CN111934762A - 具有光通信功能的led隧道灯及基于led隧道灯的光通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出具有光通信功能的LED隧道灯及基于LED隧道灯的可见光通信系统，LED隧道灯包括：通信单元、光信号接收单元、处理器单元、信号调制单元、LED控制器、LED单元。光信号接收单元接收来自车辆的搭载信息的不可见光信号并转换为电信号后发送给处理器单元；处理器单元通过通信单元接入网络，将不可见光信号所搭载的信息发送给目标接收端，并接收目标接收端反馈的回复信息；处理器单元将回复信息发送给信号调制单元调制，LED控制器将调制后的信号编码为LED单元的驱动信号，驱动LED单元发出搭载回复信息的高频可见光。本发明中，LED隧道灯能够完成隧道内车辆与隧道外部网络设备的交互，能解决隧道内信号差的问题。

Description

具有光通信功能的LED隧道灯及基于LED隧道灯的光通信系统
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体涉及具有光通信功能的LED隧道灯及基于LED隧道灯的光通信系统。
背景技术
随着智慧交通技术的流行，目前的车辆搭载了众多智慧系统，例如：GPS定位系统，导航系统，自动驾驶系统等。各种智慧系统目前均需要通过车载系统接入电信运营商网络实现联网，并获取动态数据。而当车辆通过较长隧道、偏远地区隧道时，由于隧道内无电信运营商信号，车辆的车载系统将长时间处于脱网离线状态，将影响智慧系统的使用。而由于隧道内空间限制，在隧道内搭建基站并不可行。
目前，隧道内的照明基本都基于LED隧道灯，若能将LED隧道灯进行改造，使其能够作为中间代理节点，完成隧道内车辆与隧道外部网络设备的交互，则能够很好的解决隧道内信号差、智慧系统使用受限的问题。
发明内容
发明目的：本发明旨在提供一种具有光通信功能的LED隧道灯及基于LED隧道灯的光通信系统，能够实现隧道内车辆与隧道外部网络设备的交互。
技术方案：为实现上述目的，本发明一方面提出一种具有光通信功能的LED隧道灯，用于与隧道中的车辆进行光通信，所述LED隧道灯包括通信单元、光信号接收单元、处理器单元、信号调制单元、LED控制器、LED单元；
光信号接收单元用于接收来自车辆的搭载信息的光信号，然后将光信号转换为电信号后发送给处理器单元；处理器单元通过通信单元接入网络，将光信号所搭载的信息发送给目标接收端，并接收目标接收端反馈的回复信息；处理器单元将回复信息发送给信号调制单元，信号调制单元生成载波并将回复信息调制到载波上发送给LED控制器；LED控制器将调制后的信号编码为LED单元的驱动信号，驱动LED单元发出搭载回复信息的高频可见光。
进一步的，所述LED隧道灯还包括供电单元，所述供电单元用于为所述LED隧道灯的其他单元供电。
进一步的，所述高频可见光的频率大于1MHz。
另一方面，本发明还提出一种基于LED隧道灯的光通信系统，包括所述的LED隧道灯和车载通信终端；
车载通信终端包括：处理器以及分别连接处理器的光电信号收发器、通信模块、人机交互模块；处理器通过通信单元接入互联网，并通过人机交互模块与用户进行交互，当接收到用户的网络切换指令，则处理器控制通信单元断开原本的网络连接，同时启用光通信方式进行数据传输，其中，
数据发送过程为：处理器将待发送消息发送给光电信号收发器，光电信号收发器将待发送消息调制成光信号发送；
数据接收过程为：光电信号收发器接收LED隧道灯反馈的光信号，将光信号通过光电转换模块转换为电信号后依次进行滤波、整形、放大、解调，最后将解调后的信号送入处理器处理，处理器将处理后的结果反馈给人机交互模块显示。
具体的，所述通信模块包括：3G模块、4G模块、5G模块、蓝牙模块。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、LED光源的响应时间短、寿命长、无辐射，所有的LED隧道灯都可以成为互联网的基站。
2、建设成本低廉并节能，可见光通信具有极高的能源利用效率，其通信功率仅占照明功率的5％左右，其信号通过LED隧道灯所发出，传输简单、设备成本低廉。
3、目前光通信速度可以达到每秒数百兆以上的高速率，频谱宽度也远大于通信电磁波的频谱宽度。
4、光通信信号不同于传统无线通信中的射频信号，对人体无害，也不会对其他设备产生电磁干扰。
附图说明
图1为实施例涉及的隧道内场景示意图；
图2为实施例涉及的隧道灯内部功能结构图；
图3为实施例涉及的车载通信终端内部功能结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
本实施例提出一种具有光通信功能的LED隧道灯，用于与隧道中的车辆进行光通信，所述LED隧道灯的内部功能结构如图2所示，包括通信单元、光信号接收单元、处理器单元、信号调制单元、LED控制器、LED单元；
光信号接收单元用于接收来自车辆的搭载信息的光信号，然后将光信号转换为电信号后发送给处理器单元；处理器单元通过通信单元接入网络，将光信号所搭载的信息发送给目标接收端，并接收目标接收端反馈的回复信息；处理器单元将回复信息发送给信号调制单元，信号调制单元生成载波并将回复信息调制到载波上发送给LED控制器；LED控制器将调制后的信号编码为LED单元的驱动信号，驱动LED单元发出搭载回复信息的高频可见光。
所述光信号接收单元可采用市面上常见的光电接收器，光电接收器可接收来自下行链路的光信号，并将光信号转换为电信号。所述LED隧道灯还包括供电单元，所述供电单元用于为所述LED隧道灯的其他单元供电，供电单元可以是电池，也可以是能够直接从隧道灯供电电路中直接取电的电路装置。
现有的LED隧道灯通常会有调光控制机制，用于根据隧道外的光线调整隧道灯的亮度，以实现节能的目的。而对于本实施例所述的LED隧道灯，对LED隧道灯进行正常的节能调光不会影响车辆的光通信，因为光通信原理是检测光线强度的快速变化，而不会受到正常照明慢速调光缓慢变化的影响，恒定的光线可以被接收器过滤掉。被调制后用于传输信息的LED光线变化速率很快，最低频率是1MHz，比电脑屏幕的刷新频率要高1万倍，人眼根本觉察不到它的闪烁，所以对司机的正常安全行驶没有影响。
本实施例还提出一种基于LED隧道灯的光通信系统，包括所述的LED隧道灯和车载通信终端；
车载通信终端的内部功能结构如图3所示，包括：处理器以及分别连接处理器的光电信号收发器、通信模块、人机交互模块；处理器通过通信单元接入互联网，并通过人机交互模块与用户进行交互，当接收到用户的网络切换指令，则处理器控制通信单元断开原本的网络连接，同时启用光通信方式进行数据传输，其中，
数据发送过程为：处理器将待发送消息发送给光电信号收发器，光电信号收发器将待发送消息调制成光信号发送；
数据接收过程为：光电信号收发器接收LED隧道灯反馈的光信号，将光信号通过光电转换模块转换为电信号后依次进行滤波、整形、放大、解调，最后将解调后的信号送入处理器处理，处理器将处理后的结果反馈给人机交互模块显示。
所述光通信系统中，通信模块包括：3G模块、4G模块、5G模块、蓝牙模块。
图1示出了车辆进入隧道内的场景，在该场景中，所有LED隧道灯均可为光通信终端，但为了减少成本，可根据实际隧道内的隧道灯布灯间距及光照射范围，间隔部署可用于光通信的LED隧道灯。布置时要避免盲区。
车载通信终端进入隧道后，用户可以直接通过人机交互模块下达网络切换指令，此时车载通信终端就通过LED隧道灯与外部网络建立新的通信链路。LED隧道灯发出可见光搭载信息，而车载通信终端采用不可见光搭载信息，包括但不限于红外、紫外等不可见光。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.具有光通信功能的LED隧道灯，用于与隧道中的车辆进行光通信，其特征在于，包括通信单元、光信号接收单元、处理器单元、信号调制单元、LED控制器、LED单元；
光信号接收单元用于接收来自车辆的搭载信息的不可见光信号，然后将不可见光信号转换为电信号后发送给处理器单元；处理器单元通过通信单元接入网络，将不可见光信号所搭载的信息发送给目标接收端，并接收目标接收端反馈的回复信息；处理器单元将回复信息发送给信号调制单元，信号调制单元生成载波并将回复信息调制到载波上发送给LED控制器；LED控制器将调制后的信号编码为LED单元的驱动信号，驱动LED单元发出搭载回复信息的高频可见光。
2.根据权利要求1所述的具有光通信功能的LED隧道灯，其特征在于，还包括供电单元，所述供电单元用于为所述LED隧道灯的其他单元供电。
3.根据权利要求1所述的具有光通信功能的LED隧道灯，其特征在于，所述高频可见光的频率大于1MHz。
4.基于LED隧道灯的光通信系统，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的LED隧道灯和车载通信终端；
车载通信终端包括：处理器以及分别连接处理器的光电信号收发器、通信模块、人机交互模块；处理器通过通信单元接入互联网，并通过人机交互模块与用户进行交互，当接收到用户的网络切换指令，则处理器控制通信单元断开原本的网络连接，同时启用光通信方式进行数据传输，其中，
数据发送过程为：处理器将待发送消息发送给光电信号收发器，光电信号收发器将待发送消息调制成不可见光信号发送；
数据接收过程为：光电信号收发器接收LED隧道灯反馈的可见光信号，将可见光信号通过光电转换模块转换为电信号后依次进行滤波、整形、放大、解调，最后将解调后的信号送入处理器处理，处理器将处理后的结果反馈给人机交互模块显示。
5.根据权利要求4所述的基于LED隧道灯的光通信系统，其特征在于，所述通信模块包括：3G模块、4G模块、5G模块、蓝牙模块。
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