CN104038284A - 一种可见光通信的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可见光通信技术，公开了一种可见光通信的系统及方法。本发明中，可见光通信的系统包含：发送端和接收端，发送端包含输入模块、调制器与LED灯；输入模块用于接收待发送的信息；调制器将待发送的信息调制到LED灯发出的可见光中；接收端包含光电检测器、解调器与输出模块；光电检测器用于将可见光转换为电信号并输出至解调器进行解调；输出模块用于输出解调器解调出的信息。其中，解调器采用的解调方式与调制器采用的调制方式相对应。与现有技术相比，可以在通信网络信号比较弱、不适用于通信时，不依赖通信网络，利用LED灯实现远程通信，且可以节约通信的成本。

Description

一种可见光通信的系统及方法

技术领域

本发明涉及可见光通信技术，特别涉及一种可见光通信的系统及方法。

背景技术

目前，实现通信必然还是要依赖于通信网络，若是在深山中旅行时，无线通信网络信号比较弱，或者没有通信网络信号，相距较远的驴友(比如，落单或迷路的驴友与团队)之间无法通过通信网络取得联系。通过通信网络进行信息的传递，为人们的生活带来了方便，但是，其应用还存在局限性。

而且，利用通信网络进行通信需要向通信网络的运营商缴纳费用。特别是，近距离范围内利用通信网络进行通信，增加了通信的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可见光通信的系统及方法，使得可以在通信网络信号比较弱、不适用于通信时，不依赖通信网络，利用LED灯进行信息传递，且节约通信的成本。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种可见光通信的系统，包含发送端和接收端，

所述发送端包含输入模块、调制器与LED灯；

所述输入模块用于接收待发送的信息；

所述调制器将所述待发送的信息调制到所述LED灯发出的可见光中；

所述接收端包含光电检测器、解调器与输出模块；

所述光电检测器用于将所述可见光转换为电信号并输出至所述解调器进行解调；

所述输出模块用于输出所述解调器解调出的信息。

其中，所述解调器采用的解调方式与所述调制器采用的调制方式相对应。

本发明的实施方式还提供了一种可见光通信的方法，包含以下步骤：

由发送端将接收的待发送的信息调制到LED灯发出的可见光中；

由接收端将接收的可见光转换为电信号，并输出从所述电信号解调出的信息；

其中，调制方式与解调方式相对应。

本发明实施方式相对于现有技术而言，是利用可见光通信的系统中的接收端将待发送的信息调制到LED灯发出的可见光中，通过可见光携带信息，并利用接收端输出从接收的可见光中解调出来的信息，这样，可以在通信网络信号比较弱、不适用于通信时，不依赖通信网络，利用LED灯实现远程通信，节约通信的成本。

另外，所述输入模块为话筒，用于接收音频信号，并输出至所述调制器；所述输出模块为扬声器，用于播放所述解调器输出的音频信号。这样，可以不依赖通信网络实现语音传输、远程对话，节约通信成本，提高了用户体验。

另外，所述输入模块包含第一蓝牙芯片与第一终端；所述第一终端将所述待发送的信息通过所述第一蓝牙芯片发送至所述调制器；所述输出模块包含第二蓝牙芯片与第二终端；所述第二终端输出通过所述第二蓝牙芯片接收的、所述解调器输出的信息。这样，可以利用终端不依赖通信网络传递待发送的信息，节约通信成本。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的可见光通信的系统的结构示意图；

图2是根据本发明第一实施方式中的包含话筒与扬声器的可见光通信的系统的结构示意图；

图3是根据本发明第一实施方式中的带LED灯的便携设备的结构示意图；

图4是根据本发明第二实施方式的可见光通信的系统的结构示意图；

图5是根据本发明第二实施方式中的包含频分复用器与解复用器的可见光通信的系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种可见光通信的系统，具体如图1所示，包含：发送端与接收端。

具体地说，发送端包含输入模块、调制器与LED灯101。输入模块用于接收待发送的信息。在本实施方式中，输入模块为话筒，用于接收音频信号，并输出至调制器，具体如图2所示。当用户需要传输语音时，便可以对着话筒讲话，话筒将接收的语音(即音频信号)发送至调制器。

调制器将待发送的信息调制到LED灯101发出的可见光中。在本实施方式中，调制器将接收到的音频信号进行调制后，由LED灯101发出的可见光携带并发送出去。

调制器可以采用模拟调制方式，也可以采用数字调制方式。具体地说，模拟调制方式，可以为频率调制(FM，Frequency Modulation)方式，数字调制方式可以为SPDIF(索尼飞利浦数字接口格式)调制方式。

值得一提的是，调制器还可以采用抗多径和频谱利用率高的调制方式，比如，正交频分复用(OFDM)、单载波频域均衡(SC-FDE)或者无载波幅度相位调制(CAP)。通过采用抗多径和频谱利用率高的调制方式，可以减弱光强衰落的影响，提高可见光通信的系统的可靠性。

接收端包含光电检测器102、解调器与输出模块；光电检测器102用于将接收的可见光转换为电信号并输出至解调器进行解调；其中，解调器采用的解调方式与调制器采用的调制方式相对应。输出模块用于输出解调器解调出的信息。

具体地说，光电检测器102将接收的、LED灯101发出的、携带信息的可见光转换成电信号，并输出至解调器，其中，电信号包含可见光中携带的信息。在使用时，用户可以将光电检测器对准或者近似对准发送过来的携带信息的可见光，以便于光电检测器接收。

解调器将光电检测器检测到的可见光中携带的信息进行解调，具体地说，是将接收的电信号中包含的信息进行解调。其中，解调器采用的解调方式与调制器采用的调制方式相对应。比如说，如果调制器所采用的调制方式为频率调制(FM)，则解调器采用与FM对应的解调方式，采用FM调制方式，简单易实现，且灵敏度高。再如，如果调制器所采用的调制方式为正交频分复用(OFDM)，则解调器采用与OFDM对应的解调方式。

在本实施方式中，输出模块为扬声器，用于播放解调器输出的音频信号，如图2所示。具体地说，当解调器输出的信号中包含音频信号时，扬声器便播放该音频信号。这样，用户通过扬声器可以听到接收到的音频信号，而且不依赖通信网络，节约了通信成本。

在本实施方式中，可见光通信的系统设置于带LED灯的便携设备上，具体如图3所示。而便携设备可以为手电筒、手机、探照灯、照相机、游戏机、导游机、游戏机与矿灯，或者其他带有LED灯的便携设备。带有可见光通信的系统的便携设备可以通过LED灯101发出待发送的信息，也可以通过光电检测器102接收LED灯发出的可见光并输出其携带的信息，不用区分发送端与接收端，进行双工通信，且使带有可见光通信的系统的便携设备比较易于批量生产。这样，LED灯不仅可以用来照明，还可以用来传递信息，实现通信功能。

另外，可见光通信的系统也可以设置于带LED灯的固定设备上，但是应用场景与上述便携设备不同。具体地说，带LED灯的固定设备可以为以下任意一种：车灯、导航灯、电视、LED广告屏、照明灯、聚光灯与路灯。在实际应用中，可根据情况选择相应的带有LED灯的设备进行通信。

此外，值得一提的是，光电检测器的是将接收到的光信号转化为电信号，无线光通信用的光电检测器一般选择PIN(Positive-intrinsic-negative)光电二极管或者APD(avalanche photodiode雪崩二极管)。由于在可见光应用环境中，环境杂散光是主要的噪声源，APD的雪崩增益特性使得环境杂散光生成的噪声信号也获得增益，这种噪声很可能淹没有用信号。而PIN光电二极管，虽然没有内部电流增益，在较大的输入光功率范围内有很好的光电转换线性度，并且设计电路相对简单，因此通常选择PIN作为光电检测器。

硅PIN光电二极管是一种比较常用并且价格低廉的光电二极管，具有很宽的光谱响应范围，能够响应波长190nm到1100nm范围的光。选择硅PIN光电二极管具有很强的灵活性，可以根据需要制备可见光光谱范围的探测器件。在特定的滤光元件的帮助下，可以获得想要的响应波段。PIN管有不同光敏面积，大光敏面PIN管，能够接收足够大的辐射光功率，实现高的光增益，但大的光敏面会导致大的结电容，减少了系统带宽。小的光敏面积PIN管，能够尽可能避免结电容带来的问题，但会导致大的光功率损失。因此，为了满足高速通信的要求，考虑将多个具有一定光敏面的PIN管以一定的间隔排列成成紧凑的阵列形状，以实现结电容与接收光敏面积的之间的平衡。将光电检测元件制作成阵列形式同时为光信号的分集接收技术提供了发展潜力，例如，MIMO(多输入多输出)技术在可见光通信中的应用。

与现有技术相比，是利用接收端将待发送的信息调制到LED灯发出的可见光中，通过可见光携带信息，并利用接收端输出从接收的可见光中解调出来的信息，这样，可以在通信网络信号比较弱，不适用于通信时，不依赖通信网络，利用LED灯实现远程通信，节约通信的成本。

本发明的第二实施方式涉及一种可见光通信的系统，具体如图4所示。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，输入模块为话筒，输出模块为扬声器，可以不依赖通信网络传输语音。而在本发明第二实施方式中，输入模块包含第一蓝牙芯片与第一终端，输出模块包含第二蓝牙芯片与第二终端，这样，可以利用终端不依赖通信网络传输待发送的信息。

具体地说，在本实施方式中，发送端包含输入模块、调制器与LED灯，其中，输入模块包含第一蓝牙芯片、第一终端；接收端包含光电检测器、解调器与输出模块，其中，输出模块包含第二蓝牙芯片与第二终端。本实施方式中的调制器与LED灯与第一实施方式中的相同，在此不再赘述。

在本实施方式中，第一终端将待发送的信息通过第一蓝牙芯片发送至调制器。其中，待发送的信息可以为以下任意一种或者任意组合：文字、图片、照片、动画、影片等。第二终端输出通过第二蓝牙芯片接收的、解调器输出的信息。其中，第一终端与第二终端均为移动终端，具体地说，可以为手机，也可以为平板电脑。

比如说，用户1可以通过带有蓝牙芯片的手机，将待发送的信息发送至调制器。用户2可以通过带有蓝牙芯片的手机接收解调器解调出来的信息，并输出。这样，可以利用移动终端不依赖通信网络，实现信息的传递，节约通信成本。

需要说明的是，在本实施方式中，待发送的信息为影片时，采用的可见光通信的系统如图5所示，还包含频分复用器和解复用器，其中，影片包含音频信息与视频信息。在发送端，频分复用器对影片中的音、视频信息进行频分复用后输出至调制器，调制器对频分复用后的音、视频信息进行PPM(Pulse Position Modulation)调制，并以45MHz左右带宽的信号调制到LED灯发出的可见光中。在接收端，解调器采用与调制器对应的解调方式，将解调出来的信息输出至解复用器，解复用器对接收的信息解复用后，输出影片的音、视频信息。

值得一提的是，第一终端与第二终端还可以均为固定终端，或者，第一终端为固定终端，第二终端为移动终端，又或者，第一终端为移动终端，第二终端为固定终端。只要不偏离本发明的核心思想与精神，对本发明做出的种种变换，均在本发明的保护范围之内。

另外，由于蓝牙芯片是现有成熟的器件，保证了本实施方式的可行性。

本发明第三实施方式涉及一种可见光通信的方法，包含以下步骤：

首先，由发送端将接收的待发送的信息调制到LED灯发出的可见光中。在本实施方式中，待发送的信息为发送端接收的音频信号。

接着，由接收端将接收的可见光转换为电信号，并输出从电信号解调出的信息。其中，发送端的调制方式与接收端的解调方式相对应。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第四实施方式涉及一种可见光通信的方法，第四实施方式与第三实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第三实施方式中，待发送的信息为音频信号，这样，可以不依赖通信网络传输语音。而在本发明第四实施方式中，待发送的信息为终端输出的信息，这样，可以利用终端不依赖通信网络传递信息。

在本实施方式中，由第一终端将待发送的信息通过第一蓝牙芯片发送至发送端；由第二终端输出通过第二蓝牙芯片接收的、从接收端输出的信息。

其中，第一终端与第二终端均为移动终端，具体地说，可以为手机，也可以为平板电脑。

当然，第一终端与第二终端还可以均为固定终端，或者，第一终端为固定终端，第二终端为移动终端，又或者，第一终端为移动终端，第二终端为固定终端。只要不偏离本发明的核心思想与精神，对本发明做出的种种变换，均在本发明的保护范围之内。

不难发现，本实施方式为与第二实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种可见光通信的系统，包含发送端和接收端，其特征在于，

所述发送端包含输入模块、调制器与LED灯；

所述输入模块用于接收待发送的信息；

所述调制器将所述待发送的信息调制到所述LED灯发出的可见光中；

所述接收端包含光电检测器、解调器与输出模块；

所述光电检测器用于将所述可见光转换为电信号并输出至所述解调器进行解调；

所述输出模块用于输出所述解调器解调出的信息。

其中，所述解调器采用的解调方式与所述调制器采用的调制方式相对应。

2.根据权利要求1所述的可见光通信的系统，其特征在于，所述输入模块为话筒，用于接收音频信号，并输出至所述调制器；

所述输出模块为扬声器，用于播放所述解调器输出的音频信号。

3.根据权利要求1所述的可见光通信的系统，其特征在于，所述输入模块包含第一蓝牙芯片与第一终端；

所述第一终端将所述待发送的信息通过所述第一蓝牙芯片发送至所述调制器；

所述输出模块包含第二蓝牙芯片与第二终端；

所述第二终端输出通过所述第二蓝牙芯片接收的、所述解调器输出的信息。

4.根据权利要求3所述的可见光通信的系统，其特征在于，所述第一终端与所述第二终端均为固定终端；

或者，所述第一终端为固定终端，所述第二终端为移动终端；

或者，所述第一终端与所述第二终端均为移动终端。

5.根据权利要求3所述的可见光通信的系统，其特征在于，所述第一终端与所述第二终端均为手机。

6.根据权利要求3所述的可见光通信的系统，其特征在于，所述待发送的信息为以下任意一种或者任意组合：文字、图片、照片、动画、影片。

7.根据权利要求1所述的可见光通信的系统，其特征在于，所述调制方式为以下任意一种：

脉冲位置调制PPM、频率调制FM、正交频分复用OFDM、单载波频域均衡SC-FDE、无载波幅度相位调制CAP。

8.根据权利要求1所述的可见光通信的系统，其特征在于，所述可见光通信的系统设置于带LED灯的便携设备或固定设备上。

9.根据权利要求8所述的可见光通信的系统，其特征在于，所述便携设备为以下任意一种：手电筒、手机、探照灯、照相机、游戏机、导游机与矿灯。

所述固定设备为以下任意一种：车灯、导航灯、电视、LED广告屏、照明灯与路灯。

10.一种可见光通信的方法，其特征在于，包含以下步骤：

由发送端将接收的待发送的信息调制到LED灯发出的可见光中；

由接收端将接收的可见光转换为电信号，并输出从所述电信号解调出的信息；

其中，调制方式与解调方式相对应。

11.根据权利要求10所述的可见光通信的方法，其特征在于，所述待发送的信息为所述发送端接收的音频信号。

12.根据权利要求10所述的可见光通信的方法，其特征在于，在所述由发送端将接收的待发送的信息调制到LED灯发出的可见光中的步骤中，

由第一终端将所述待发送的信息通过第一蓝牙芯片发送至所述发送端；

在所述由接收端将接收的可见光转换为电信号，并输出从所述电信号解调出的信息的步骤中，

由第二终端输出通过第二蓝牙芯片接收的、从所述接收端输出的信息。

13.根据权利要求12所述的可见光通信的方法，其特征在于，所述第一终端与所述第二终端均为固定终端；

或者，所述第一终端为固定终端，所述第二终端为移动终端；

或者，所述第一终端与所述第二终端均为移动终端。