CN107181526B - 一种可见光无线通信物理层光频调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可见光无线通信物理层光频调制器，包括：基带调制器；数模转换电路；信号增益与偏置控制电路；低通滤波器；预均衡器；加和电路；跨导驱动器；发光二极管阵列。基带调制器的输出端分别连接数模转换电路的输入端和信号增益与偏置控制电路的输入端，数模转换电路的输出端连接信号增益与偏置控制电路的输入端，信号增益与偏置控制电路的输出端分别连接低通滤波器和加和电路的输入端，低通滤波器的输出端连接预均衡器的输入端，预均衡器的输出端连接加和电路的输入端，加和电路的输出端连接跨导驱动器的输入端，跨导驱动器的输出端连接发光二极管阵列的输入端。本发明实现基带数字信号到光频信号的硬件调制过程使得信号能成功发射。

Description

一种可见光无线通信物理层光频调制器
技术领域
本发明涉及无线光通信领域，具体涉及一种可见光无线通信物理层光频调制器。
背景技术
在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为现代社会的主流，无线通信是通信领域中较重要的一部分。传统的无线通信方式是采用微波进行通信，其带宽已经渐渐无法满足日益庞大的通信需求，且产生的辐射对人体健康有一定的伤害。所以，人们需要一种更安全，更健康，更快速的无线通信方式，于是，人们想到了可见光通信。而基于可见光的无线通信系统中，信号的调制是不可或缺的一部分，基于这种理念，本发明利用无线通信原理，实现一种可见光无线通信物理层光频调制器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可见光无线通信物理层光频调制器。
本发明的技术方案是：
一种可见光无线通信物理层光频调制器，包括：
将本地数据调制转换成副载波数字信号输出至数模转换电路的基带调制器；
将副载波数字信号转换为副载波模拟电压信号的数模转换电路；
对副载波模拟电压信号进行增益放大并输出偏置的电压信号的信号增益与偏置控制电路；
提升可变增益放大器输出的副载波模拟电压信号信噪比的低通滤波器；
抵抗低通滤波器输出的副载波模拟电压信号光电效应的失真的预均衡器；
对偏置控制器产生偏置的电压信号和预均衡器输出的副载波模拟电压信号进行加和的加和电路；
将加和电路输出的副载波模拟电压信号转化为副载波模拟电流信号驱动发光二极管阵列的跨导驱动器；
将副载波模拟电流信号调制到可见光频率上完成光频调制的发光二极管阵列。
基带调制器的输出端连接数模转换电路的输入端，数模转换电路的输出端连接信号增益与偏置控制电路的输入端，信号增益与偏置控制电路的输出端分别连接低通滤波器的输入端和加和电路的输入端，低通滤波器与预均衡器的输出端连接加和电路的输入端，加和电路的输出端连接跨导驱动器的输入端，跨导驱动器的输出端连接发光二极管阵列的输入端。
所述基带调制器采用DFTS-OFDM调制的方式，将本地数据调制转换成副载波数字信号。
所述数模转换电路，包括：
将副载波数字信号转换为副载波模拟电流信号的数模转换器；
将副载波模拟电流信号转化为副载波模拟电压信号的互阻放大器；
数模转换器的输入端连接基带调制器的输出端，数模转换器的输出端连接互阻放大器的输入端，互阻放大器的输出端连接信号增益与偏置控制电路的输入端。
所述信号增益与偏置控制电路，包括：
设置和储存可变增益放大器的信号增益以及偏置控制器的信号偏置的控制器固件；
根据控制器固件设置的信号增益对数模转换电路输出的副载波模拟电压信号进行增益放大的可变增益放大器；
根据控制器固件设置的信号偏置产生偏置的电压信号并输出的偏置控制器；
控制器固件的输出端分别连接可变增益放大器的输入端和偏置控制器的输入端，可变增益放大器的输入端还连接数模转换电路的输出端，偏置控制器的输出端连接加和电路的输入端，可变增益放大器的输出端连接低通滤波器与预均衡器的输入端，低通滤波器与预均衡器的输出端连接加和电路的输入端。
所述的可见光无线通信物理层光频调制器进行可见光无线通信物理层光频调制的方法，具体如下：
基带调制器将本地数据调制转换成副载波数字信号输出至数模转换器；数模转换电路将副载波数字信号转换为副载波模拟电压信号；信号增益与偏置控制电路对数模转换器中的互阻放大器输出的副载波模拟电压信号进行增益放大并输出偏置的电压信号；低通滤波器提升可变增益放大器输出的副载波模拟电压信号信噪比；预均衡器抵抗低通滤波器输出的副载波模拟电压信号光电效应的失真；加和电路对偏置控制器产生偏置的电压信号和预均衡器输出的副载波模拟电压信号进行加和；跨导驱动器将加和电路输出的副载波模拟电压信号转化为副载波模拟电流信号驱动发光二极管阵列，即把副载波模拟电流信号调制到可见光频率上完成光频调制，使发光二极管阵列发光并使得光信号得以发射。
有益效果：
本发明实现了基带数字信号到光频信号的硬件调制过程，使得信号能成功发射，使可见光通信从理论变成现实，信号从基带调制器输入，在各模块经过本发明的技术方案连接后的功能作用下，最终驱动发光二极管阵列，使发光二极管阵列发光，并使得信号得以发射，从而完成可见光无线通信物理层光频调制器的功能。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的可见光无线通信物理层光频调制器结构框图；
图2是本发明具体实施方式的数模转换电路原理图；
图3是本发明具体实施方式的可变增益放大器(VGA)的电路原理图；
图4是本发明具体实施方式的偏置控制器电路原理图；
图5是本发明具体实施方式的低通滤波器与预均衡器的电路连接原理图；
图6是本发明具体实施方式的加和电路原理图；
图7是本发明具体实施方法的跨导驱动器的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
一种可见光无线通信物理层光频调制器，如图1所示，包括：
将本地数据调制转换成副载波数字信号输出至数模转换电路的基带调制器；
将副载波数字信号转换为副载波模拟电压信号的数模转换电路；
对副载波模拟电压信号进行增益放大并输出偏置的电压信号的信号增益与偏置控制电路；
提升可变增益放大器输出的副载波模拟电压信号信噪比的低通滤波器；
抵抗低通滤波器输出的副载波模拟电压信号光电效应的失真的预均衡器；
对偏置控制器产生偏置的电压信号和预均衡器输出的副载波模拟电压信号进行加和的加和电路；
将加和电路输出的副载波模拟电压信号转化为副载波模拟电流信号驱动发光二极管阵列的跨导驱动器；所述跨导驱动器中线路布局布线采用了分布式、远端单点共地的方式。
将副载波模拟电流信号调制到可见光频率上完成光频调制的发光二极管阵列。
基带调制器的输出端连接数模转换电路的输入端，数模转换电路的输出端连接信号增益与偏置控制电路的输入端，信号增益与偏置控制电路的输出端分别连接低通滤波器的输入端和加和电路的输入端，低通滤波器与预均衡器的输出端连接加和电路的输入端，加和电路的输出端连接跨导驱动器的输入端，跨导驱动器的输出端连接发光二极管阵列的输入端。
所述基带调制器采用DFTS-OFDM（Discrete Fourier Transformations-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）调制的方式，将本地数据调制转换成副载波数字信号。
所述数模转换电路，如图2所示，包括：
将副载波数字信号转换为副载波模拟电流信号的数模转换器1，采用DAC904芯片；
将副载波模拟电流信号转化为副载波模拟电压信号的互阻放大器2，采用ADA4857-2芯片；
数模转换器1的输入端连接基带调制器的输出端，数模转换器1的输出端连接互阻放大器2的输入端，互阻放大器2的输出端连接信号增益与偏置控制电路的输入端。基带调制完成后的副载波数字信号与数模转换电路的DIN[1…14]接口连接。，SIGNAL_BB_OUT接口与图3中的SIGNAL_BB_OUT接口连接。数模转换器输出的副载波模拟电流信号比较微弱且操作不便，因此要将此信号通过互阻放大器转化为副载波模拟电压信号。
所述信号增益与偏置控制电路，包括：
设置和储存可变增益放大器的信号增益以及偏置控制器的信号偏置的控制器固件；
根据控制器固件设置的信号增益对互阻放大器输出的副载波模拟电压信号进行增益放大的可变增益放大器(VGA)，如图3所示，可变增益放大器的SIGNAL_BB_OUT接口与图2中的SIGNAL_BB_OUT接口连接，SIGNAL_TX_GAIN接口与图4中的SIGNAL_TX_GAIN接口连接，SIGNAL_TX_OUT与图5的SIGNAL_TX_OUT接口连接；
根据控制器固件设置的信号偏置产生偏置的电压信号并输出的偏置控制器，如图4所示，偏置控制器的SIGNAL_TX_GAIN接口与图3中的SIGNAL_TX_GAIN接口连接，偏置控制器的SIGNAL_TX_BAIS与图6中的SIGNAL_TX_BAIS接口连接；
控制器固件的输出端分别连接可变增益放大器的输入端和偏置控制器的输入端，可变增益放大器的输入端还连接数模转换电路中互阻放大器的输出端，偏置控制器的输出端连接加和电路的输入端，可变增益放大器的输出端连接低通滤波器与预均衡器的输入端，低通滤波器与预均衡器的输出端连接加和电路的输入端。
图5所示的是低通滤波器与预均衡器的电路连接原理图，其中的SIGNAL_TX_OUT与图3的SIGNAL_TX_OUT连接，SIGNAL_HPF_OUT接口与图6中的SIGNAL_TX_OUT连接。
图6所示的是加和电路，将预均衡器输出的副载波模拟电压信号和偏置控制器输出的偏置信号进行加和。图中的SIGNAL_TX_BIAS接口与图4中的SIGNAL_TX_OUT连接，SIGNAL_TX_OUT接口与图5的SIGNAL_HPF_OUT接口连接，SIGNAL_TX_MOS_GATE接口与图7中的SIGNAL_TX_TRAN_BASE接口连接。
图7所示的是跨导驱动器，用于驱动发光二极管阵列，使二极管发光并发射光信号。图中的SIGNAL_TX_TRAN_BASE接口与图6中的SIGNAL_TX_MOS_GATE接口连接。跨导驱动器的输出端与LED_POWER即发光二极管阵列相连。
可见光无线通信物理层光频调制方法如下：
基带调制器将本地数据调制转换成副载波数字信号输出至数模转换器；数模转换电路将副载波数字信号转换为副载波模拟电压信号；信号增益与偏置控制电路对数模转换器中的互阻放大器输出的副载波模拟电压信号进行增益放大并输出偏置的电压信号；低通滤波器提升可变增益放大器输出的副载波模拟电压信号信噪比；预均衡器抵抗低通滤波器输出的副载波模拟电压信号光电效应的失真；加和电路对偏置控制器产生偏置的电压信号和预均衡器输出的副载波模拟电压信号进行加和；跨导驱动器将加和电路输出的副载波模拟电压信号转化为副载波模拟电流信号驱动发光二极管阵列，即把副载波模拟电流信号调制到可见光频率上完成光频调制，使发光二极管阵列发光并使得光信号得以发射。

Claims (5)

1.一种可见光无线通信物理层光频调制器，其特征在于，包括：
将本地数据调制转换成副载波数字信号输出至数模转换电路的基带调制器；
将副载波数字信号转换为副载波模拟电压信号的数模转换电路；
对副载波模拟电压信号进行增益放大并输出偏置的电压信号的信号增益与偏置控制电路；
提升可变增益放大器输出的副载波模拟电压信号信噪比的低通滤波器；
抵抗低通滤波器输出的副载波模拟电压信号光电效应的失真的预均衡器；
对偏置控制器产生偏置的电压信号和预均衡器输出的副载波模拟电压信号进行加和的加和电路；
将加和电路输出的副载波模拟电压信号转化为副载波模拟电流信号驱动发光二极管阵列的跨导驱动器；
将副载波模拟电流信号调制到可见光频率上完成光频调制的发光二极管阵列；
基带调制器的输出端连接数模转换电路的输入端，数模转换电路的输出端连接信号增益与偏置控制电路的输入端，信号增益与偏置控制电路的输出端分别连接低通滤波器的输入端和加和电路的输入端，低通滤波器与预均衡器的输出端连接加和电路的输入端，加和电路的输出端连接跨导驱动器的输入端，跨导驱动器的输出端连接发光二极管阵列的输入端。
2.根据权利要求1所述的可见光无线通信物理层光频调制器，其特征在于，所述基带调制器采用DFTS-OFDM调制的方式，将本地数据调制转换成副载波数字信号。
3.根据权利要求1所述的可见光无线通信物理层光频调制器，其特征在于，所述数模转换电路，包括：
将副载波数字信号转换为副载波模拟电流信号的数模转换器；
将副载波模拟电流信号转化为副载波模拟电压信号的互阻放大器；
数模转换器的输入端连接基带调制器的输出端，数模转换器的输出端连接互阻放大器的输入端，互阻放大器的输出端连接信号增益与偏置控制电路的输入端。
4.根据权利要求1所述的可见光无线通信物理层光频调制器，其特征在于，所述信号增益与偏置控制电路，包括：
设置和储存可变增益放大器的信号增益以及偏置控制器的信号偏置的控制器固件；
根据控制器固件设置的信号增益对数模转换电路输出的副载波模拟电压信号进行增益放大的可变增益放大器；
根据控制器固件设置的信号偏置产生偏置的电压信号并输出的偏置控制器；
控制器固件的输出端分别连接可变增益放大器的输入端和偏置控制器的输入端，可变增益放大器的输入端还连接数模转换电路的输出端，偏置控制器的输出端连接加和电路的输入端，可变增益放大器的输出端连接低通滤波器与预均衡器的输入端，低通滤波器与预均衡器的输出端连接加和电路的输入端。
5.权利要求1所述的可见光无线通信物理层光频调制器进行可见光无线通信物理层光频调制的方法，其特征在于，具体如下：
基带调制器将本地数据调制转换成副载波数字信号输出至数模转换器；数模转换电路将副载波数字信号转换为副载波模拟电压信号；信号增益与偏置控制电路对数模转换器中的互阻放大器输出的副载波模拟电压信号进行增益放大并输出偏置的电压信号；低通滤波器提升可变增益放大器输出的副载波模拟电压信号信噪比；预均衡器抵抗低通滤波器输出的副载波模拟电压信号光电效应的失真；加和电路对偏置控制器产生偏置的电压信号和预均衡器输出的副载波模拟电压信号进行加和；跨导驱动器将加和电路输出的副载波模拟电压信号转化为副载波模拟电流信号驱动发光二极管阵列，即把副载波模拟电流信号调制到可见光频率上完成光频调制，使发光二极管阵列发光并使得光信号得以发射。
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