CN107508634A - 可见光通信系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可见光通信系统，其特征在于：包括信号分发处理装置，信号分发处理装置连接有至少一个可见光通信模块，可见光通信模块连接有固定适配器和移动适配器，固定适配器上设有若干个固定终端，移动适配器上设有一个移动终端。本发明具有高效节能，传输速率高和保密性良好的特点。同时，本发明适用于如射频敏感区域以及安全性要求高如军用区域等特殊场合。

Description

可见光通信系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种可见光通信系统及其方法，特别是一种可见光通信系统及其方法。

背景技术

目前的室内通信网络主要指覆盖范围在10m半径以内的短距离无线网络，即所谓无线个人局域网络(Wireless Personal Area Network,WPAN)。WPAN是指是在个人周围空间形成的无线网络，能在便携式消费者电器和通信设备之间进行短距离连接的自组织网。从网络构成上来看，WPAN位于整个网络架构的底层，用于很小范围内的终端与终端之间的连接，即点到点的短距离连接。WPAN是基于计算机通信的专用网，工作在个人操作环境，把需要相互通信的装置构成一个网络，且无须任何中央管理装置及软件。

室内通信网络采用一定频段的射频无线电信号，这种信号需要频率许可，传输速率有限，一般低于100Mb/s，并且由于所在的频段穿透能力强，容易被外部截取、监听。同时，射频信号目前无法应用于某些敏感区域如飞机机舱等。因此，现有的短距离无线通信系统存在传输速率低，安全性差的问题，且无法适用射频敏感或安全性要求高等特殊场合。

与此同时，近来半导体照明正在迅速兴起，得到越来越广泛的应用。半导体照明以其节能(相对于传统白炽灯、荧光灯照明在相同照度下节省50％以上的电能消耗)、长寿命(发光二极管(Light Emitting Diode,LED)灯的寿命约为50,000小时，比传统白炽灯、荧光灯的寿命高约10倍)、环境友好(不含汞、铅等有毒物质)等优点已被广泛用于液晶显示屏背光照明、全彩大屏幕显示、汽车头尾灯、交通信号灯、景观照明等。随着LED发光效率的不断提高及制造成本的逐步降低，LED灯正逐步取代传统白炽灯、荧光灯而成为室外照明和室内照明的主体。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可见光通信系统及其方法。本发明将LED作为终端网络的接入口，将照明系统与通讯系统合为一体。本发明具有高效节能，传输速率高和保密性良好的特点。此外，因采用光信号作为数据传输媒介，本发明可适用于如射频敏感区域以及安全性要求高(如军用区域)等特殊场合。

本发明的技术方案：可见光通信系统及其方法，包括信号分发处理装置，信号分发处理装置连接有至少一个可见光通信模块，可见光通信模块连接有固定适配器或移动适配器；固定适配器连接有固定终端，移动适配器连接有移动终端。

前述的可见光通信系统中，所述的信号分发处理装置包括信号交换单元和信号处理单元。

前述的可见光通信系统中，所述的信号分发处理装置包括信号交换单元和信号处理单元；所述的可见光通信模块包括第一可见光发射模块和第一可见光探测模块；所述的固定适配器包括向第一可见光探测模块发射光信号的第二可见光发射模块和接收第一可见光发射模块发射的光信号的第二可见光探测模块；所述的移动适配器包括向第一可见光探测模块发射光信号的第三可见光发射模块和接收第一可见光发射模块发射的光信号的第三可见光探测模块。

前述的可见光通信系统中，所述的移动适配器还包括红外发射模块；所述的可见光通信模块还包括接收红外发射模块发射的信号的红外探测模块。

前述的可见光通信系统中，所述的第一可见光发射模块、第二可见光发射模块和第三可见光发射模块均包括依次设置的编码单元、调制单元和预均衡单元，预均衡单元连接有控制电路，控制电路连接有LED光源。

前述的可见光通信系统中，所述的第一可见光探测模块、第二可见光探测模块和第三可见光探测模块均包括光线感知单元，光线感知单元依次连接后均衡单元、解调单元和解码单元。

前述的可见光通信系统中，所述的红外发射模块包括与移动终端连接的红外编码单元，红外信号编码单元依次连接有红外信号调制单元和红外信号发射单元。

前述的可见光通信系统中，所述的红外探测模块设有红外信号接收单元，红外信号接收单元依次连接红外信号解调单元和红外信号解码单元，红外信号解码单元与信号分发处理装置连接。

前述可见光通信系统的通信方法，其通信包括下行线路与上行线路。

前述的可见光通信方法中，所述的下行线路包括固定下行线路和移动下行线路；所述固定下行线路从信号分发处理装置起始，经可见光通信模块中的第一可见光发射模块，连接固定适配器中的第二可见光探测模块，最终到达固定终端；所述的移动下行线路从信号分发处理装置起始，经可见光通信模块中的第一可见光发射模块，连接到移动适配器中的第三可见光探测模块，最终到达移动终端。

前述的可见光通信方法中，所述的上行线路包括固定上行线路和移动上行线路；所述的固定上行线路从固定终端起始，经固定适配器中的第二可见光发射模块，连接可见光通信模块中的第一可见光探测模块，最终连接信号分发处理装置；所述的移动上行线路从移动终端起始，经移动适配器中的红外发射模块，连接到可见光通信模块中的红外探测模块，最终连接信号分发处理装置；所述的移动上行线路还包括从移动终端起始，经移动适配器中的第三可见光发射模块，连接到可见光通信模块中的第一可见光探测模块，最终连接信号分发处理装置。

与现有技术相比，本发明通讯系统包括了可见光通信模块，可见光通信模块内设有可见光发射模块，可见光发射模块又包括前信号处理部分和LED光源部分，与之对应的，可见光探测模块包括了光线感知单元和后信号处理部分，数据依上述顺序传输形成下行线路，上行线路与下行线路类似且传输方向相反。本发明在照明系统中的LED光源上设置信号调制机构，将照明光源作为信息发射源，借此合并了照明系统与通信系统。因此，本发明更加高效节能。本发明采用的LED光源与传统照明光源相比，具有高速调制的优点，本发明的传输速度可达到100Mb/s以上，比普通的射频信号无限网络的传输速率更高。由于采用可见光作为信号传输媒介，本发明的信号可以通过遮光手段被完全封闭在室内，难以被室外的常规监听手段窃听。因此本发明更加安全，符合如军用区域等场合对安全性的要求。也因为采用可见光传输，本发明可用于射频敏感的区域，如飞机机舱、配有高精度仪器科室等场合。综上，本发明具有高效节能，传输速率高和保密性良好的特点。同时，本发明适用于如射频敏感区域以及安全性要求高(如军用区域)等特殊场合。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的通信示意图；

图3是信号分发处理装置的结构示意图；

图4是可见光发射模块的结构示意图；

图5是可见光探测模块的结构示意图；

图6是红外发射模块的结构示意图；

图7是红外探测模块的结构示意图。

附图标记：100-信号分发处理装置，101-信号交换单元，102-信号处理单元，200-可见光通信模块，300-固定适配器，400-移动适配器，500-固定终端，600-移动终端。

710-第一可见光发射模块，730-第二可见光发射模块，750-第三可见光发射模块，711-编码单元，712-调制单元，713-预均衡单元，714-控制电路，715-LED光源。

720-第一可见光探测模块，740-第二可见光探测模块，760-第三可见光探测模块，721-光线感知单元，722-后均衡单元，723-解调单元，724-解码单元。

810-红外发射模块，811-红外信号编码单元，812-红外信号调制单元，813-红外信号发射单元。

820-红外探测模块，821-红外信号接收单元，822-红外信号解调单元，823-红外信号解码单元。

910-下行线路，911-固定下行线路，912-移动下行线路。

920-上行线路，921-固定上行线路，922-移动上行线路。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例：可见光通信系统，构成如图1和图2所示，包括信号分发处理装置100，信号分发处理装置100连接有至少一个可见光通信模块200，可见光通信模块200连接有固定适配器300和移动适配器400，固定适配器300连接有固定终端500；移动适配器400连接有移动终端600。

固定终端500为PC，移动终端600为手机。单个固定适配器300可以连接多个移动终端500，单个移动适配器400一般只连接一个移动终端600。移动适配器400与移动终端600可以作为两个单体，也可以将移动适配器400集成在移动终端600内。

如图3所示，所述的信号分发处理装置100包括信号交换单元101和信号处理单元102。信号处理单元102用于处理多个可见光通信模块200信号的传输优先级，信号交换单元101作为本发明与以太网的连接点。

所述的可见光通信模块200包括第一可见光发射模块710和第一可见光探测模块720；所述的固定适配器300包括向第一可见光探测模块720发射光信号的第二可见光发射模块730和接收第一可见光发射模块710发射的光信号的第二可见光探测模块740；所述的移动适配器400包括向第一可见光探测模块720发射光信号的第三可见光发射模块750和接收第一可见光发射模块710发射的光信号的第三可见光探测模块760。

所述的移动适配器400还包括红外发射模块810；所述的可见光通信模块200还包括接收红外发射模块810发射的信号的红外探测模块820。由于移动适配器400的位置非固定，使得第三可见光发射器750和第一可见光探测器720之间的光信号信道不稳定。并且第三可见光发射器410可能存在炫目的问题，因此采用红外信号的上行线路是更适合移动终端600的方案。

如图4所示，所述的第一可见光发射模块710、第二可见光发射模块730和第三可见光发射模块750均包括依次设置的编码单元711、调制单元712和预均衡单元713，预均衡单元713连接有控制电路714，控制电路714连接有LED光源715。第一可见光发射模块710一般是一种集成了控制芯片的室内LED灯具。这三者的基本结构和功能相同，在具体细节如装置体积、电路功率和LED灯型号等会有所不同。

如图5所示，所述的第一可见光探测模块720、第二可见光探测模块740和第三可见光探测模块760均包括光线感知单元721，光线感知单元721依次连接后均衡单元722，解调单元723和解码单元724。光线感知单元721用于探测可见光信号并将其转换为电信号。

所述的编码单元711用于将数字数据转换成数字脉冲信号。所述调制单元712则是将经上述编码单元711处理过的源信号控制载波信号，调制得到已调信号。由于实际传输过程中，信号不可能完全不失真，因此为了使传输的信号更理想以及减少外界的干扰，还需要对上述已调信号进行预均衡单元713的预均衡处理。所述后均衡单元722、解调单元723和解码单元724则是分别对应上述过程的逆过程。编码单元711、调制单元712和预均衡单元713通常集成为一个芯片，用于控制LED灯具。

如图6所示，所述的红外发射模块810包括与移动终端600连接的红外编码单元811，红外信号编码单元811依次连接有红外信号调制单元812和红外信号发射单元813。

如图7所示，所述的红外探测模块820设有红外信号接收单元821，红外信号接收单元821依次连接红外信号解调单元822和红外信号解码单元823，红外信号解码单元823与信号分发处理装置100连接。

红外信号的编码、调制以及解调、解码单元的功能与可见光部分相似单元的功能一致。由于上行的数据量远小于下行的数据量，因此采用红外信号上行的移动终端600在具有使用便捷的同时，也可以保持数据的安全性。同时由于上行数据量小，出于成本和体积的考虑，红外信号的结构可省去信号均衡的模块。

前述的可见光通信系统的通信方法中，通信包括下行线路910与上行线路920。

所述的下行线路910包括固定下行线路911和移动下行线路912；所述固定下行线路911从信号分发处理装置100起始，经可见光通信模块200中的第一可见光发射模块710，连接固定适配器300中的第二可见光探测模块740，最终到达固定终端500；所述的移动下行线路912从信号分发处理装置100起始，经可见光通信模块200中的第一可见光发射模块710，连接到移动适配器400中的第三可见光探测模块760，最终到达移动终端600。

所述的上行线路920包括固定上行线路921和移动上行线路922；所述的固定上行线路921从固定终端500起始，经固定适配器300中的第二可见光发射模块730，连接可见光通信模块200中的第一可见光探测模块710，最终连接信号分发处理装置100；所述的移动上行线路922从移动终端600起始，经移动适配器400中的红外发射模块820，连接到可见光通信模块200中的红外探测模块820，最终连接信号分发处理装置100；所述的移动上行线路还包括从移动终端600起始，经移动适配器400中的第三可见光发射模块750，连接到可见光通信模块200中的第一可见光探测模块720，最终连接信号分发处理装置100。

Claims (10)

1.可见光通信系统，其特征在于：包括信号分发处理装置(100)，信号分发处理装置(100)连接有至少一个可见光通信模块(200)，可见光通信模块(200)连接有固定适配器(300)或移动适配器(400)；固定适配器(300)连接有固定终端(500)，移动适配器(400)连接有移动终端(600)。

2.根据权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于：所述的信号分发处理装置(100)包括信号交换单元(101)和信号处理单元(102)；所述的可见光通信模块(200)包括第一可见光发射模块(710)和第一可见光探测模块(720)；所述的固定适配器(300)包括向第一可见光探测模块(720)发射光信号的第二可见光发射模块(730)和接收第一可见光发射模块(710)发射的光信号的第二可见光探测模块(740)；所述的移动适配器(400)包括向第一可见光探测模块(720)发射光信号的第三可见光发射模块(750)和接收第一可见光发射模块(710)发射的光信号的第三可见光探测模块(760)。

3.根据权利要求2所述的可见光通信系统，其特征在于：所述的移动适配器(400)还包括红外发射模块(810)；所述的可见光通信模块(200)还包括接收红外发射模块(810)发射的信号的红外探测模块(820)。

4.根据权利要求3所述的可见光通信系统，其特征在于：所述的第一可见光发射模块(710)、第二可见光发射模块(730)和第三可见光发射模块(750)均包括依次设置的编码单元(711)、调制单元(712)和预均衡单元(713)，预均衡单元(713)连接有控制电路(714)，控制电路(714)连接有LED光源(715)。

5.根据权利要求3所述的可见光通信系统，其特征在于：所述的第一可见光探测模块(720)、第二可见光探测模块(740)和第三可见光探测模块(760)均包括光线感知单元(721)，光线感知单元依次连接后均衡单元(722)、解调单元(723)和解码单元(724)。

6.根据权利要求3所述的可见光通信系统，其特征在于：所述的红外发射模块(810)包括与移动终端(600)连接的红外编码单元(811)，红外信号编码单元(811)依次连接有红外信号调制单元(812)和红外信号发射单元(813)。

7.根据权利要求3所述的可见光通信系统，其特征在于：所述的红外探测模块(820)设有红外信号接收单元(821)，红外信号接收单元(821)依次连接红外信号解调单元(822)和红外信号解码单元(823)，红外信号解码单元(823)与信号分发处理装置(100)连接。

8.采用权利要求1-7任一权利要求所述可见光通信系统的通信方法，其特征在于：通信包括下行线路(910)与上行线路(920)。

9.根据权利要求8所述的可见光通信方法，其特征在于：所述的下行线路(910)包括固定下行线路(911)和移动下行线路(912)；所述固定下行线路(911)从信号分发处理装置(100)起始，经可见光通信模块(200)中的第一可见光发射模块(710)，连接固定适配器(300)中的第二可见光探测模块(740)，最终到达固定终端(500)；所述的移动下行线路(912)从信号分发处理装置(100)起始，经可见光通信模块(200)中的第一可见光发射模块(710)，连接到移动适配器(400)中的第三可见光探测模块(760)，最终到达移动终端(600)。

10.根据权利要求8所述的可见光通信方法，其特征在于：所述的上行线路(920)包括固定上行线路(921)和移动上行线路(922)；所述的固定上行线路(921)从固定终端(500)起始，经固定适配器(300)中的第二可见光发射模块(730)，连接可见光通信模块(200)中的第一可见光探测模块(710)，最终连接信号分发处理装置(100)；所述的移动上行线路(922)从移动终端(600)起始，经移动适配器(400)中的红外发射模块(820)，连接到可见光通信模块(200)中的红外探测模块(820)，最终连接信号分发处理装置(100)；所述的移动上行线路(922)还包括从移动终端(600)起始，经移动适配器(400)中的第三可见光发射模块(750)，连接到可见光通信模块(200)中的第一可见光探测模块(720)，最终连接信号分发处理装置(100)。