以获取有效的反射链路光信号，然后送往光电检测器。
所述光学聚光器为透镜或者对准仪。
所述信息处理模块使用OOK或PPM调制方式进行调制。
所述信息处理模块使用QPSK或OFDM调制方式进行调制，在信息处理模块的前端设置模数转换模块，将放大的电信号转换为数字形式，在信息处理模块的后端设置数模转换模块，将调制后的信号转换为模拟形式。
所述解调后的信息处理包括储存以及判断操作。
本发明同时提供了一种基于非视距链路的可见光通信组网方法，在LED照明灯上布置光电检测器，利用LED照明灯发出的光线作为信息输出通道，光电检测器接收其他LED照明灯发出的经地面或者墙面反射后的光线，作为信息输入通道。
采取强度调制/直接检测的方式完成信息的调制和解调，将信息加载于光线上，通过光强的变化承载信息。
通过调节LED照明灯上面安置的光电检测器的接收角使其只能接收到其他LED照明灯的反射光线，而接收不到直射光线。
与现有技术相比，本发明基于室内走廊、矿井等场所为了达到照明的需求，会在天花板上布设较多的LED照明灯的实际环境，把每个LED灯具看成一个数据节点，通过不同LED之间的通信方式进行组网，从而形成可见光通信自组网。
附图说明
图1是本发明LED照明灯上的电路功能模块结构框图。
图2是本发明的组网通信流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，
本发明的应用场景为正常的室内照明情景，如室内走廊、矿井、博物馆等场所，此类场景下为了满足照明需求，LED照明灯的光线是向下照射，所以一定距离的两个灯之间不会收到彼此发出的直射光线。此外，还可以通过调节LED照明灯上面安置的光电检测器的接收角使其只能接收到其他LED照明灯反射径。
为适应以上场景下的可见光通信，本发明首先提出一种相应的结构，包括若干LED照明灯，如图1所示，每个LED照明灯上布置有光电检测器、放大器、信息处理模块以及驱动模块，其中：光电检测器接收来自其它LED照明灯所发光线经地面或者墙面反射后的光，并将其转换为电信号；放大器将所述电信号进行放大；信息处理模块将放大的电信号中携带的信息进行解调，解调后的信息在处理(储存、判断等操作)后，将要发送的信息进行调制，以利于信息以光通信的方式传播出去；驱动模块将调制的信息加载于LED照明灯上并驱动其发光。由于反射链路的信号功率较小，可以在LED照明灯上布置光学聚光器如透镜、对准仪等，以获取有效的反射链路光信号，然后送往光电检测器。其中当信号采用OOK、PPM等调制技术的时候无需使用模数转换器和数模转换器，当信号采用QPSK、OFDM等复杂的数字调制技术时，在信息处理模块的前端设置模数转换模块，将放大的电信号转换为数字形式，在信息处理模块的后端设置数模转换模块，将调制后的信号转换为模拟形式。
根据以上结构，本发明是一种不同LED灯之间利用光线经地面或墙面的反射链路进行通信进而实现组网的方案，实现的流程图如图2所示，利用LED照明灯发出的光线作为信息输出通道，光电检测器接收其他LED照明灯发出的经地面或者墙面反射后的光线，作为信息输入通道。采取强度调制/直接检测的方式完成信息的调制和解调，将信息加载于光线上，通过光强的变化承载信息。
灯LED1所发出的光经地面或墙面的反射，然后到达LED2，经过接收解调进行信息处理，然后可将信息调制加载至LED2所发出的光线上，LED1和LED3皆可收到反射链路的信号。信息可通过接力的方式向各个LED灯结点传输。
过程中为避免直射光影响，可通过调节LED照明灯上面安置的光电检测器的接收角使其只能接收到其他LED照明灯的反射光线，而接收不到直射光线。
在传统方式下，使用直射光进行可见光通信组网，需要LED发出的光线能够直接到达其他LED照明灯上的光电检测器，此种情况下一个灯只能与另外一个灯进行通信，此时LED照明灯的放置只是为了组网，并不能够兼顾室内的照明用途。而本发明则在不影响室内场景照明的情况下，利用照明光线的反射路径实现多个LED照明灯之间的通信，进而实现组网，使得多个LED灯之间实现信息共享，并扩大了通信的覆盖区域。

Claims (8)

1.一种基于非视距链路的可见光通信组网系统，其特征在于，包括若干LED照明灯，每个LED照明灯上布置有光电检测器、放大器、信息处理模块以及驱动模块，其中：
所述光电检测器接收来自其它LED照明灯所发光线经地面或者墙面反射后的光，并将其转换为电信号；其中：通过调节LED照明灯上面安置的光电检测器的接收角使其只能接收到其他LED照明灯的反射光线，而接收不到直射光线；
所述放大器将所述电信号进行放大；
所述信息处理模块将放大的电信号中携带的信息进行解调，解调后的信息在处理后，将要发送的信息进行调制，以利于信息以光通信的方式传播出去；
所述驱动模块将调制的信息加载于LED照明灯上并驱动其发光。
2.根据权利要求1所述的基于非视距链路的可见光通信组网系统，其特征在于，所述LED照明灯上还布置有光学聚光器，以获取有效的反射链路光信号，然后送往光电检测器。
3.根据权利要求2所述的基于非视距链路的可见光通信组网系统，其特征在于，所述光学聚光器为透镜或者对准仪。
4.根据权利要求1所述的基于非视距链路的可见光通信组网系统，其特征在于，所述信息处理模块使用OOK或PPM调制方式进行调制。
5.根据权利要求1所述的基于非视距链路的可见光通信组网系统，其特征在于，所述信息处理模块使用QPSK或OFDM调制方式进行调制，在信息处理模块的前端设置模数转换模块，将放大的电信号转换为数字形式，在信息处理模块的后端设置数模转换模块，将调制后的信号转换为模拟形式。
6.根据权利要求1所述的基于非视距链路的可见光通信组网系统，其特征在于，所述解调后的信息处理包括储存以及判断操作。
7.一种基于非视距链路的可见光通信组网方法，其特征在于：在LED照明灯上布置光电检测器，利用LED照明灯发出的光线作为信息输出通道，光电检测器接收其他LED照明灯发出的经地面或者墙面反射后的光线，作为信息输入通道，其中：通过调节LED照明灯上面安置的光电检测器的接收角使其只能接收到其他LED照明灯的反射光线，而接收不到直射光线。
8.根据权利要求7所述的基于非视距链路的可见光通信组网方法，其特征在于，采取强度调制/直接检测的方式完成信息的调制和解调，将信息加载于光线上，通过光强的变化承载信息。
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