CN112468231A - 一种led偏振阵列可见光传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED偏振阵列可见光传输系统。使用由m×n个LED芯片组成的LED阵列作为发射端，以4×4为例，通过对每个LED芯片单独驱动形成互不干扰的LED阵列发射系统。每个LED光源发出的光通过滤波片和偏振片变成单色线偏振光，并且相邻偏振光的偏振方向互相垂直。接收端的APD阵列与发射端相同，且对应的APD前偏振片的偏振方向与发射端相同。发射端和接收端都有光学透镜，可以进行准直和聚焦。本发明提供的偏振阵列可见光通信系统能有效的控制不同信道之间的码间串扰，可并行通信，在不增加带宽的情况下成倍提高了系统的容量和频谱利用效率，在室内照明场景中具有高通信速率和低误码率性能，有很强的实用性。

Description

一种LED偏振阵列可见光传输系统
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种LED偏振阵列可见光传输系统。
背景技术
可见光通信技术是利用可见光波段作为光载波来进行通信的一种无线通信技术，与传统的无线电通信相比，可见光通信技术具有效率高，无电磁干扰，绿色环保等特点，同时它还具有更加丰富的频谱资源，更高的保密性和无需许可证等优势。
室内可见光通信研究致力于将高速无线数据传输与普通室内照明相相结合。为了提供足够的光照强度，现有的室内LED照明光源大多由多个LED芯片组成，通过独立调制和驱动各个LED芯片，可以在发射端，形成一个LED阵列系统，同时传输不同的数据信号。在接收端，利用光电二极管等光电转换器将光信号转换成电信号，并解调出有效信息，实现通信功能。
利用MIMO技术可以实现在不增加系统带宽以及发射功率的情况下，成倍提高系统的容量和频谱利用效率，进而提高数据传输速率。但由于可见光通信是采用强度调制和直接检测，缺少频率和相位信息，各个不同LED子信道之间干扰严重，出现较大的码间串扰，严重影响了系统的通信性能。因此有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的不同信道之间的码间串扰问题。
为此，本发明的目的在于提出一种LED偏振阵列可见光传输系统，该方法可以有效的降低各个子信道之间的码间串扰，提高系统的通信性能。
一种LED偏振阵列可见光传输系统，包括发射端和接收端：
发射端包括：信号调制模块，LED驱动模块，LED阵列，滤波片，偏振片和聚集透镜。其中。信号调制模块用于将输入的模拟信号进行脉冲编码调制，转换为数字信号，生成的电信号经直流驱动耦合发送给LED驱动模块，LED驱动模块用于将接收到的电信号转换成光信号，滤波片用于将LED发出的光变成单色光，偏振片用于将LED经滤波片，发出的单色光变成单色的线偏振光，聚集透镜用于聚集LED阵列发射的光到接近准直。
接收端包括：偏振片，APD阵列接收机和信号解调模块。其中，偏振片用于滤光，APD接收机用于接收发射端发送的光信号，并转换为电信号发送给解调模块，通过解调模块进行信号解码，将数字信号转换为模拟信号。
发射端，采用一个由16个LED芯片组成的4×4LED阵列照明光源，每个LED芯片被独立调制，从而构成多个LED阵列发射系统。
发射端，LED阵列的每个LED光源为白光LED，单元的尺寸为x×y，以3mm×3mm为例，并能够被单独控制，-3dB光电调制带宽在20MHz左右，可在室内照明场景中实现高速可见光通信。
发射端，相邻的LED芯片中心间距数倍于其单元尺寸，以9mm为例。
发射端，每个LED前都有滤波片，用于滤光，将LED发出的光过滤成单色光。
发射端，每个LED前都有偏振片，用于将单色光变成线偏振光，并且相邻的偏振片的偏振方向互相垂直，仅对角线上的偏振片的偏振方向相同。
发射端，16个LED光源分别并行发送16个独立的信号，所述的信号包括语音信号、视频信号。
发射端的聚集透镜为抛物线曲面透镜，对LED阵列发出的单色线偏振光进行准直。
接收端，对应的APD接收阵列前的偏振片的偏振方向与发射端相同，用于滤掉相邻LED光的影响，在光学层面，利用物理手段，直接减小了相邻信道的码间串扰。
接收端聚集透镜为抛物线曲面透镜，对接收到的光进行聚集，使APD接收阵列的每一个APD收集到由对应LED发出的更多的光。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的具体实施一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提出的发射端，LED偏振阵列分布及偏振方向图。
图2为本发明提出的接收端，APD偏振阵列分布及偏振方向图。
图3为本发明提出的编号为11的LED在接收端的光强分布图。
图4为本发明提出的一种LED偏振阵列可见光传输系统框架图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的发射端为4×4的LED阵列。
发射端，采用了由16个LED芯片组成的LED照明光源。这种满足要求的LED光源已经广泛用于室内照明系统中。所用的LED阵列的每个LED光源为白光LED，单元的尺寸为x×y，以3mm×3mm为例，-3dB光电调制带宽在20MHz左右，可在室内照明场景中实现高速可见光通信。
发射端，相邻的LED芯片中心间距数倍于其单元尺寸，以9mm为例。
发射端，每个LED前都有滤波片，用于滤光，将LED发出的光过滤成单色光。
发射端，每个LED前都有偏振片，用于将单色光变成线偏振光，并且相邻的偏振片的偏振方向互相垂直，仅对角线上的偏振片的偏振方向相同。
如图2所示，本发明的接收端为4×4的APD阵列。
接收端，对应的APD接收阵列前的偏振片的偏振方向与发射端相同。
如图3所示，为本发明的编号为11的LED在接收端的光强分布图。
如图3所示，编号为11的LED发出的光，偏振方向为水平方向。在接收端，与编号为11的LED对应APD的编号为27。与之相邻的APD有8个，编号分别为22、23、24、26、28、30、31和32。斜对角线上相邻的APD中心间距较远，为水平和垂直方向相邻APD中心间距的√2倍，由于透镜的准直和聚焦，编号为11的LED发出的光，只能照在编号为23、26、27、28和31的APD上。其中仅有编号为27APD前面的偏振片偏振方向为水平向，其余编号APD前的偏振片的偏振方向为垂直方向。所以在接收端仅有与之对应的编号为27的APD能接收到此LED发出的信号。
通过上述技术，发射端LED和接收端APD的阵列分布以及在LED和APD前面加上对应偏振方向的偏振片，在光学层面，利用物理手段，直接、有效地减小了相邻信道的码间串扰。
如图4所示，为一种LED偏振阵列可见光传输系统框架图。在发射端，LED阵列的每个LED芯片，如框图所示，由驱动电路来独立驱动，信号调制模块用于将输入的模拟信号进行脉冲编码调制，转换为数字信号，生成的电信号经直流驱动耦合发送给LED驱动模块，LED驱动模块用于将接收到的电信号转换成光信号。
发射端聚集透镜和接收端透镜为抛物线曲面透镜，分别对LED阵列发出的单色线偏振光进行准直和将更多的光聚焦在接收端对应APD接收区域。
在发射端，16个LED光源分别并行发送16个独立的信号，所述的信号包括语音信号、视频信号。
在接收端，利用APD将光信号转换成电信号，通过解调模块进行信号解码，将数字信号转换为模拟信号，实现通信功能。
发射端光源距离接收机的距离通常为3到5米。
以上所述仅为本发明的具体实施，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效LED偏振阵列，或直接、间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种LED偏振阵列可见光传输系统，其特征在于，包括：
发射端包括：信号调制模块，LED驱动模块，LED阵列，滤波片，偏振片和聚集透镜。其中，信号调制模块用于将输入的模拟信号进行脉冲编码调制，转换为数字信号，生成的电信号经直流驱动耦合发送给LED驱动模块，LED驱动模块用于将接收到的电信号转换成光信号，滤波片用于将LED发出的光变成单色光，偏振片用于将LED经滤波片，发出的单色光变成单色的线偏振光，聚集透镜用于聚集LED阵列发射的光到接近准直；
接收端包括：偏振片，APD阵列接收机和信号解调模块。其中，偏振片用于滤掉不同偏振方向的偏振光，APD接收机用于接收发射端发送的光信号，并转换为电信号发送给解调模块，通过解调模块进行信号解码，将数字信号转换为模拟信号。
2.根据权利要求1所述的一种LED偏振阵列可见光传输系统，其特征在于，发射端，采用一个由16个LED芯片组成的4×4LED阵列照明光源，每个LED芯片被独立调制，从而构成多个LED阵列发射系统。
3.根据权利要求1所述的一种LED偏振阵列可见光传输系统，其特征在于，所用的LED阵列的每个LED光源为白光LED，单元的尺寸为x×y，以3mm×3mm为例，并能够被单独控制，-3dB光电调制带宽在20MHz左右，可在室内照明场景中实现高速可见光通信。
4.根据权利要求1所述的一种LED偏振阵列可见光传输系统，其特征在于：相邻的LED芯片中心间距数倍于其单元尺寸，以9mm为例。
5.根据权利要求1所述的一种LED偏振阵列可见光传输系统，其特征在于：每个LED前都有滤波片，用于滤光，将LED发出的光过滤成单色光。
6.根据权利要求1所述的一种LED偏振阵列可见光传输系统，其特征在于：每个LED前都有偏振片，用于将单色光变成线偏振光，并且相邻的偏振片的偏振方向互相垂直，仅对角线上的偏振片的偏振方向相同。
7.根据权利要求1所述的一种LED偏振阵列可见光传输系统，其特征在于：16个LED光源分别并行发送16个独立的信号，所述的信号包括语音信号、视频信号。
8.根据权利要求1所述的一种LED偏振阵列可见光传输系统，其特征在于：发射端聚集透镜和接收端透镜为抛物线曲面透镜，分别对LED阵列发出的单色线偏振光进行准直和将更多的光聚焦在接收端对应APD接收区域。
9.根据权利要求1所述的一种LED偏振阵列可见光传输系统，其特征在于：对应的APD接收阵列前的偏振片的偏振方向与发射端相同，用于滤掉相邻LED光的影响，在光学层面，利用物理手段，直接减小了相邻信道的码间串扰。
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