CN103888184B - 可见光通信系统误码率与光功率关系测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种可见光通信系统误码率与光功率关系的测量装置及测量方法，该测量装置包括：一误码率测试仪；一调制电路与误码率测试仪连接；一白光发光二极管与调制电路的输出端连接；一前凸透镜位于白光发光二极管的光路上；一滤光片、一光衰减片和一后凸透镜，其分别位于前凸透镜的光路上；一第一探测器位于后凸透镜的焦距处；一第二探测器位于后凸透镜的焦距处；一光接收机电路与误码率测试仪连接；一光功率计，该光功率计与第二探测器连接。本发明的测量装置简单易操作；本发明的测量方法采用多次测量求平均值，减小了测量误差，能够精确的测量出可见光通信系统误码率和光功率的关系。

Description

可见光通信系统误码率与光功率关系测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，特别涉及可见光通信系统性能评估测试技术，具体涉及一种可见光通信系统误码率与光功率关系测量装置及测量方法。

背景技术

白光LED(发光二极管)具有低功耗，寿命长，绿色环保等优点，正在代替传统白炽灯成为下一代照明光源。白光LED还具有调制性能好的特点，可以用来作为数据传输的通信光源，实现光学无线信息的传输，即可见光通信技术。白光LED的普及为可见光通信技术发展提供了条件和机遇。目前，可见光通信技术正在成为国内外研究的热点。

国内外一些研究人员搭建了高速的可见光通信系统。文献1：HongleiLi，XiongbinChen，BeijuHuang，DanyingTang，andHongdaChen，“HighBandwidthVisibleLightCommunicationsBasedonaPost-EqualizationCircuit”(PhotonicsTechnologyLetters，IEEE，vol.26，no.2，pp.119-122，Jan.15，2014)中采用NRZ-OOK调制方式，实现了数据传输速率为340Mbit／s的可见光通信系统。文献2：A.H.Azhar，T.A.TranandD.O'brien.“AGigabit／sIndoorWirelesstransmissionUsingMIMO-OFDMVisible-LightCommunications”(PhotonicsTechnologyLetters，IEEE，vol.25，No.2，January15，2013)中采用MIMO-OFDM调制技术，实现了数据传输速率为1.1Gbit／s的可见光通信系统。

目前，国内外对可见光通信系统性能评估测试技术没有统一的标准。对高速率可见光通信系统性能评估测试，尤其是电学性能和光学性能相结合的性能指标测试是一个难点。对于可见光通信系统误码率与光功率关系的测量装置和测量方法，目前还没有完善的技术方案。

发明内容

本发明的主要目的是要提供一种测量可见光通信系统误码率与光功率关系的测量装置及测量方法。由于可见光通信系统光可视，提出的该测量装置简单易操作；该测量方法采用多次测量求平均值，减小了测量误差，能够精确的测量出可见光通信系统误码率和光功率的关系。

为达到上述目的，本发明提供一种可见光通信系统误码率与光功率关系的测量装置，包括：

一误码率测试仪；

一调制电路，该调制电路的输入端与误码率测试仪的输出端通过同轴线连接，该误码率测试仪输出的电信号经过同轴线被送入到调制电路的输入端；

一白光发光二极管，该白光发光二极管为荧光粉白光发光二极管，该白光发光二极管与调制电路的输出端连接；

一前凸透镜，该前凸透镜位于白光发光二极管的光路上，能把发光二极管发出的光汇聚，使白光发光二极管发出光线按照一定方向和角度进行传输；

一滤光片、一光衰减片和一后凸透镜，其分别依序位于前凸透镜的光路上，该滤光片滤除响应速度较慢的荧光粉发出的光谱成分得到响应速度较快的光谱成分，通过调节光衰减片的刻度可以改变通过的光信号的信噪比；

一第一探测器，该第一探测器在后凸透镜的焦距处，接收白光发光二极管输出的光信号，把光信号转化成电流信号；

一第二探测器，该第二探测器在后凸透镜的焦距处，接收白光发光二极管输出的光信号，把光信号转化成电流信号；

一光接收机电路，该光接收机电路把第一探测器输出的电流信号转化成电压信号，该光接收机电路的输出端与误码率测试仪的输入端连接；

一光功率计，该光功率计与第二探测器连接。

本发明还提供一种可见光通信系统误码率与光功率关系的测量方法，该方法是使用所述的测量装置，包括如下步骤：

步骤1：首先通过误码率测试仪，设置可见光通信系统的数据传输速率；

步骤2：调节光衰减片的刻度，改变第一、第二探测器端的光信号信噪比，通过误码率测试仪读取光接收机电路在不同刻度下时的误码率；

步骤3：调节光衰减片的刻度，改变第一、第二探测器端的光信号信噪比，通过光功率计读取第一、第二探测器端在不同刻度下的光功率值；

步骤4：重复步骤2和步骤3，多次测量不同刻度下的误码率和光功率值，得到多次测量下的误码率和光功率的平均值；

步骤5：对得到相同刻度下的误码率和光功率的值，画出特定数据传输速率下的误码率和光功率的关系曲线；

步骤6：重新设置误码率测试仪的数据传输速率，重复步骤2、3、4和5，得到可见光通信系统多个数据传输速率下的误码率和光功率关系，画出相应的数据传输速率下的误码率和光功率的关系曲线。

本发明的有益成果是，提供了一种可见光通信系统误码率与光功率关系的测量装置及测量方法。该技术方案因可见光通信系统光可视，提出的测量装置简单易操作；测量方法采用多次测量求平均值，减小了测量误差，能够精确的测量出可见光通信系统误码率与光功率之间的关系。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明提供的可见光通信系统误码率与光功率关系的测量装置示意图。

图2是本发明的测量方法流程图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种可见光通信系统误码率与光功率关系的测量装置，包括：

一误码率测试仪1，误码率测试仪主要是测量可见光通信系统的误码率，误码率测试仪的输出信号的幅度至少为0.5V，能保证信号不失真的情况下，提高白光发光二极管3的调制深度；

一调制电路2，该调制电路2的输入端与误码率测试仪1的输出端通过同轴线连接，该误码率测试仪1输出的电信号经过同轴线被送入到调制电路2的输入端；

一白光发光二极管3，该白光发光二极管3为荧光粉白光发光二极管，该白光发光二极管3与调制电路2的输出端连接；

其中调制电路2包括白光发光二极管3的电源驱动电路和信号调制电路，白光发光二极管3的驱动电流应该使白光发光二极管3工作在线性区，信号调制电路能够把误码率测试仪1输出的信号加载到白光二极管直流驱动电平上，并且调制到白光发光二极管上，使白光二极管发出的光中包含光信号；

一前凸透镜4，该前凸透镜4位于白光发光二极管3的光路上，能把发光二极管3发出的光汇聚，使白光发光二极管3发出光线按照一定方向和角度进行传输，所述前凸透镜4为双凸透镜或平凸透镜；

一滤光片5、一光衰减片6和一后凸透镜7，其分别依序位于前凸透镜4的光路上，所述滤光片5为单色光滤光片或二向色滤光片，该滤光片5的光透过率至少为50％，该滤光片5能够滤除响应速度较慢的荧光粉发出的光谱成分得到响应速度较快的光谱成分，所述光衰减片6为具有可调刻度的光衰减片，该光衰减片6还可以位于滤光片5的前面，通过调节光衰减片6的刻度可以改变通过的光信号的信噪比，所述后凸透镜7为双凸透镜或平凸透镜；

一第一探测器8，该第一探测器8在后凸透镜7的焦距处，接收白光发光二极管3输出的光信号，把光信号转化成电流信号；

一第二探测器9，该第二探测器9在后凸透镜7的焦距处，接收白光发光二极管3输出的光信号，把光信号转化成电流信号；

其中第一探测器8与第二探测器9探测面积相同，均可探测到可见光波段，在测量过程中先后应放在同一位置；

一光接收机电路10，该光接收机电路10把第一探测器8输出的电流信号转化成电压信号，该光接收机电路10的输出端与误码率测试仪1的输入端连接，光接收机电路至少包括跨阻放大器和主放大器以及滤波电路，跨阻放大器主要是把第一探测器8输出的电流信号转化成电压信号，主放大器作用是将跨阻放大器的输出电压信号进行再放大，滤波电路作用是把接收机信号的低频噪声或者高频干扰滤掉，光接收机电路10的输出信号的幅度应该在误码率测试仪1输入信号幅度所允许的范围内；

一光功率计11，该光功率计11与第二探测器9连接，光功率计11主要是用来测量第二探测器9端接收的光功率值；

请参阅图2，并结合参阅图1所示，本发明提供一种可见光通信系统误码率与光功率关系的测量方法，包括如下步骤：

步骤1：首先通过误码率测试仪1，设置可见光通信系统的数据传输速率；

步骤2：调节光衰减片6的刻度，改变第一、第二探测器8、9端的光信号信噪比，通过误码率测试仪1读取光接收机电路10在不同刻度下时的误码率；

步骤3：调节光衰减片6的刻度，改变第一、第二探测器8、9端的光信号信噪比，通过光功率计11读取第一、第二探测器8、9端在不同刻度下的光功率值；

步骤4：重复步骤2和步骤3，多次测量不同刻度下的误码率和光功率值，得到多次测量下的误码率和光功率的平均值；

步骤5：对得到相同刻度下的误码率和光功率的值，画出特定数据传输速率下的误码率和光功率的关系曲线；

步骤6：重新设置误码率测试仪1的数据传输速率，重复步骤2、3、4和5，得到可见光通信系统多个数据传输速率下的误码率和光功率关系，画出相应的数据传输速率下的误码率和光功率的关系曲线。

下面通过具体介绍在数据传输速率为100Mbit／s的情况下，测试可见光通信系统误码率与光功率关系的过程。首先设置误码率测试仪1的数据传输速率为100Mbit／s，调节光衰减片6的刻度，从第一、第二探测器8、9端光强最强所对应的刻度开始，按相等的间隔调节光衰减片6的刻度，并记录刻度值与对应的误码率。同理，记录相应的刻度值与对应的光功率值。为了减小测试的误差，更准确的得到可见光通信系统误码率与光功率关系的曲线，重复上述过程2到4次，并求得误码率和光功率的平均值。对应得到相同刻度下的误码率与光功率的值，画出在数据传输速率为100Mbit／s的可见光通信系统误码率与光功率之间的关系曲线。同理，重新设置误码率测试仪1的数据传输速率，可以得到相应多个数据传输速率下的可见光通信系统的误码率与光功率之间的关系。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益成果作了进一步详细的说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可见光通信系统误码率与光功率关系的测量装置，包括：

一误码率测试仪；

一调制电路，该调制电路的输入端与误码率测试仪的输出端通过同轴线连接，该误码率测试仪输出的电信号经过同轴线被送入到调制电路的输入端；

一白光发光二极管，该白光发光二极管为荧光粉白光发光二极管，该白光发光二极管与调制电路的输出端连接；

一前凸透镜，该前凸透镜位于白光发光二极管的光路上，能把白光发光二极管发出的光汇聚，使白光发光二极管发出的光线按照一定方向和角度进行传输；

一滤光片、一光衰减片和一后凸透镜，其分别依序位于前凸透镜的光路上，该滤光片滤除响应速度较慢的荧光粉发出的光谱成分得到响应速度较快的光谱成分，通过调节光衰减片的刻度可以改变通过的光信号的信噪比；

一第一探测器，该第一探测器在后凸透镜的焦距处，接收白光发光二极管输出的光信号，把光信号转化成电流信号；

一第二探测器，该第二探测器在后凸透镜的焦距处，接收白光发光二极管输出的光信号，把光信号转化成电流信号；

一光接收机电路，该光接收机电路把第一探测器输出的电流信号转化成电压信号，该光接收机电路的输出端与误码率测试仪的输入端连接；

一光功率计，该光功率计与第二探测器连接。

2.根据权利要求1所述的可见光通信系统误码率与光功率关系的测量装置，其中调制电路包括白光发光二极管的电源驱动电路和信号调制电路。

3.根据权利要求1所述的可见光通信系统误码率与光功率关系的测量装置，其中前凸透镜和后凸透镜为双凸透镜或平凸透镜。

4.根据权利要求1所述的可见光通信系统误码率与光功率关系的测量装置，其中滤光片为单色光滤光片或二向色滤光片。

5.根据权利要求1所述的可见光通信系统误码率与光功率关系的测量装置，其中光衰减片为具有可调刻度的光衰减片，该光衰减片位于滤光片的前面。

6.根据权利要求1所述的可见光通信系统误码率与光功率关系的测量装置，其中第一探测器与第二探测器探测面积相同，均可探测到可见光波段，在测量过程中先后应放在同一位置。

7.一种可见光通信系统误码率与光功率关系的测量方法，该方法是使用权利要求1所述的测量装置，包括如下步骤：

步骤1：首先通过误码率测试仪，设置可见光通信系统的数据传输速率；

步骤2：调节光衰减片的刻度，改变第一、第二探测器端的光信号信噪比，通过误码率测试仪读取光接收机电路在不同刻度下的误码率；

步骤3：调节光衰减片的刻度，改变第一、第二探测器端的光信号信噪比，通过光功率计读取第二探测器端在不同刻度下的光功率值；

步骤4：重复步骤2和步骤3，多次测量不同刻度下的误码率和光功率值，得到多次测量下的误码率和光功率的平均值；

步骤5：对得到相同刻度下的误码率和光功率的值，画出多次测量不同刻度下的特定数据传输速率的误码率和光功率的关系曲线；

步骤6：重新设置误码率测试仪的数据传输速率，重复步骤2、3、4和5，得到可见光通信系统多个数据传输速率下的误码率和光功率关系，画出相应的数据传输速率下的误码率和光功率的关系曲线。