CN107453810A - 基于led可见光与数字微镜阵列的通信装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于LED可见光与数字微镜阵列的可见光通信装置，编码与调制系统、LED发送机；还包括：数字微镜阵列、单像素探测器、模数转换器、调制解调器；所述的数字微镜阵列是由大量的可驱动的微振动反射镜组成，通过铰链将反射镜固定，随机数字发生器(RNG)控制每个微镜的方向，快速的在水平面上做+12°或者‑12°的偏转；编码与调制系统调制原始的二进制比特流，驱动LED发送机发送光信号，通过第一透镜将光信号投影到数字微镜阵列上，再经第二透镜聚焦数字微镜阵列表面的反射光总能量到单像素探测器上，对单像素探测器两端的电压值进行放大，经由模数转换器得到一个测量值v；模数转换器将所述测量值转化为数字信号，再由调制解调器解调获取出原始信号。

Description

基于LED可见光与数字微镜阵列的通信装置及方法
技术领域
本发明涉及可见光通信领域，特别涉及一种基于LED可见光与数字微镜阵列的通信装置及方法。
背景技术
基于LED的可见光通信技术，受到越来越多的关注。但在Nyquist采样理论下，LED有限的带宽限制了传输速率。针对这种情况，设计一种简单有效，如何提高LED的调制带宽，提高系统的传输距离尤其重要。
目前提高LED的调制宽度，蓝光过滤与均衡技术通过加入一块蓝光滤波器将黄光成分滤除，这种方法实现简单，是较为常规的一种解决方法。另一种方法是采用RGB-LED替换LED作为光源，采用WDM技术，不仅可以获得更高的调制带宽，同时也可提高系统的传输速率。除上述两种方法，提高系统传输速率还可以通过空分复用的MIMO技术，但是受限于成像探测器，目前该技术的实现速率并不高。因此，设置一种简单有效的基于LED的可见光通信技术，具有很重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服上述当前技术的不足，提出一种基于LED可见光与数字微镜阵列的可见光通信装置及方法；本发明所提供的装置带宽大、传输速率高，且系统结构简单、适用于远距离传输信号。
本发明提供的基于LED可见光与数字微镜阵列的可见光通信装置，包括:编码与调制系统、LED发送机；还包括:数字微镜阵列、单像素探测器、模数转换器、调制解调器；所述的数字微镜阵列是由大量的可驱动的微振动反射镜组成，通过铰链将反射镜固定，经由随机数字发生器(RNG)控制每个微镜的方向，在水平面上快速的做+12°或者-12°的偏转；通过编码与调制系统调制原始的二进制比特流，驱动LED发送机发送光信号，经过第一透镜将光信号投影到数字微镜阵列上，第二透镜将数字微镜阵列表面的反射光能量聚焦到单像素探测器上，单像素探测器两端产生电压值，对单像素探测器两端的电压值进行放大，经由模数转换器得到一个测量值v，表示为：当微镜镜面转向+12°时指示函数1θi＝±12取值为1，否则取值为0，D是所有镜面转向-12°时，单个探测器上产生的电压值；模数转换器将所述测量值转化为数字信号，再由调制解调器解调恢复出原始信号。
进一步，所述单像素探测器采用光敏二极管。
本发明还提供采用本发明所提供的基于LED可见光与数字微镜阵列的可见光通信装置的通信方法，包括：
步骤1：编码与调制系统将原始的二进制比特流编码与调制LED发送机，将电信号转换为光信号；
步骤2：将步骤1的光信号经第一透镜投影数字微镜阵列上,经由随机数字发生器(RNG)控制数字微镜阵列进行偏转，将其反射光经由第二透镜聚焦到光电二极管上，光电二极管两端产生电压值；
步骤3：将步骤2产生的电压值经过放大后，由模数转换器装置检测到一个测量值；
步骤4：将步骤3检测到的测量值通过解调装置解调恢复原信号。
进一步，还包括：重复步骤1～3得到原始信号的M个采样点，M为任意自然数，根据压缩感知的理论知识，通过M个随机采样点计算出光能量在数字微镜阵列分散的主要区域，固定该区域的数字微镜阵列，接收可见光，通过模数转换器转换为数字信号，经过调制解调器获取原始的信号信息。
进一步，数字微镜阵列是基于LED可见光与数组微镜阵列的可见光装置的关键元件，它能快速的在水平面上做+12°或者-12°的偏转，为保证光信号被反射在单像素探测器上，数字微镜做+12°的偏转，光信号被反射在单像素探测器以外则需要做-12°的偏转，如此进行光路调制；将数字微镜阵列芯片放置在第一透镜所成像面上，对每个信号进行光路调制，将需要获取信号的光能量反射到第一透镜方向，由第二透镜收集光能量反射在单像素探测器上，产生电压值。
由于采用了上述的技术方案，使得本发明相比现有的产品具有以下的优点：
(1)压缩感知是以信号的稀疏性为先验知识，Nyquist采样定理是以信号带宽为先验知识，压缩感知突破了Nyquist采样定理限制，因此节省了储存资源，提高了整个传输距离。
(2)该装置致力于获取信息，可以考虑在其他地方进行信号的重建等处理过程；
(3)相比于原信号，被传输的信息被压缩了，所以可以把重点放在设计最敏感的信号上，以此获得最急需的信息；
(4)进入检测器的LED光的量约是一千万个反射镜的一半，在压缩感知(CS)模式下，信号噪声比是相当高的。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的基于LED可见光与数字微镜阵列的可见光通信装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
为使本发明上述目的，特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供的基于LED可见光与数字微镜阵列的可见光通信装置，包括:编码与调制系统11、LED发送机22；数字微镜阵列(DMD)33、单像素探测器、模数转换器(A/D)44、调制解调器55；所述的数字微镜阵列33是由大量微振动反射镜组成，通过铰链将反射镜固定，每个微镜的方向由随机数字发生器控制，在水平面上快速的做+12°或者-12°的偏转；通过编码与调制系统调制原始的二进制比特流，以此驱动LED发送机发送光信号，经第一透镜1投影到数字微镜阵列上，第二透镜2聚焦数字微镜阵列表面的反射光到单像素探测器上，产生电压，对单像素探测器两端的电压值进行放大，经由模数转换器得到一个测量值v，表示为：当微镜镜面转向+12°时指示函数1θi＝±12取值为1，否则取值为0，D是所有镜面转向-12°时，单个探测器上产生的电压值；模数转换器4将所述测量值转化为数字信号，再由调制解调器解调获取原始信号。
本实施例中，所述单像素探测器采用光敏二极管。
本发明还提供采用本发明所提供的基于LED可见光与数字微镜阵列的可见光通信装置的通信方法，包括：
步骤1：编码与调制系统通过预处理，将原始的二进制比特流编码与调制，以编码与调制后的信号调制LED发送机，将电信号转换为光信号；
步骤2：将步骤1的光信号经第一透镜1投影数字微镜阵列上,经由随机数字发生器(RNG)控制数字微镜阵列进行偏转，将其反射光经由第二透镜2聚焦到光电二极管上，得到光电二极管两端的电压值；
步骤3：将步骤2得到的电压值经过放大后，由模数转换器装置得到一个CS测量值；
步骤4：重复M次测试得到M个CS测试值，由压缩感知理论计算出可将光能量分散区域的随机排列；获得的稳定的随机排列，通过解调装置解调恢复原信号。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于LED可见光与数字微镜阵列的可见光通信装置，包括:编码与调制系统、LED发送机；其特征在于,还包括:数字微镜阵列、单像素探测器、模数转换器、调制解调器；所述的数字微镜阵列是由大量可驱动的微振动反射镜组成，通过铰链将反射镜固定，随机数字发生器控制每个微镜的方向，在水平面上快速的做+12°或者-12°的偏转；通过编码与调制系统调制原始的二进制比特流；驱动LED发送机发送光信号，经第一透镜投影到数字微镜阵列上，再通过第二透镜聚焦数字微镜阵列表面的反射光能量到单像素探测器上，对单像素探测器两端的电压值进行放大，经由模数转换器得到一个测量值v，表示为：当微镜镜面转向+12°时指示函数1θi＝±12取值为1，否则取值为0，D是所有镜面转向-12°时，单个探测器上产生的电压值；模数转换器将所述测量值转化为数字信号，再由调制解调器解调获取原始信号。
2.依据权利要求1所述的基于LED可见光与数字微镜阵列的可见光通信装置，其特征在于，所述单像素探测器采用光敏二极管。
3.采用权利要求1或2所提供的LED可见光与数字微镜阵列的可见光通信装置的通信方法，其特征在于，包括：
步骤1：编码与调制系统将原始的二进制比特流编码与调制，调制LED发送机，将电信号转换为光信号；
步骤2：将步骤1的经LED发送机发送的光信号经第一透镜投影数字微镜阵列上,经由随机数字发生器控制的数字微镜阵列进行偏转，将其反射光经由第二透镜聚焦到光电二极管上，光电二极管两端产生电压值；
步骤3：将步骤2得到的电压值经过放大后，由模数转换器装置得到一个测量值；
步骤4：将步骤3得到的测量值通过解调装置解调恢复原信号。
4.依据权利要求3所述的基于LED可见光与数字微镜阵列的可见光通信方法，其特征在于，还包括：重复步骤1～3得到原始信号的M个采样点，M为任意自然数，根据压缩感知的理论知识，通过M个随机采样点计算出光能量在数字微镜阵列分散的主要区域，固定该区域的数字微镜阵列，接收可见光，通过模数转换器转换为数字信号，经过调制解调器获取原始的信号信息。
5.依据权利要求3所述的基于LED可见光与数字微镜阵列的可见光通信方法，其特征在于，基于LED可见光与数组微镜阵列的可见光装置的关键元件是数字微镜阵列，它能快速的在水平面上做+12°或者-12°的偏转，为保证光信号被反射在单像素探测器上，数字微镜阵列需要做+12°的偏转，光信号被反射在单像素探测器以外则需要做-12°的偏转，进行光路调制；将数字微镜阵列放置在第一透镜所成像面上，对每个信号进行光路调制，由第二透镜收集需要获取信号的光能量反射在单像素探测器上，产生电压值。
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