CN106603159A - 一种光照强度可调、无闪变的可见光通信发射端控制器 - Google Patents

Abstract

一种光照强度可调、无闪变的可见光通信发射端控制器，包括恒流源驱动电路和数字RLL编码模块，所述恒流源驱动电路包括恒流源参数选择装置和恒流源电路，所述数字RLL编码模块包括RLL编码方式选择装置和RLL编码电路；所述恒流源电路在恒流源参数选择装置控制下，进行恒流参数的实时调节；所述RLL编码电路在所述RLL编码方式选择装置的控制下，进行编码模式的实时调节。本发明使用了游程长度受限码和恒流源驱动电路来实现LED灯的实时亮度等级调节，并且本系统无闪变现象，可以保持信号高速传输。

Description

一种光照强度可调、无闪变的可见光通信发射端控制器

技术领域

本发明涉及一种光照强度可调、无闪变的可见光通信发射端控制器，属于可见光通信的技术领域。

背景技术

使用恒定的直流偏置电流加上传输信号电流是可见光通信发射端设计中非常常用的一种方法。这种类型的系统是通过把恒定的直流偏置电流加到驱动电路上来实现的，即保持LED灯为恒亮状态。通过数模转换电路将数字信号转换为模拟信号，然后叠加到直流偏置电流上来作为传输信号驱动LED灯，因此LED灯的亮度调节变化是与传输信号的强度变化实时同步的。

但是上述方法存在以下劣势：

A)由于驱动电流随传输信号改变，LED灯的调光强度是实时改变的，这造成了如果有较长时间的‘0’或‘1’，LED灯很容易进入闪变模式。

B)信号传输与调光强度以相同的方式进行，如果调光强度调整基础等级改变了，信号传输也会被相应地影响。然而信号传输的方式应该是与光照强度调节方式不同的，他们之间应该是互不影响的，否则LED灯的亮度调节将会被传输的数据影响。

C)在接收端，这种信号传输和亮度调节同时改变的方式对噪声和环境的改变非常敏感，一点小的电流强度变化就会导致信号比特错误。

D)这种类型的直流偏置驱动系统使用了模数/数模转换电路来抽样强度值。模数/数模转换电路的成本昂贵，不利于实现低成本设计的目标，并且设计研发周期长。该系统有限的抽样速率是整个系统的瓶颈并且有限的比特位精度也很容易受到通信信道噪声的干扰。

在现有技术中，还有另一种常用的可见光通信传输系统设计是不进行闪变现象的控制就进行LED灯的驱动和信号的传输。但是该设计有以下缺陷：当在一段相对较长的时间内传输一长串的‘0’数据或‘1’数据时，LED灯会很容易进入闪变模式，这对使用者是有害无益的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种光照强度可调、无闪变的可见光通信发射端控制器。本发明使用了游程长度受限码和恒流源驱动电路来实现LED灯的实时亮度等级调节，并且本系统无闪变现象，可以保持信号高速传输。

本发明还提供一种上述可见光通信发射端控制器的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种光照强度可调、无闪变的可见光通信发射端控制器，包括恒流源驱动电路和数字RLL编码模块，所述恒流源驱动电路包括恒流源参数选择装置和恒流源电路，所述数字RLL编码模块包括RLL编码方式选择装置和RLL编码电路；所述恒流源电路在恒流源参数选择装置控制下，进行恒流参数的实时调节；所述RLL编码电路在所述RLL编码方式选择装置的控制下，进行编码模式的实时调节。

所述数字RLL编码模块通过不停的切换模式编码调制的信号，在一个控制周期内周期性地向恒流源驱动电路提供‘开/关’的控制逻辑；所有可以生成状态不停切换的信号的编码方式都可以叫RLL方法；对于含有一长串“0”或“1”位的调制信号,RLL编码可以生成连续变换状态的数字信号；因此RLL编码避免了LED灯进入闪变模式；RLL方法包括但不限于目前已知的适合的切换运行长度的编码方式,如曼彻斯特编码、微分曼彻斯特编码、4B/6B编码、8B/10B编码等；

所述恒流源电路为受控的LED灯提供恒定的电流源：当所述RLL编码电路发来的控制信号是‘开’控制逻辑状态时，LED灯被所述电流源点亮；当所述RLL编码电路发来的控制信号是‘关’控制逻辑状态时，LED灯处于熄灭状态。因为RLL编码的信号在同一个控制周期中总是有特定的工作周期比例，因此LED灯在同一个控制周期中也总有固定的‘开’‘关’比例。并且在‘开’状态下的驱动电流是恒定的，这也保证了LED灯的亮度值是恒定的。

一种上述控制器的工作方法，包括如下步骤：

1)利用所述数字RLL编码模块对数字信号信道编码、预均衡和调制；在可见光通信系统中，数字信号是由应用程序生成的视频帧数据或音频数据等，为了达到更高的带宽比和性能目标，为了得到鲁棒性更好的通信信道，数字信号要经过信道编码，预均衡和调制；上述数字信号将会被数字RLL编码模块编码：不管原数字信号是怎样的一串0/1信号，哪怕是一串非常长的连续0或连续1，该信号都被编码成连续变化状态的控制逻辑来驱动LED灯；

2)所述数字RLL编码模块通过不停的切换模式编码调制的信号，在一个控制周期内周期性地向恒流源驱动电路提供‘开/关’的控制逻辑；

3)所述恒流源驱动电路为受控的LED灯提供恒定的电流源：当所述数字RLL编码模块发来的控制信号是‘开’控制逻辑状态时，LED灯被所述电流源点亮；当所述数字RLL编码模块发来的控制信号是‘关’控制逻辑状态时，LED灯处于熄灭状态。

根据本发明优选的，在步骤1)中，所述数字RLL编码模块中包括但不限于目前已知的适合的切换运行长度的编码方式：曼彻斯特编码、微分曼彻斯特编码、4B/6B编码和8B/10B编码。

根据本发明优选的，在步骤1)中，数字RLL编码模块所选编码是通过VLC系统电平控制的。不同的RLL编码方式有着特定的工作周期比例，这一特性将会影响LED灯的亮度等级。同时RLL编码的使用也成功避免了LED灯进入闪变模式。

根据本发明优选的，在步骤3)中，所述恒流源电路还受可见光通信系统等级控制器控制。所述系统等级控制器通过改变恒定的电流源参数调节输出的电流值，进而影响LED灯的亮度等级，通过恒定的电流源调节亮度，保证了在每个等级LED灯亮度都是恒定的。

本发明的技术优势在于：

1、本发明提出了一种光照强度可调、无闪变的可见光通信发射端控制器，是一种高性能的基于LED灯的通信和照明驱动解决方案，以无闪变方式实现灵活稳定的LED灯亮度调节，同时实现超高速率信号传输。本发明在应用到可见光通信的发射端时，可靠性大大提高，鲁棒性增强，抗环境噪音和接收端噪音能力强，与传统的直流偏置解决方案相比，本发明对信号能量和信道衰落不敏感，信号传输速率高，抗噪声能力强。

2、本发明采用两种亮度调节方式：一种是改变恒流源的控制设置，另一种是改变RLL编码中‘开/关’所占的百分比。从而实现灵活多变的LED亮度调节，一旦亮度等级被设定好，整个信号传输周期中LED灯都会保持恒定的亮度；同时使用恒流源驱动电路和数字RLL编码模块来实现灵活的LED灯实时亮度调节，同时保持了高速且无闪变现象的可靠信号传输。

3、使用本发明时，无需再在所述可见光通信的发射端和接收端使用AD/DA电路抽样‘开/关’信号，因此没有抽样速度的瓶颈限制，鲁棒性更好，成本更低，开发周期更短。

4、本发明因为用恒流源驱动的LED灯会比用恒压源驱动的LED灯有更长的使用寿命，所以在商业应用中，可广泛使用恒流源驱动LED灯。

5、本发明采用了数字RLL编码模块，具有三种功能。一是实现高性能的信号传输，二是通过固定的工作周期比例来调节LED灯亮度，三是防止一长串的0或1信号使LED灯发生闪变现象。经过RLL编码的高速数字信号在每个单位控制时间内以稳定的工作周期比例来驱动LED灯。因此不会产生闪变现象。

6、恒流源驱动电路和数字RLL编码模块都由可见光通信系统等级控制器控制。恒流源被设计成阻抗可调节的，调节阻抗可以输出不同等级的电流值。同时，RLL编码电路可以从可见光通信系统控制器选择不同的RLL编码方法，以获得特定的工作周期比例。

7、同时使用恒流源驱动电路和RLL编码开关‘开/关’控制，能够提供可调节的恒定电流源，可以用来保持特定的LED亮度等级。可见光通信系统等级控制器可以调节恒流源驱动电路的电阻值。要使LED灯亮度更亮，将恒流源驱动电路电流调高或者选择具有更高‘开’(开)状态的RLL编码模式，反之调小恒流源电流输出或选择具有更高‘关(关)’状态的RLL编码方式。RLL编码中开为1，关为0；1状态LED灯亮，0状态LED灯灭，每个控制周期中0和1的比例不同，人眼分辨不出LED的快速闪灭，对人眼来说，更多的开状态比例意味着更亮的亮度，反之更暗。

附图说明

图1是本发明所述控制器的连接示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

如图1所示。

实施例1、

一种光照强度可调、无闪变的可见光通信发射端控制器，包括恒流源驱动电路和数字RLL编码模块，所述恒流源驱动电路包括恒流源参数选择装置和恒流源电路，所述数字RLL编码模块包括RLL编码方式选择装置和RLL编码电路；所述恒流源电路在恒流源参数选择装置控制下，进行恒流参数的实时调节；所述RLL编码电路在所述RLL编码方式选择装置的控制下，进行编码模式的实时调节。

所述数字RLL编码模块通过不停的切换模式编码调制的信号，在一个控制周期内周期性地向恒流源驱动电路提供‘开/关’的控制逻辑；所有可以生成状态不停切换的信号的编码方式都可以叫RLL方法；对于含有一长串“0”或“1”位的调制信号,RLL编码可以生成连续变换状态的数字信号；因此RLL编码避免了LED灯进入闪变模式；RLL方法包括但不限于目前已知的适合的切换运行长度的编码方式,如曼彻斯特编码、微分曼彻斯特编码、4B/6B编码、8B/10B编码等；

所述恒流源电路为受控的LED灯提供恒定的电流源：当所述RLL编码电路发来的控制信号是‘开’控制逻辑状态时，LED灯被所述电流源点亮；当所述RLL编码电路发来的控制信号是‘关’控制逻辑状态时，LED灯处于熄灭状态。因为RLL编码的信号在同一个控制周期中总是有特定的工作周期比例，因此LED灯在同一个控制周期中也总有固定的‘开’‘关’比例。并且在‘开’状态下的驱动电流是恒定的，这也保证了LED灯的亮度值是恒定的。

实施例2、

一种如实施例1所述控制器的工作方法，包括如下步骤：

1)利用所述数字RLL编码模块对数字信号信道编码、预均衡和调制；

2)所述数字RLL编码模块通过不停的切换模式编码调制的信号，在一个控制周期内周期性地向恒流源驱动电路提供‘开/关’的控制逻辑；

3)所述恒流源驱动电路为受控的LED灯提供恒定的电流源：当所述数字RLL编码模块发来的控制信号是‘开’控制逻辑状态时，LED灯被所述电流源点亮；当所述数字RLL编码模块发来的控制信号是‘关’控制逻辑状态时，LED灯处于熄灭状态。

实施例3、

如实施例2所述的工作方法，其区别在于，在步骤1)中，所述数字RLL编码模块中包括但不限于曼彻斯特编码、微分曼彻斯特编码、4B/6B编码和8B/10B编码。

实施例4、

如实施例2所述的工作方法，其区别在于，在步骤1)中，数字RLL编码模块所选编码是通过VLC系统电平控制的。

实施例5、

如实施例2所述的工作方法，其区别在于，在步骤3)中，所述恒流源电路还受可见光通信系统等级控制器控制。

Claims (5)

1.一种光照强度可调、无闪变的可见光通信发射端控制器，其特征在于，所述控制器包括恒流源驱动电路和数字RLL编码模块，所述恒流源驱动电路包括恒流源参数选择装置和恒流源电路，所述数字RLL编码模块包括RLL编码方式选择装置和RLL编码电路；所述恒流源电路在恒流源参数选择装置控制下，进行恒流参数的实时调节；所述RLL编码电路在所述RLL编码方式选择装置的控制下，进行编码模式的实时调节。

2.一种如权利要求1所述控制器的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括如下步骤：

1)利用所述数字RLL编码模块对数字信号信道编码、预均衡和调制；

2)所述数字RLL编码模块通过不停的切换模式编码调制的信号，在一个控制周期内周期性地向恒流源驱动电路提供‘开/关’的控制逻辑；

3)所述恒流源驱动电路为受控的LED灯提供恒定的电流源：当所述数字RLL编码模块发来的控制信号是‘开’控制逻辑状态时，LED灯被所述电流源点亮；当所述数字RLL编码模块发来的控制信号是‘关’控制逻辑状态时，LED灯处于熄灭状态。

3.如权利要求2所述控制器的工作方法，其特征在于，在步骤1)中，所述数字RLL编码模块中包括但不限于曼彻斯特编码、微分曼彻斯特编码、4B/6B编码和8B/10B编码。

4.如权利要求2所述控制器的工作方法，其特征在于，在步骤1)中，数字RLL编码模块所选编码是通过VLC系统电平控制的。

5.如权利要求2所述控制器的工作方法，其特征在于，在步骤3)中，所述恒流源电路还受可见光通信系统等级控制器控制。