CN104980217B - 一种可见光通信系统、方法及相关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可见光通信系统、方法及相关设备，在本方案中，可将发光器件发射的可见光信号转换为第一电压幅值信号，并对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，以及，根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号，从而解决了基于一个固定的比较电压来实现可见光通信时所存在的对光环境的要求高、抗干扰能力差、误码率高等的问题，大幅度提高了可见光通信系统对工作环境的亮度的适应能力以及对闪烁光噪声的抗干扰能力，降低了可见光通信的误码率，进而提高了可见光通信的通信质量。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种可见光通信系统、方法及相关设备。
背景技术
可见光通信是在LED(Light Emitting Diode，发光二极管)等的技术上发展起来的新型、短距离、无线高速通信技术，其原理为，利用LED等可以快速点亮或熄灭的特点，通过光源的高频闪烁发出高速的二进制信号，并经过相应设备的接收与转换，将该二进制信号转换为电信号来获取信息。
具体地，可见光通信的优点在于，相对于无线电通信技术来说，其方向性好，不会在广泛的空间内产生电磁辐射；同时，由于除接收端外，发送端所发送的信号在其他方向上难以被捕获，因此还具有很好的保密性。再有，由于其所需的发送器件(如LED发光器件等)以及接收器件(如光敏器件等)的成本相对无线电通信技术所用器件来说较低，因而更适合大范围的推广和应用。
但是，目前的可见光通信系统通常采用将光电转换器件的输出电压与一个固定的电压经过差分放大电路比较，形成电平信号输出，导致了输出电平的翻转条件受环境光线的影响极大。例如，当环境光线较为明亮，使得光电转换器件在可见光发光器件点亮和熄灭时转换出的电压信号均高于给定的另一路固定比较电压时，或者，当环境光线较暗，使得可见光发光器件点亮和熄灭时转换出的电压信号均低于给定的另一路固定比较电压时，都会导致差分放大电路的输出电平无法因可见光发光器件的点亮和熄灭发生翻转，导致可见光信号的接收和转换失效，从而使得可见光通信系统对整体光环境的要求较高，在不满足环境光源要求时误码率高、通信质量差、甚至无法工作。
发明内容
本发明实施例提供了一种可见光通信系统、方法及相关设备，用以解决目前存在的基于一个固定的比较电压来实现可见光通信时所存在的对光环境的要求高、抗干扰能力差、误码率高等的问题。
具体地，本发明实施例提供了一种可见光通信系统，包括发光器件、信号发射端以及信号接收端，其中：
所述信号发射端，用于将源信号数据转换为二进制码流，并根据所述二进制码流控制所述发光器件点亮或熄灭，形成可见光信号；
所述信号接收端，用于将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号，并对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，以及，根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
进一步地，本发明实施例还提供了一种可见光通信方法，包括：
接收发光器件发射的可见光信号，并将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号；
对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，并根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
相应地，本发明实施例还提供了一种信号接收设备，包括：
信号转换单元，用于接收发光器件发射的可见光信号，并将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号；
信号处理单元，用于对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，并根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供了一种可见光通信系统、方法及相关设备，在本发明实施例所述技术方案中，可将发光器件发射的可见光信号转换为第一电压幅值信号，并对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，以及，根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。即，可采用滤波处理后的、可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的电压幅值信号作为比较电压，从而使得比较电压可以随环境光线的变化而变化，即环境光线较亮时，比较电压的输出电压幅值会升高，而环境光线较暗时，比较电压的输出电压幅值会降低，因而使得，本方案所述的可见光通信系统可在宽范围的环境光线下以及低于可见光信号频率等的闪烁环境光线下均能正常工作，从而解决了基于一个固定的比较电压来实现可见光通信时所存在的对光环境的要求高、抗干扰能力差、误码率高等的问题，大幅度提高了可见光通信系统对工作环境的亮度的适应能力以及对闪烁光噪声的抗干扰能力，降低了可见光通信的误码率，进而提高了可见光通信的通信质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本案中可见光通信系统的一种可能的结构示意图；
图2(a)所示为本案中采用两路光电转换器件的光信号接收电路的一种可能的结构示意图；
图2(b)所示为本案中采用两路光电转换器件的光信号接收电路的一种可能的连接关系示意图；
图3(a)所示为本案中采用两路光电转换器件的光信号接收电路的另一种可能的结构示意图；
图3(b)所示为本案中采用两路光电转换器件的光信号接收电路的另一种可能的连接关系示意图；
图4(a)所示为本案中采用一路光电转换器件的光信号接收电路的一种可能的结构示意图；
图4(b)所示为本案中采用一路光电转换器件的光信号接收电路的第二种可能的结构示意图；
图4(c)所示为本案中采用一路光电转换器件的光信号接收电路的第三种可能的结构示意图；
图4(d)所示为本案中采用一路光电转换器件的光信号接收电路的第四种可能的结构示意图；
图4(e)所示为本案中采用一路光电转换器件的光信号接收电路的第五种可能的结构示意图；
图4(f)所示为本案中采用一路光电转换器件的光信号接收电路的第六种可能的结构示意图；
图4(g)所示为本案中采用一路光电转换器件的光信号接收电路的第七种可能的结构示意图；
图4(h)所示为本案中采用一路光电转换器件的光信号接收电路的第八种可能的结构示意图；
图5所示为本案中采用一路光电转换器件的光信号接收电路的一种可能的连接关系示意图；
图6所示为本案中可见光通信方法的流程示意图；
图7所示为本案中信号接收设备的一种可能的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本发明实施例一提供了一种可见光通信系统，如图1所示，其为本发明实施例一中所述可见光通信系统的结构示意图，所述可见光通信系统可包括发光器件11、信号发射端12以及信号接收端13，其中：
所述信号发射端12，可用于将源信号数据转换为二进制码流，并根据所述二进制码流控制所述发光器件11点亮或熄灭，形成可见光信号；
所述信号接收端13，可用于将所述发光器件11发射的所述可见光信号转换为第一电压幅值信号，并对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，以及，根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
由上述内容可知，在本发明所述实施例中，可不再基于一个固定的比较电压来实现相应通信，而是可根据经过相应的滤波处理所得到的第二电压幅值信号与原电压幅值信号之间的电压差值，将可见光信号转换为电平信号。即，可采用滤波处理后的、可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号作为比较电压，从而使得比较电压可以随环境光线的变化而变化，即环境光线较亮时，比较电压的输出电压幅值会升高，而环境光线较暗时，比较电压的输出电压幅值会降低，因而使得，本方案所述的可见光通信系统可在宽范围的环境光线下、以及低于可见光信号频率等的闪烁环境光线下均能正常工作，从而解决了基于一个固定的比较电压来实现可见光通信时所存在的对光环境的要求高、抗干扰能力差、误码率高等的问题，大幅度提高了可见光通信系统对工作环境的亮度的适应能力以及对闪烁光噪声的抗干扰能力，降低了可见光通信的误码率，进而提高了可见光通信的通信质量。
可选地，所述发光器件11通常可为由至少一个LED组成的LED发光器件，例如，可为由至少一个LED组成的LED点光源，或，可为由至少一个LED组成的LED线型光源等。当然，需要说明的是，所述发光器件11也不限于为由至少一个LED组成的LED发光器件，也可为白炽灯、荧光灯等普通的发光器件，本发明实施例对此不作任何限定。
可选地，所述信号发射端12可包括序列化模块以及发光器件驱动模块：
所述序列化模块，可用于将源信号数据转换为二进制码流，并将所述二进制码流发送给所述发光器件驱动模块；
所述发光器件驱动模块，可用于接收所述序列化模块发送的二进制码流，并根据所述二进制码流控制所述发光器件11点亮或熄灭，以形成可见光信号。
可选地，所述发光器件驱动模块可用于根据二进制码流中每位数据的值，在数据为0时点亮发光器件11，在数据为1时熄灭发光器件11；或者，在数据为1时点亮发光器件11，在数据为0时熄灭发光器件11。
进一步地，为了提高可见光通信系统的通信质量，所述发光器件11通常面向所述信号接收端13设置；另外，所述发光器件11的中心与所述信号接收端13的中心可位于同一水平面上；当然，需要说明的是，所述发光器件11的中心还可不与所述信号接收端13的中心位于同一水平面上，只要保证发光器件11发射的可见光信号能够照射至对应的信号接收端13即可。再有，所述发光器件11与所述信号发射端12除了可独立设置之外，还可设置在同一终端内，以组成相应的具备可见光信号发射能力的终端，本发明实施例对此均不作赘述。
进一步地，在本发明所述实施例中，所述信号接收端13具体可用于通过一路或两路光电转换器件，将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号。其中，所述光电转换器件至少可为光敏二极管、光敏三极管或光敏电阻等，本发明实施例对此不作任何限定。
需要说明的是，当所述信号接收端13所采用的光电转换器件为两路时，所采用的两路光电转换器件之间的距离不大于设定的距离阈值，即，所采用的两路光电转换器件的距离可以尽量靠近，以保证发光器件11产生的可见光信号照射在两路光电转换器件上的亮度近似一致。其中，所述设定的距离阈值与应用场景和应用目标有关，其取值越低，系统所受到的干扰越小。
进一步地，为了提高可见光通信系统的通信质量，所述信号接收端13还可用于在所述信号接收端13所采用的光电转换器件为一路时，在对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理之前，通过一路或两路功率放大电路，对所述第一电压幅值信号进行功率放大。
例如，可选地，当经过相应的滤波处理所得到的第二电压幅值信号与原电压幅值信号(即第一电压幅值信号)之间相互影响，或导致光电转换器件输出的电压幅值信号发生明显变化时，则可首先通过一路或两路功率放大电路，对光电转换器件输出的第一电压幅值信号进行功率放大。
需要说明的是，在对光电转换器件输出的第一电压幅值信号进行功率放大时，主要可对即将进行第一滤波处理的一路第一电压幅值信号进行放大处理，当然，也可对无需进行第一滤波处理的另一路第一电压幅值信号也进行放大处理，本发明实施例对此不作赘述。
进一步地，在本发明所述实施例中，所述信号接收端13具体可用于通过用于抑制所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值的第一滤波电路，对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，并通过差分放大电路来根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
其中，所述第一滤波电路至少可包括：截止频率低于所述可见光信号频率的低通滤波电路、或者能够将所述可见光信号频率范围附近的频率分量衰减至预设阈值的带阻滤波电路等。所述差分放大电路至少可包括运算放大器或比较器等，本发明实施例对此均不作任何限定。
另外，需要说明的是，所述第一滤波电路可以是任何形式的滤波电路，包括但不限于各种典型的RC、LC滤波电路和数字滤波电路等，只要其能够实现在发光器件11点亮和熄灭时，经过第一滤波处理所得到的第二电压幅值信号与第一电压幅值信号之间的电压差值可导致信号输出端13的电平信号状态发生改变即可。
也就是说，在本发明所述实施例中，所述信号接收端13可基于光电转换器件、滤波电路、差分放大电路等主要元器件来构建接收光信号的电路，以将光信号转换为相应的输出电平信号。
例如，所述信号接收端13具体可用于采用光电转换器件将来自发光器件11的可见光信号转换为第一电压幅值信号，并通过截止频率低于所述可见光信号的频率的低通滤波电路对第一电压幅值信号进行滤波处理，得到第二电压幅值信号，并将所述第二电压幅值信号作为比较电压与原第一电压幅值信号一并接入差分放大电路的两端，这样，当发光器件11点亮时，未经过相应的滤波处理的原电压幅值信号(即第一电压幅值信号)的电压幅值将高于经过滤波处理的另一路电压幅值信号(即第二电压幅值信号)的电压幅值，当发光器件熄灭时，未经过相应的滤波处理的原电压幅值信号的电压幅值将会迅速下降，并在低于经过滤波处理的另一路电压幅值信号的电压幅值时，使得差分放大电路的输出电平实现翻转，以实现根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，准确稳定地输出不同的电平，以将所述可见光信号转换为电平信号的效果。
需要说明的是，所述信号接收端13(或差分放大电路)既可以在发光器件11点亮时输出高电平，熄灭时输出低电平，也可以在发光器件11熄灭时输出高电平，点亮时输出低电平，本发明实施例对此不作赘述。
进一步地，为了有效滤除高于可见光信号频率的高频噪声和/或滤除低于可见光信号频率的低频噪声，提高可见光通信系统的通信质量，所述信号接收端13还可用于在根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号之前，对所述第一电压幅值信号进行第二滤波处理，得到高于和/或低于所述可见光信号频率的电压信号的幅值被抑制的第三电压幅值信号，以根据所述第二电压幅值信号与经过第二滤波处理所得到的所述第三电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
可选地，所述信号接收端13具体可用于通过用于抑制高于和/或低于所述可见光信号频率的电压信号的幅值的第二滤波电路，对所述第一电压幅值信号进行第二滤波处理，得到高于和/或低于所述可见光信号频率的电压信号的幅值被抑制的第三电压幅值信号。
其中，以所述第二滤波电路为用于抑制高于所述可见光信号频率的电压信号的幅值的第二滤波电路为例，所述第二滤波电路至少可包括：
截止频率高于所述可见光信号频率的低通滤波电路、或者能够将高于所述可见光信号频率的频率分量衰减至预设阈值的带通滤波电路等。
另外，需要说明的是，所述第二滤波电路可以是任何形式的滤波电路，包括但不限于各种典型的RC、LC滤波电路和数字滤波电路等，只要保证经过第二滤波处理后的第一电压幅值信号与第二电压幅值信号比较，能够产生准确的电平信号即可。
下面，将以采用两路光电转换器件将可见光信号转换为第一电压幅值信号为例，对可设置在信号接收端13表面的光信号接收电路的可能的结构进行简要说明。
采用两路光电转换器件的光信号接收电路的一种可能的结构可如图2(a)所示：包括第一、第二光电转换器件，第一滤波电路(如无特殊说明，所述第一滤波电路指的是用于抑制所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值的第一滤波电路，如截止频率低于所述可见光信号频率的低通滤波电路等)以及差分放大电路，其中，第一光电转换器件的输出端与差分放大电路的一输入端相连，第二光电转换器件的输出端与第一滤波电路的输入端相连，第一滤波电路的输出端与差分放大电路的另一输入端相连。
也就是说，此时，一路光电转换器件输出的第一电压幅值信号会直接接入差分放大电路的一输入端，另一路光电转换器件输出的第一电压幅值信号会经过第一滤波电路的处理后接入差分放大电路的另一输入端。
进一步地，以第一、第二光电转换器件为光敏二极管，第一滤波电路为RC滤波电路、差分放大电路为比较器为例，图2(a)所示的光信号接收电路的一种可能的电路连接关系可如图2(b)所示，其中：
光电转换器件D01的负极与电源VCC相连、正极通过电阻R01与地相连，另外，通过电阻R03，将电阻R01上的分压接入到差分放大电路UA的负向端；光电转换器件D02的负极与电源VCC相连、正极通过电阻R02与地相连，另外，通过电阻R04和电容C01构成的RC低通滤波电路，将滤波后的电压值接入差分放大电路UA的正向端。当可见光信号以高于R04和C01构成的低通滤波电路的截止频率的频率输入到光电转换器件D01和D02时，在发光器件点亮时，UA负向输入端的电压将高于UA正向输入端的电压，在发光器件熄灭时，UA负向输入端的电压将低于UA正向输入端的电压，使得UA的输出端将准确地实现电平翻转，从而将可见光信号转换为电平信号。
优选地，为了更好地保证电平翻转的稳定性，在光电转换器件D01和D02的性能参数相同时，电阻R02的取值可以略高于电阻R01的取值。
进一步地，采用两路光电转换器件的光信号接收电路的另一种可能的结构可如图3(a)所示：包括第一、第二光电转换器件，第一、第二滤波电路(如无特殊说明，所述第二滤波电路指的是用于抑制高于和/或低于所述可见光信号频率的电压信号的幅值的第二滤波电路，如截止频率高于所述可见光信号频率的低通滤波电路等)以及差分放大电路，其中，第一光电转换器件的输出端与第二滤波电路的输入端相连，第二滤波电路的输出端与差分放大电路的一输入端相连，第二光电转换器件的输出端与第一滤波电路的输入端相连，第一滤波电路的输出端与差分放大电路的另一输入端相连。
也就是说，此时，一路光电转换器件输出的第一电压幅值信号会经过第二滤波电路的处理后接入差分放大电路的一输入端，另一路光电转换器件输出的第一电压幅值信号会经过第一滤波电路的处理后接入差分放大电路的另一输入端。
进一步地，以第一、第二光电转换器件为光敏二极管，第一、第二滤波电路为RC滤波电路、差分放大电路为比较器为例，图3(a)所示的所述光信号接收电路的一种可能的电路连接关系可如图3(b)所示，其中：
光电转换器件D01的负极与电源VCC相连、正极通过电阻R01与地相连，另外，通过电阻R03和电容C01构成的RC低通滤波电路，将滤波后的电容R01的分压接入到差分放大电路UA的负向端；光电转换器件D02的负极与电源VCC相连、正极通过电阻R02与地相连，另外，通过电阻R04和电容C02构成的RC低通滤波电路，将滤波后的电压值接入差分放大电路UA的正向端。当可见光信号以高于R04和C02构成的低通滤波电路的截止频率并低于R03和C01构成的低通滤波电路的截止频率的工作频率输入到光电转换器件D01和D02时，在发光器件点亮时，UA负向输入端的电压将高于UA正向输入端的电压，在发光器件熄灭时，UA负向输入端的电压将低于UA正向输入端的电压，使得UA的输出端将准确地实现电平翻转，从而将可见光信号转换为电平信号。
优选地，为了更好地保证电平翻转的稳定性，在光电转换器件D01和D02的性能参数相同时，电阻R02的取值可以略高于电阻R01的取值。
进一步地，下面将以采用一路光电转换器件将可见光信号转换为第一电压幅值信号为例，对可设置在信号接收端13表面的光信号接收电路的可能的结构进行简要说明。
采用一路光电转换器件的光信号接收电路的一种可能的结构可如图4(a)所示：包括第一光电转换器件、第一滤波电路以及差分放大电路，其中，第一光电转换器件的输出端与差分放大电路的一输入端相连，同时，第一光电转换器件的输出端还可与第一滤波电路的输入端相连，第一滤波电路的输出端与差分放大电路的另一输入端相连。
也就是说，此时，光电转换器件输出的一路第一电压幅值信号会直接接入差分放大电路的一输入端，另一路第一电压幅值信号会经过第一滤波电路的处理后接入差分放大电路的另一输入端。
进一步地，采用一路光电转换器件的光信号接收电路的第二种可能的结构可如图4(b)所示：包括第一光电转换器件，第一、第二滤波电路，以及差分放大电路，其中，第一光电转换器件的输出端可与第二滤波电路的输入端相连，第二滤波电路的输出端与差分放大电路的一输入端相连；同时，第一光电转换器件的输出端还可与第一滤波电路的输入端相连，第一滤波电路的输出端与差分放大电路的另一输入端相连。
也就是说，此时，光电转换器件输出的一路第一电压幅值信号会经过第二滤波电路的处理后接入差分放大电路的一输入端，另一路第一电压幅值信号会经过第一滤波电路的处理后接入差分放大电路的另一输入端。
进一步地，采用一路光电转换器件的光信号接收电路的第三种可能的结构可如图4(c)所示：包括第一光电转换器件、第一功率放大电路、第一滤波电路以及差分放大电路，其中，第一光电转换器件的输出端与第一功率放大电路输入端相连，第一功率放大电路的输出端与差分放大电路的一输入端相连，同时，第一功率放大电路的输出端还可与第一滤波电路的输入端相连，第一滤波电路的输出端与差分放大电路的另一输入端相连。
也就是说，此时，光电转换器件输出的第一电压幅值信号会首先经过功率放大电路进行功率放大，放大后的一路第一电压幅值信号会直接接入差分放大电路的一输入端，放大后的另一路第一电压幅值信号会经过第一滤波电路的处理后接入差分放大电路的另一输入端。
另外，当光信号接收电路包括第一光电转换器件、第一功率放大电路、第一滤波电路以及差分放大电路时，其还可具备如图4(d)所示的第四种可能的结构：其中，第一光电转换器件的输出端可直接与差分放大电路的一输入端相连，同时，第一光电转换器件的输出端还与第一功率放大电路的输入端相连，第一功率放大电路的输出端与第一滤波电路的输入端相连，第一滤波电路的输出端与差分放大电路的另一输入端相连。
即，此时，光电转换器件输出的一路第一电压幅值信号可直接接入差分放大电路的一输入端，另一路第一电压幅值信号会首先经过功率放大电路进行功率放大，并经过第一滤波电路的处理后接入差分放大电路的另一端。
进一步地，采用一路光电转换器件的光信号接收电路的第五种可能的结构可如图4(e)所示：包括第一光电转换器件，第一功率放大电路，第一、第二滤波电路，以及差分放大电路，其中，第一光电转换器件的输出端与第一功率放大电路的输入端相连，第一功率放大电路的输出端可与第二滤波电路的输入端相连，第二滤波电路的输出端与差分放大电路的一输入端相连；同时，第一功率放大电路的输出端还可与第一滤波电路的输入端相连，第一滤波电路的输出端与差分放大电路的另一输入端相连。
也就是说，此时，光电转换器件输出的第一电压幅值信号会首先经过功率放大电路进行功率放大，放大后的一路第一电压幅值信号会经过第二滤波电路的处理后接入差分放大电路的一输入端，放大后的另一路第一电压幅值信号会经过第一滤波电路的处理后接入差分放大电路的另一输入端。
进一步地，当光信号接收电路包括第一光电转换器件，第一功率放大电路，第一、第二滤波电路以及差分放大电路时，其还可具备如图4(f)所示的第六种可能的结构：其中，第一光电转换器件的输出端可与第二滤波电路的输入端相连，第二滤波电路的输出端与差分放大电路的一输入端相连；同时，第一光电转换器件的输出端还与第一功率放大电路的输入端相连，第一功率放大电路的输出端与第一滤波电路的输入端相连，第一滤波电路的输出端与差分放大电路的另一输入端相连。
即，此时，光电转换器件输出的一路第一电压幅值信号可经过第二滤波电路的处理后接入差分放大电路的一输入端，另一路第一电压幅值信号会首先经过功率放大电路进行功率放大，并经过第一滤波电路的处理后接入差分放大电路的另一输入端。
进一步地，采用一路光电转换器件的光信号接收电路的第七种可能的结构可如图4(g)所示：包括第一光电转换器件，第一、第二功率放大电路，第一滤波电路以及差分放大电路，其中，第一光电转换器件的输出端可与第二功率放大电路的输入端相连，第二功率放大电路的输出端可与差分放大电路的一输入端相连；同时，第一光电转换器件的输出端还可与第一功率放大电路的输入端相连，第一功率放大电路的输出端与第一滤波电路的输入端相连，第一滤波电路的输出端与差分放大电路的另一输入端相连。
也就是说，此时，光电转换器件输出的一路第一电压幅值信号会首先经过一功率放大电路进行功率放大，放大后的该路第一电压幅值信号会直接接入差分放大电路的一输入端，光电转换器件输出的另一路第一电压幅值信号会首先经过另一功率放大电路进行功率放大，并经过第一滤波电路的处理后接入差分放大电路的另一输入端。
进一步地，采用一路光电转换器件的光信号接收电路的第八种可能的结构可如图4(h)所示：包括第一光电转换器件，第一、第二功率放大电路，第一、第二滤波电路以及差分放大电路，其中，第一光电转换器件的输出端可与第二功率放大电路的输入端相连，第二功率放大电路的输出端可第二滤波电路的输入端相连，第二滤波电路的输出端可与差分放大电路的一输入端相连；同时，第一光电转换器件的输出端还可与第一功率放大电路的输入端相连，第一功率放大电路的输出端与第一滤波电路的输入端相连，第一滤波电路的输出端与差分放大电路的另一输入端相连。
也就是说，此时，光电转换器件输出的一路第一电压幅值信号会首先经过一功率放大电路进行功率放大，并经过第二滤波电路的处理后接入差分放大电路的一输入端，光电转换器件输出的另一路第一电压幅值信号会首先经过另一功率放大电路进行功率放大，并经过第一滤波电路的处理后接入差分放大电路的另一输入端。
进一步地，以第一光电转换器件为光敏二极管，第一滤波电路为RC滤波电路、第一功率放大电路为由比较器和电阻组成的二级比例放大电路、差分放大电路为比较器为例，图4(c)所示的所述光信号接收电路的一种可能的电路连接关系可如图5所示，其中：
光电转换器件D01的负极与电源VCC相连、正极通过电阻R01与地相连。通过运算放大器U0A、电阻R02、电阻R03构成的比例放大电路和运算放大器U1A、电阻R4、电阻R5构成的比例放大电路，对电阻R01的分压进行功率放大，并经过两次反向，将电压方向(即U1A的输出电压的方向)调整为与R01的分压的方向一致，U1A的电压值通过电阻R06接入到差分放大电路U2A的负向输入端，U1A的电压值通过电阻R7、电容C01构成的低通滤波电路，将滤波后的电压值接入到差分放大电路U2A的正向输入端，在R06、R07阻值选择适当的情况下，经过了功率放大的U1A的电压输出值受到电阻R06以及电阻R07与电容C01构成的低通滤波电路的影响不明显，实现了通过一路光电转换器件，近似达到了两路光电转换器件所能够达到的信号转换效果的目的。
需要说明的是，对于本发明实施例所述的可见光通信系统来说，以进行第一滤波处理的电路为低通滤波电路为例，由于经过低通滤波处理所得到的第二电压幅值信号可以随环境光线的变化而变化，即环境光线较亮时，第二电压幅值信号会升高，环境光线较暗时，第二电压幅值信号会降低，因而，只要环境光线的明暗变化频率低于相应的低通滤波电路的截止频率，差分放大电路就能够实现正确的电平翻转，从而正确地将可见光信号转变为电平信号，从而使得本发明实施例所述的可见光通信系统可以在宽范围的环境光线下以及低于低通滤波电路截止频率的闪烁环境光线下均可以正常工作，不受低于低通滤波电路截止频率的闪烁光噪声信号干扰，从而大幅度提高了可见光通信系统对工作环境的亮度的适应能力以及对闪烁光噪声的抗干扰能力，降低了可见光通信的误码率，进而提高了可见光通信的通信质量。
另外，由于在本发明实施例所述技术方案中，在根据第二电压幅值信号与第一电压幅值信号之间的电压差值，将可见光信号转换为电平信号之前，还可对所述第一电压幅值信号进行第二滤波处理，得到高于和/或低于所述可见光信号频率的电压信号的幅值被抑制的第三电压幅值信号，以根据所述第二电压幅值信号与经过第二滤波处理所得到的所述第三电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号，因而，还可达到较大程度地抑制与可见光通信频率有差异的光噪声干扰的效果，从而进一步提高可见光通信的通信质量。
实施例二：
基于同一发明构思，本发明实施例二提供了一种可见光通信方法，如图6所示，其为本发明实施例二所述可见光通信方法的流程示意图，所述可见光通信方法可包括以下步骤：
步骤601：接收发光器件发射的可见光信号，并将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号；其中，基于实施例一的相关描述可知，该可见光信号可以是信号发射端将源信号数据转换为二进制码流，并根据所述二进制码流控制所述发光器件点亮或熄灭所形成的。
步骤602：对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，并根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
可选地，将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号，可包括：
通过一路或两路光电转换器件，将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号；其中，当所采用的光电转换器件为两路时，所采用的两路光电转换器件之间的距离不大于设定的距离阈值。
进一步地，当所采用的光电转换器件为一路时，所述方法还可包括：
在对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理之前，通过一路或两路功率放大电路，对所述第一电压幅值信号进行功率放大。
进一步地，对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，并根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号，可包括：
通过用于抑制所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值的第一滤波电路，对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，并通过差分放大电路来根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
进一步地，在根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号之前，所述方法还可包括：
对所述第一电压幅值信号进行第二滤波处理，得到高于和/或低于所述可见光信号频率的电压信号的幅值被抑制的第三电压幅值信号，以根据所述第二电压幅值信号与经过第二滤波处理所得到的所述第三电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
另外，需要说明的是，上述各步骤的具体实施可参见实施例一中的相关描述，重复之处不再赘述。
实施例三：
基于同一发明构思，本发明实施例三提供了一种信号接收设备(即信号接收端)，该信号接收设备的具体实施可参见实施例一、二中的相关描述，重复之处不再赘述，如图7所示，其为本发明实施例三所述信号接收设备的结构示意图，所述信号接收设备可包括：
信号转换单元71可用于接收发光器件发射的可见光信号，并将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号；其中，该可见光信号可以是信号发射端将源信号数据转换为二进制码流，并根据所述二进制码流控制所述发光器件点亮或熄灭所形成的；
信号处理单元72可用于对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，并根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
可选地，所述信号转换单元71具体可用于通过一路或两路光电转换器件，将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号；其中，当所述信号处理单元所采用的光电转换器件为两路时，所采用的两路光电转换器件之间的距离不大于设定的距离阈值。
进一步地，所述信号处理单元72还可用于当所述信号处理单元72所采用的光电转换器件为一路时，在对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理之前，通过一路或两路功率放大电路，对所述第一电压幅值信号进行功率放大。
进一步地，所述信号处理单元72具体可用于通过用于抑制所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值的第一滤波电路，对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，并通过差分放大电路来根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
进一步地，所述信号处理单元72还可用于在根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，对所述第一电压幅值信号进行第二滤波处理，得到高于和/或低于所述可见光信号频率的电压信号的幅值被抑制的第三电压幅值信号，以根据所述第二电压幅值信号与经过第二滤波处理所得到的所述第三电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
本领域技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
Claims (16)
1.一种可见光通信系统，其特征在于，包括发光器件、信号发射端以及信号接收端，其中：
所述信号发射端，用于将源信号数据转换为二进制码流，并根据所述二进制码流控制所述发光器件点亮或熄灭，形成可见光信号；
所述信号接收端，用于将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号，并对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，以及，根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
2.如权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，
所述信号接收端，具体用于通过一路或两路光电转换器件，将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号；其中，当所述信号接收端所采用的光电转换器件为两路时，所采用的两路光电转换器件之间的距离不大于设定的距离阈值。
3.如权利要求2所述的可见光通信系统，其特征在于，
所述信号接收端，还用于当所述信号接收端所采用的光电转换器件为一路时，在对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理之前，通过一路或两路功率放大电路，对所述第一电压幅值信号进行功率放大。
4.如权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，
所述信号接收端，具体用于通过用于抑制所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值的第一滤波电路，对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，并通过差分放大电路来根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
5.如权利要求4所述的可见光通信系统，其特征在于，所述第一滤波电路至少包括：
截止频率低于所述可见光信号频率的低通滤波电路、或者能够将所述可见光信号频率范围附近的频率分量衰减至预设阈值的带阻滤波电路。
6.如权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，
所述信号接收端，还用于在根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号之前，对所述第一电压幅值信号进行第二滤波处理，得到高于和/或低于所述可见光信号频率的电压信号的幅值被抑制的第三电压幅值信号，以根据所述第二电压幅值信号与经过第二滤波处理所得到的所述第三电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
7.一种可见光通信方法，其特征在于，包括：
接收发光器件发射的可见光信号，并将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号；
对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，并根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
8.如权利要求7所述的可见光通信方法，其特征在于，将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号，包括：
通过一路或两路光电转换器件，将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号；其中，当所采用的光电转换器件为两路时，所采用的两路光电转换器件之间的距离不大于设定的距离阈值。
9.如权利要求8所述的可见光通信方法，其特征在于，当所采用的光电转换器件为一路时，所述方法还包括：
在对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理之前，通过一路或两路功率放大电路，对所述第一电压幅值信号进行功率放大。
10.如权利要求7所述的可见光通信方法，其特征在于，对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，并根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号，包括：
通过用于抑制所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值的第一滤波电路，对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，并通过差分放大电路来根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
11.如权利要求7所述的可见光通信方法，其特征在于，在根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号之前，所述方法还包括：
对所述第一电压幅值信号进行第二滤波处理，得到高于和/或低于所述可见光信号频率的电压信号的幅值被抑制的第三电压幅值信号，以根据所述第二电压幅值信号与经过第二滤波处理所得到的所述第三电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
12.一种信号接收设备，其特征在于，包括：
信号转换单元，用于接收发光器件发射的可见光信号，并将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号；
信号处理单元，用于对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，并根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
13.如权利要求12所述的信号接收设备，其特征在于，
所述信号转换单元，具体用于通过一路或两路光电转换器件，将所述可见光信号转换为第一电压幅值信号；其中，当所述信号处理单元所采用的光电转换器件为两路时，所采用的两路光电转换器件之间的距离不大于设定的距离阈值。
14.如权利要求13所述的信号接收设备，其特征在于，
所述信号处理单元，还用于当所述信号处理单元所采用的光电转换器件为一路时，在对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理之前，通过一路或两路功率放大电路，对所述第一电压幅值信号进行功率放大。
15.如权利要求12所述的信号接收设备，其特征在于，
所述信号处理单元，具体用于通过用于抑制所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值的第一滤波电路，对所述第一电压幅值信号进行第一滤波处理，得到所述可见光信号频率范围附近的电压信号的幅值被抑制的第二电压幅值信号，并通过差分放大电路来根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
16.如权利要求12所述的信号接收设备，其特征在于，
所述信号处理单元，还用于在根据所述第二电压幅值信号与所述第一电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号之前，对所述第一电压幅值信号进行第二滤波处理，得到高于和/或低于所述可见光信号频率的电压信号的幅值被抑制的第三电压幅值信号，以根据所述第二电压幅值信号与经过第二滤波处理所得到的所述第三电压幅值信号之间的电压差值，将所述可见光信号转换为电平信号。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Effective date of registration: 20170726 Address after: 310053 room 35, building 1403, Rainbow City, Hangzhou, Binjiang District, Zhejiang Applicant after: Zou Xiao Applicant after: HANGZHOU SHANYI TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 310053 room 35, building 1403, Rainbow City, Hangzhou, Binjiang District, Zhejiang Applicant before: Zou Xiao Applicant before: Fuyang, Hangzhou radish network technology Co., Ltd |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |