CN105515659A - 一种用于双工可见光通信系统的信道控制装置及方法 - Google Patents

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杨川川
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Abstract

一种用于双工可见光通信系统的信道控制装置，包括起偏器、磁致旋光介质和检偏器，磁致旋光介质介于起偏器与检偏器之间，起偏器置于上行信道和下行信道的信号发送端，用于将LED出射的光载波转换为线偏振光；磁致旋光介质置于起偏器和检偏器之间，用于对线偏振光实现旋光操作；检偏器置于上行信道和下行信道的信道接收端，用于接收已发生旋光操作的光载波；起偏器和所述检偏器的光轴相互正交。以及提供一种用于双工可见光通信系统的信道控制方法，通过控制所述磁致旋光介质的法拉第旋转角θ以改变双工可见光通信系统中上行信道与下行信道的光载波偏振角度。本发明有效解决上行信道和下行信道之间的光载波干扰问题、降低成本。

Description

一种用于双工可见光通信系统的信道控制装置及方法
技术领域
本发明涉及可见光通信技术领域中的信道控制技术领域，尤其是一种用于双工通信传输模式的可见光通信系统中上行信道和下行信道的控制装置及方法。
背景技术
可见光通信是建立在白光LED技术上的新兴光无线通信技术。与传统的射频通信及其他的光无线通信相比，可见光通信具有无需额外分配频谱带宽、抗电磁波干扰、在照明的同时实现通信功能等突出优点。可见光通信技术特别适合应用于对抗电磁波干扰要求高的场合(如医院、飞机、矿井等)，因此在未来拥有广阔的市场空间。
目前，各类文献中提出的可见光通信系统大多数采用单工通信传输模式。比如，薛晓满在论文《白光LED室内可见光通信系统研究》中，通过OFDM调制方式有效的避免了单工传输产生的多径效应和提高了信道的利用率。汪永辉在论文《基于白光LED可见光通信系统研究》中，通过搭建了独立的点对点通信，实现了单工传输的图像的采集和无线传输。在可见光通信系统中，实现双工通信传输模式的技术难点在于上行信道和下行信道之间存在的光信号干扰。为解决这个技术难点，目前文献中已经提出的技术方案有：张立在论文《基于LED照明灯的室内无线光通信双工系统研究》中，通过引入一种包含偏振片、偏振分光镜和四分之一波片的光学系统，有效的避免了上下行信道之间的光信号串扰问题。张明伦在专利《可见光局域网双工通信方法》中，通过引入一种可见光通信技术，在接入点灭灯时进行数据的上行传输，在接入点亮灯时进行下行传输，从而很好的避免了上行信道和下行信道之间存在的光信号干扰。安中文和张永军在专利《一种基于OCDMA技术的可见光通信系统及其装置》中，通过基于OCDMA的可见光通信技术，利用OCDMA保密性好，抗干扰能力强，可以进行多址分配的技术优势，实现了室内的双向链路通信；邓健志、周越菡和程小辉在专利《可见光双向识别无源标签及读写器装置》中，通过采用两种不同波段的带通滤镜，使得上行通信信道选用的可见光波段与下行通信信道选用的可见光波段没有重叠，保证两个信道不会相互干扰。以上的可见光通信的双工通信传输方法中均能较好的消除上行信道和下行信道之间存在的光信号干扰，但是对系统的要求较高而且结构比较复杂。
发明内容
为了解决双工可见光通信系统中由于上行信道与下行信道之间的光信号干扰而导致系统通信性能恶化的问题、成本高的不足，本发明提出了一种有效解决上行信道和下行信道之间的光载波干扰问题、降低成本的用于双工可见光通信系统的信道控制装置及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于双工可见光通信系统的信道控制装置，包括起偏器、磁致旋光介质和检偏器，所述磁致旋光介质介于所述起偏器与所述检偏器之间，所述起偏器置于上行信道和下行信道的信号发送端，用于将LED出射的光载波转换为线偏振光；所述磁致旋光介质置于起偏器和检偏器之间，用于对线偏振光实现旋光操作；所述检偏器置于上行信道和下行信道的信道接收端，用于接收已发生旋光操作的光载波；所述起偏器和所述检偏器的光轴相互正交。
一种用于双工可见光通信系统的信道控制方法，通过控制所述磁致旋光介质的法拉第旋转角θ以改变双工可见光通信系统中上行信道与下行信道的光载波偏振角度，所述磁致旋光介质的法拉第旋转角θ的设计公式为：
θ＝Vd·H·l
式中，Vd表示费尔德常数，H表示外加磁场强度，l表示光在介质中的光程；
对于所述参数Vd和所述参数l已确定的磁致旋光介质，可以通过改变外加电场以改变所述参数H，从而实现对所述法拉第旋转角θ的控制。
进一步，通过对所述法拉第旋转角θ的控制，实现对上行信道与下行信道的信道接收端的通断控制，即实现信道接收端接收光信号或者无法接收光信号。当然，也可以实现其他控制。
本发明的技术构思为：采用磁致旋光介质对起偏器产生的偏振光进行旋光操作，利用检偏器对偏振光进行检测接收，从而消除上行信道和下行信道之间的光载波干扰，同时还可以实现对双工信道的通断控制。
本发明的有益效果主要表现在：采用起偏器、磁致旋光介质和检偏器作为信道控制核心器件对双工可见光通信系统信道结构进行了优化，不仅有效解决了上行信道和下行信道之间的光载波干扰问题，而且降低了系统的成本。
附图说明
图1是一种典型的双工可见光通信系统的示意图。
图2是本发明提出的用于双工可见光通信系统的信道控制装置的示意图。
图3是本发明提出的用于双工可见光通信系统的信道控制方法的实施图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种用于双工可见光通信系统的信道控制装置，采用起偏器、磁致旋光介质和检偏器作为信道控制核心器件，所述磁致旋光介质介于所述起偏器与所述检偏器之间，所述起偏器置于上行信道和下行信道的信号发送端，用于将LED出射的光载波转换为线偏振光；所述磁致旋光介质置于起偏器和检偏器之间，用于对线偏振光实现旋光操作；所述检偏器置于上行信道和下行信道的信道接收端，用于接收已发生旋光操作的光载波；所述起偏器和所述检偏器的光轴相互正交。
一种用于双工可见光通信系统的信道控制方法，通过控制所述磁致旋光介质的法拉第旋转角θ以改变双工可见光通信系统中上行信道与下行信道的光载波偏振角度，从而降低双工可见光通信系统中由于上行信道与下行信道之间的光载波干扰；
所述磁致旋光介质的法拉第旋转角θ的设计公式为：
θ＝Vd·H·l
式中，Vd表示费尔德常数，H表示外加磁场强度，l表示光在介质中的光程；
对于所述参数Vd和所述参数l已确定的磁致旋光介质，可以通过改变外加电场以改变所述参数H，从而实现对所述法拉第旋转角θ的控制。
进一步，通过对所述法拉第旋转角θ的控制，可以实现对上行信道与下行信道的信道接收端的通断控制，即可以实现信道接收端接收光信号或者无法接收光信号。
如图1所示，图1中1-1为下行LED驱动模块，1-2为下行LED，1-3为下行聚光透镜，1-4为下行光电检测模块。
如图2所示，图2中2-1为LED驱动模块，2-2为LED，2-3为起偏器，2-4为磁致旋光介质(即磁光材料)，2-5为检偏器，2-6为聚光透镜，2-7为光电探测器。所述的LED驱动模块对电信号进行处理，使电信号能够加载到LED上。所述的LED模块对电信号进行转化，使电信号转化为光信号再将光信号发出。所述的起偏器的透光轴方向平行于图面，使经过起偏器的光信号成为偏振方向平行于图面的偏振光。所述的磁致旋光介质接收到通过起偏器的偏振光光信号。所述的AC交流电源通过控制电场大小改变施加在磁光材料上的磁场大小，使偏振光光信号的偏振方向发生旋转。所述的检偏器的透光轴方向垂直于图面同时与起偏器的透光轴正交，检偏器对偏振方向和透光轴方向一致的光信号选择通过，对偏振方向和透光轴方向正交的光信号选择过滤。所述的透镜放置于检偏器后，使光信号聚焦到光电检测器上。所述光电检测模块将光信号接收，使光信号转为为电信号再进行信号处理。进一步的，所述磁致旋光介质可以通过控制光信号偏振方向的旋转角度来选择是否让偏振光通过后面的检偏器。如果旋转方向为90°，则偏振光可以通过所述检偏器，所述光电检测模块可以接收到光信号并且正常工作。如果旋转方向为0°或者180°，则所述偏振光无法通过检偏器，所述光电检测模块接收不到光信号且无法工作。
实例：图3所示，可见光通信系统中，所述起偏器置于上行信道和下行信道的信号发送端，将LED出射的光载波转换为线偏振光。所述磁致旋光介质置于起偏器和检偏器之间，对线偏振光实现旋光操作。所述检偏器置于上行信道和下行信道的信道接收端，接收已发生旋光操作的光载波。进一步，所述起偏器和所述检偏器的光轴相互正交。进一步，所述的上行传输装置和下行传输装置对称。所述氯化钠磁致旋光晶费尔德常数Vd＝0.036分/高斯·厘米，所述的氯化钠磁致旋光晶长度l＝10厘米，根据所述磁致旋光晶体的设计参数公式，调节施加在磁致旋光晶体上的磁场强度H，可以调节磁致旋光晶体的旋光能力，从而可根据实际需要，使偏振光信号选择性地通过检偏器。所述磁场强度H＝0高斯时，所述氯化钠磁致旋光晶对偏振光信号旋光角度θ＝0°，光信号的偏振方向没有发生变化而且光信号的偏振方向与所述检偏器的透光轴方向正交，此时光信号无法通过所述检偏器，所述的光电检测器无法接收到光信号。所述磁场强度H＝250高斯时，所述氯化钠磁致旋光晶对偏振光信号旋光角度θ＝90°，光信号的偏振方向发生变化而且光信号的偏振方向与所述检偏器的透光轴方向平行，此时光信号可以通过所述检偏器，所述的光电检测器能够接收到光信号。

Claims (3)

1.一种用于双工可见光通信系统的信道控制装置，其特征在于：包括起偏器、磁致旋光介质和检偏器，所述磁致旋光介质介于所述起偏器与所述检偏器之间，所述起偏器置于上行信道和下行信道的信号发送端，用于将LED出射的光载波转换为线偏振光；所述磁致旋光介质置于起偏器和检偏器之间，用于对线偏振光实现旋光操作；所述检偏器置于上行信道和下行信道的信道接收端，用于接收已发生旋光操作的光载波；所述起偏器和所述检偏器的光轴相互正交。
2.一种用如权利要求1所述的用于双工可见光通信系统的信道控制装置实现的信道控制方法，其特征在于：通过控制所述磁致旋光介质的法拉第旋转角θ以改变双工可见光通信系统中上行信道与下行信道的光载波偏振角度，所述磁致旋光介质的法拉第旋转角θ的设计公式为：
θ＝Vd·H·l
式中，Vd表示费尔德常数，H表示外加磁场强度，l表示光在介质中的光程；
对于所述参数Vd和所述参数l已确定的磁致旋光介质，可以通过改变外加电场以改变所述参数H，从而实现对所述法拉第旋转角θ的控制。
3.如权利要求2所述的信道控制方法，其特征在于：通过对所述法拉第旋转角θ的控制，实现对上行信道与下行信道的信道接收端的通断控制，即实现信道接收端接收光信号或者无法接收光信号。
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