CN114172577B - 光纤融合下的室内可见光通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光纤融合下的室内可见光通信系统，包括光电转换器，将光纤传入的光纤信号转换成电信号并发送给接入端信号发射模块，及将接入端信号接收模块发出的电信号转换成光纤信号并输入光纤中；接入端信号发射模块，接收光电转换器发出的电信号，对电信号进行均衡及放大以驱动第一发光二极管发出光信号并提升及平坦第一发光二极管的频响，再发送给用户端，由用户端将光信号转化为满足网络协议标准的电压信号以输入至网络接口；接入端信号接收模块，在第一光电二极管接收到用户端将网络接口的电压信号转化成的光信号并将光信号转换成电信号后，将电流信号转化电压信号，并对电压信号进行放大以与光纤信号进行适配。

Description

光纤融合下的室内可见光通信系统
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是涉及一种光纤融合下的室内可见光通信系统。
背景技术
随着无线通信的发展，频谱资源日益稀缺，寻找更宽、更高效的通信频带和更利于推广的无线接入方式迫在眉睫。可见光通信技术在这个背景下孕育而生，它能够以较低的成本同时实现高速信息通信与日常照明两大功能。相对于传统的射频通信技术，可见光通信技术具有安全、绿色环保、无电磁干扰、频带宽等特点，适合在智能家居、智能交通、水下高宽带通信、医院医疗等众多领域应用。
在可见光通信技术中需要融入光纤通信，然而光纤通信有其自身的信号标准，将光纤融入可见光通信系统时会面临信号标准不匹配的问题。光纤与可见光通信系统不匹配的原因主要有以下两点：一是电压信号的幅值不能满足通信时所需的幅值要求；二是光纤通信所需的带宽较高，这对于可见光通信系统的整体带宽是一个严峻的挑战。因此，急需提供一种光纤融合下的室内可见光通信系统来解决这些问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种光纤融合下的室内可见光通信系统，以解决现有技术中将光纤融入可见光通信系统时面临的信号标准不匹配的问题。
本发明提出一种光纤融合下的室内可见光通信系统，包括接入端和用户端，所述接入端包括光电转换器、接入端信号发射模块、接入端信号接收模块、第一发光二极管和第一光电二极管；
所述光电转换器，连接在光纤与所述接入端信号发射模块及光纤与所述接入端信号接收模块之间，将所述光纤传入的光纤信号转换成电信号并发送给所述接入端信号发射模块，及将所述接入端信号接收模块发出的电信号转换成光纤信号并输入所述光纤中；
所述接入端信号发射模块，其发射端与第一发光二极管连接，接收所述光电转换器发出的电信号，对电信号进行均衡及放大以驱动所述第一发光二极管发出光信号并提升及平坦第一发光二极管的频响，再发送给所述用户端，由所述用户端将光信号转化为满足网络协议标准的电压信号以输入至网络接口；
所述接入端信号接收模块，其接收端与所述第一光电二极管连接，在所述第一光电二极管接收到用户端将网络接口的电压信号转化成的光信号并将光信号转换成电信号后，将电流信号转化电压信号，并对电压信号进行放大以与光纤信号进行适配。
根据本发明提出的光纤融合下的室内可见光通信系统，具有以下有益效果：
本发明采用发光二极管作为发光件，由于发光二极管器件具有较大的结电容，在传统的电流驱动方法下频响很小，容易使得系统的带宽严重受到发光二极管频响的限制，而通过所述接入端信号发射模块将从所述光电转换器接收到的电信号进行均衡及放大以驱动所述第一发光二极管，一方面通过电信号的放大来提升系统带宽，另一方面通过电信号的预均衡来平坦带宽以保证信号传输效果。
本发明采用光电二极管将来自于用户端的光信号转化为电信号，但转化过后的电信号十分微弱，而通过所述接入端信号接收模块将电流信号转化成电压信号，并对电压信号进行放大以与光纤信号进行适配。
本发明的接入端将光纤信号接入，并通过光电转换器将光纤信号转换成电信号发送给接入端信号发射模块，由接入端信号发射模块对电信号进行均衡及放大以驱动第一发光二极管发出光信号并提升及平坦第一发光二极管的频响，并发送给用户端，由用户端将光信号转化为满足网络协议标准的电压信号以输入至网络接口；在网络接口输出信号后，由第一光电二极管接收到用户端将网络接口的电压信号转化成的光信号，并将光信号转化为电信号发送给接入端信号接收模块，由接入端信号接收模块将小电流信号转化为电压信号并进行放大，再发送给光电转换器，通过光电转换器将电信号转换成光纤信号并输送至光纤。
另外，根据本发明提供的光纤融合下的室内可见光通信系统，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述用户端包括介质转换器、用户端信号发射模块、用户端信号接收模块、第二发光二极管和第二光电二极管；
所述用户端信号接收模块，其接收端与所述第二光电二极管连接，在所述第二光电二极管接收光信号并将光信号转换成电信号后，将电流信号转化电压信号，并对电压信号进行放大以满足网络协议标准；
所述介质转换器，连接在网络接口与用户端信号接收模块及网络接口与用户端信号发射模块之间，将所述用户端信号接收模块输出的单路电压信号转换成所述网络接口能够识别的差分信号，及将从所述网络接口接收的差分信号转换成适用于可见光通信的单路电压信号并将单路电压信号发送给用户端信号发射模块；
所述用户端信号发射模块，其发射端与第二发光二极管连接，接收所述介质转换器发出的电信号，对电信号进行均衡及放大以驱动第二发光二极管发出光信号并提升及平坦第二发光二极管的频响，并由所述第二发光二极管将光信号发送给所述第一光电二极管。
进一步地，所述接入端信号发射模块包括驱动电路，所述驱动电路的输出端连接所述第一发光二极管，所述驱动电路包括共射极放大电路和交直流双反馈电路，所述交直流双反馈电路串联在所述第一发光二极管与所述共射极放大电路的基极之间；
所述共射极放大电路用于对电流进行放大以驱动所述第一发光二极管发出光信号并提升所述第一发光二极管的频响；
所述交直流双反馈电路用于加大所述共射极放大电路的直流输出阻抗以接近电流源并减小所述共射极放大电路的交流输出阻抗以接近电压源，从而使所述共射极放大电路的输出电流达到稳定，以保证所述第一发光二极管的静态电流可控的同时获得更大的带宽。
进一步地，所述交直流双反馈电路包括直流反馈电阻、交流反馈电阻和交流反馈电容，所述交流反馈电阻与所述交流反馈电容串联后与所述直流反馈电阻并联。
进一步地，所述共射极放大电路包括不只一个共射极三极管，所述共射极三极管之间相互并联，每个所述共射极三极管的发射极与地之间串接有一泄放电阻以形成负反馈，用于增加所述放大电路的偏置稳定性。
进一步地，所述接入端信号发射模块还包括共集电极放大电路和预均衡电路，所述共集电极放大电路连接在光电转换器与所述预均衡电路之间，所述驱动电路还包括共基极放大电路，所述共基极放大电路的集电极连接所述预均衡电路，所述共基极放大电路的发射极连接所述共射极放大电路的基极；
所述预均衡电路用于滤除前端输入信号的低频噪声并将所述第一发光二极管的频响拓宽以平坦带宽；
所述共集电极放大电路用于将输出阻抗减小以匹配所述预均衡电路所需的输入负载阻抗；
所述共基极放大电路用于将输入阻抗减小以匹配所述预均衡电路所需的输出负载阻抗，并将所述驱动电路的电流反馈变成所述驱动电路和所述共集电极放大电路之间的级间反馈以稳定所述驱动电路的输出电流。
进一步地，所述接入端信号接收模块包括跨阻放大电路和差分放大电路，所述第一光电二极管、所述跨阻放大电路和所述差分放大电路依次串联，在所述第一光电二极管将光信号转换成电信号并发送给所述跨阻放大电路后，通过所述跨阻放大电路将电流信号转化电压信号，并与所述差分放大电路对电压信号进行放大以与光纤信号进行适配。
进一步地，所述接入端信号接收模块还包括后均衡电路，所述后均衡电路串联在所述差分放大电路与所述光电转换器之间，通过所述后均衡电路滤除前端输入信号的低频噪声并将频响拓宽。
进一步地，所述差分放大电路包括不只一个差分放大器。
进一步地，所述后均衡电路包括不只一个高通滤波器。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例1光纤融合下的室内可见光通信系统的结构图；
图2为本发明实施例1和2中的接入端信号发射模块和用户端信号发射模块的系统框图；
图3为本发明实施例1和2中的接入端信号接收模块和用户端信号接收模块的系统框图；
图4为本发明实施例1的接入端信号发射模块的电路图；
图5为本发明实施例1的接入端信号接收模块的电路图；
图6为本发明实施例2光纤融合下的室内可见光通信系统的结构图；
图7为本发明实施例2的用户端信号发射模块的电路图；
图8为本发明实施例2的用户端信号接收模块的电路图；
图9为本发明实施例1和2的驱动电路的电路图；
图10为本发明实施例3的共基极放大电路的电路图。
1、光电转换器；2、接入端信号发射模块；3、接入端信号接收模块；4、第一发光二极管；5、第一光电二极管；6、介质转换器；7、用户端信号发射模块；8、用户端信号接收模块；9、第二发光二极管；10、第二光电二极管；11、驱动电路；12、共射极放大电路；13、交直流双反馈电路；14、共基极放大电路；15、共集电极放大电路；16、预均衡电路；17、跨阻放大电路；18、差分放大电路；19、后均衡电路；20、光纤。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
请参考图1至图5和图9，本发明的实施例提供一种光纤融合下的室内可见光通信系统，包括接入端和用户端，所述接入端包括光电转换器1、接入端信号发射模块2、接入端信号接收模块3、第一发光二极管4和第一光电二极管5。
所述光电转换器1，连接在光纤20与所述接入端信号发射模块2及光纤20与所述接入端信号接收模块3之间，将所述光纤20传入的光纤信号转换成电信号并发送给所述接入端信号发射模块2，及将所述接入端信号接收模块3发出的电信号转换成光纤信号并输入所述光纤20中。
所述接入端信号发射模块2，其发射端与第一发光二极管4连接，接收所述光电转换器1发出的电信号，对电信号进行均衡及放大以驱动所述第一发光二极管4发出光信号并提升及平坦第一发光二极管4的频响，再发送给所述用户端，由所述用户端将光信号转化为满足网络协议标准的电压信号以输入至网络接口，第一发光二极管4可采用超高频微波晶体管驱动硅基发光二极管器件，可以极大的提升带宽，以提高传输速率。
所述接入端信号接收模块3，其接收端与所述第一光电二极管5连接，在所述第一光电二极管5接收到用户端将网络接口的电压信号转化成的光信号并将光信号转换成电信号后，将电流信号转化电压信号，并对电压信号进行放大以与光纤信号进行适配。
所述接入端信号发射模块2包括驱动电路11，所述驱动电路11的输出端连接所述第一发光二极管4，所述驱动电路11包括共射极放大电路12和交直流双反馈电路13，所述交直流双反馈电路13串联在所述第一发光二极管4与所述共射极放大电路12的基极之间，所述共射极放大电路12用于对电流进行放大以驱动所述第一发光二极管4发出光信号并提升所述第一发光二极管4的频响，所述交直流双反馈电路13用于加大所述共射极放大电路12的直流输出阻抗以接近电流源并减小所述共射极放大电路12的交流输出阻抗以接近电压源，从而使所述共射极放大电路12的输出电流达到稳定，以保证所述第一发光二极管4的静态电流可控的同时获得更大的带宽。
所述交直流双反馈电路13包括直流反馈电阻、交流反馈电阻和交流反馈电容，所述交流反馈电阻与所述交流反馈电容串联后与所述直流反馈电阻并联。
本发明实施例在驱动电路11中加入交直流双反馈电路13，即同时引入单电阻、电阻电容串联两路反馈，能够使得驱动电路11的直流输出阻抗较大以接近电流源，交流输出阻抗较小以接近电压源，从而在保证第一发光二极管4静态电流可控的同时，获得更大的带宽。
所述共射极放大电路12包括不只一个共射极三极管，所述共射极三极管之间相互并联，用于对所述共射极放大电路12进行分流，每路电流相同，每个所述共射极三极管的发射极与地之间串接有一泄放电阻以形成负反馈，用于增加所述放大电路的偏置稳定性。
所述接入端信号发射模块2还包括共集电极放大电路15和预均衡电路16，所述共集电极放大电路15连接在光电转换器1与所述预均衡电路16之间，所述驱动电路11还包括共基极放大电路14，所述共基极放大电路14的集电极连接所述预均衡电路16，所述共基极放大电路14的发射极连接所述共射极放大电路12的基极，所述预均衡电路16用于滤除前端输入信号的低频噪声并将所述第一发光二极管4的频响拓宽以平坦带宽，所述共集电极放大电路15用于将输出阻抗减小以匹配所述预均衡电路所需的输入负载阻抗，所述共基极放大电路14用于将输入阻抗减小以匹配所述预均衡电路16所需的输出负载阻抗，并将所述驱动电路11的电流反馈变成所述驱动电路11和所述共集电极放大电路15之间的级间反馈以稳定所述驱动电路11的输出电流。
所述共集电极放大电路15包括共集电极三极管和第三组分压电阻，所述第三组分压电阻用于为所述共集电极三极管的基极提供偏置电压，所述共集电极三极管的基极连接在第三组分压电阻的两个分压电阻之间。
所述接入端信号接收模块3包括跨阻放大电路17和差分放大电路18，所述第一光电二极管5、所述跨阻放大电路17和所述差分放大电路18依次串联，在所述第一光电二极管5将光信号转换成电信号并发送给所述跨阻放大电路17后，通过所述跨阻放大电路17将电流信号转化电压信号，并与所述差分放大电路18对电压信号进行放大以与光纤信号进行适配，所述差分放大电路18包括不只一个差分放大器，不同增益的差分放大器按需组合，用于对电压信号进行多级放大以满足网络协议标准。
由于所述第一光电二极管5接收所述第二发光二极管9发出的光信号后将光信号转化成电信号，转化成的电信号为小电流信号，不足以满足通信需求，而所述接入端信号接收模块3采用交流耦合的小增益跨阻放大电路17，能够将小电流信号转化为电压信号，并且引入差分放大电路18，能够将电压信号放大为可以满足网络协议（如IEEE 802.3协议）标准的电压信号。
所述接入端信号接收模块3还包括后均衡电路19，所述后均衡电路19串联在所述差分放大电路18与所述光电转换器1之间，通过所述后均衡电路19滤除前端输入信号的低频噪声并将频响拓宽，所述后均衡电路19可以将不只一个高通滤波器进行组合以针对频响曲线更好的扩宽系统带宽。
本发明采用发光二极管作为发光件，但发光二极管器件具有较大的结电容，在传统的电流驱动方法下频响仅不到1MHz，可见光通信系统的带宽严重受到发光二极管频响的限制，为实现该系统达到100Mbps的通信速率，采用预均衡电路16及放大电路，其中，通过驱动电路11，在保证发光二极管静态电流可控的同时，获得更大的带宽，通过预均衡电路16来解决带宽不平坦的特性，由于预均衡电路16能够有效减小低频部分信号的幅度响应，同时增强高频部分信号的幅度响应，因此，能够对发光二极管频率响应的不平坦特性进行有效补偿，以尽量保证信号传输不发生失真，从而能够将系统带宽从-3dB提高到200M。
本发明实施例在信号收发模块组（接入端信号接收模块3和接入端信号发射模块2）中采用预均衡电路16和后均衡电路19结合的电路方案，能够对发光二极管频率响应的不平坦特性进行有效补偿，以尽量保证信号传输不发生失真。
其中，预均衡电路16是采用“三明治”结构，即在两个晶体管构成的有源电路之间插入无源微分电路，在有限的电源电压下获得了较大的增益（即放大能力），尽可能保证了发光二极管的调制深度，从而使得发光二极管光更容易被光电二极管捕捉获取到。而后均衡电路19采用一阶无源 RC 组成高通滤波器，滤除了来自于前端电路的低频噪声，并且该滤波器可以针对该系统的频响曲线专门设计，从而可以更好的扩宽系统带宽，提高信号传输速率。
综上，本发明提供的一种光纤融合下的室内可见光通信系统，有益效果在于：本发明采用发光二极管作为发光件，由于发光二极管器件具有较大的结电容，在传统的电流驱动方法下频响很小，容易使得系统的带宽严重受到发光二极管频响的限制，而通过所述接入端信号发射模块2将从所述光电转换器1接收到的电信号进行均衡及放大以驱动所述第一发光二极管4，一方面通过电信号的放大来提升系统带宽，另一方面通过电信号的预均衡来平坦带宽以保证信号传输效果。
本发明采用光电二极管将来自于用户端的光信号转化为电信号，但转化过后的电信号十分微弱，而通过所述接入端信号接收模块3将电流信号转化成电压信号，并对电压信号进行放大以与光纤信号进行适配。
本发明的接入端将光纤信号接入，并通过光电转换器1将光纤信号转换成电信号发送给接入端信号发射模块2，由接入端信号发射模块2对电信号进行均衡及放大以驱动第一发光二极管4发出光信号并提升及平坦第一发光二极管4的频响，并发送给用户端，由用户端将光信号转化为满足网络协议标准的电压信号以输入至网络接口；在网络接口输出信号后，由第一光电二极管5接收到用户端将网络接口的电压信号转化成的光信号，并将光信号转化为电信号发送给接入端信号接收模块3，由接入端信号接收模块3将小电流信号转化为电压信号并进行放大，再发送给光电转换器1，通过光电转换器1将电信号转换成光纤信号并输送至光纤20。
实施例2
请参阅图2、图3和图6至图9，所示为本发明第二实施例当中的光纤融合下的室内可见光通信系统，本实施例当中的光纤融合下的室内可见光通信系统与第一实施例的不同之处在于：
所述用户端包括介质转换器6、用户端信号发射模块7、用户端信号接收模块8、第二发光二极管9和第二光电二极管10。
所述用户端信号接收模块8，其接收端与所述第二光电二极管10连接，在所述第二光电二极管10接收光信号并将光信号转换成电信号后，将电流信号转化电压信号，并对电压信号进行放大以满足网络协议标准。
所述介质转换器6，连接在网络接口与用户端信号接收模块8及网络接口与用户端信号发射模块7之间，将所述用户端信号接收模块8输出的单路电压信号转换成所述网络接口能够识别的差分信号，及将从所述网络接口接收的差分信号转换成适用于可见光通信的单路电压信号并将单路电压信号发送给用户端信号发射模块7。
所述用户端信号发射模块7，其发射端与第二发光二极管9连接，接收所述介质转换器6发出的电信号，对电信号进行均衡及放大以驱动第二发光二极管9发出光信号并提升及平坦第二发光二极管9的频响，并由所述第二发光二极管9将光信号发送给所述第一光电二极管5，其中，所述第二发光二极管9可采用超高频微波晶体管驱动硅基发光二极管器件，可以极大的提升带宽，以提高传输速率。
所述用户端信号发射模块7与所述接入端信号发射模块2的电路结构相同，均包括驱动电路11，所述驱动电路11的输出端连接所述第二发光二极管9，所述驱动电路11包括共射极放大电路12和交直流双反馈电路13，所述交直流双反馈电路13串联在所述第二发光二极管9与所述共射极放大电路12的基极之间，所述共射极放大电路12用于对电流进行放大以驱动所述第二发光二极管9发出光信号并提升频响，所述交直流双反馈电路13用于加大所述共射极放大电路12的直流输出阻抗以接近电流源并减小所述共射极放大电路12的交流输出阻抗以接近电压源，从而使所述共射极放大电路12的输出电流达到稳定，以保证所述第二发光二极管9的静态电流可控的同时获得更大的带宽。
所述交直流双反馈电路13包括直流反馈电阻、交流反馈电阻和交流反馈电容，所述交流反馈电阻与所述交流反馈电容串联后与所述直流反馈电阻并联。
本发明实施例在驱动电路11中加入交直流双反馈电路13，即同时引入单电阻、电阻电容串联两路反馈，能够使得驱动电路11的直流输出阻抗较大以接近电流源，交流输出阻抗较小以接近电压源，从而在保证第二发光二极管9静态电流可控的同时，获得更大的带宽。
所述共射极放大电路12包括不只一个共射极三极管，所述共射极三极管之间相互并联，用于对所述共射极放大电路12进行分流，每路电流相同，每个所述共射极三极管的发射极与地之间串接有一泄放电阻以形成负反馈，用于增加所述放大电路的偏置稳定性。
所述用户端信号发射模块7还包括共集电极放大电路15和预均衡电路16，所述共集电极放大电路15连接在光电转换器1与所述预均衡电路16之间，所述驱动电路11还包括共基极放大电路14，所述共基极放大电路14的集电极连接所述预均衡电路16，所述共基极放大电路14的发射极连接所述共射极放大电路12的基极，所述预均衡电路16用于滤除前端输入信号的低频噪声并将所述第二发光二极管9的频响拓宽以平坦带宽，所述共集电极放大电路15用于将输出阻抗减小以匹配所述预均衡电路16所需的输入负载阻抗，所述共基极放大电路14用于将输入阻抗减小以匹配所述预均衡电路16所需的输出负载阻抗，并将所述驱动电路11的电流反馈变成所述驱动电路11和所述共集电极放大电路15之间的级间反馈以稳定所述驱动电路11的输出电流。
所述共集电极放大电路15包括共集电极三极管和第三组分压电阻，所述第三组分压电阻用于为所述共集电极三极管的基极提供偏置电压，所述共集电极三极管的基极连接在第三组分压电阻的两个分压电阻之间。
所述用户端信号接收模块8的电路结构与所述接入端信号接收模块3相同，也包括跨阻放大电路17和差分放大电路18，所述第二光电二极管10、所述跨阻放大电路17和所述差分放大电路18依次串联，在所述第二光电二极管10将光信号转换成电信号并发送给所述跨阻放大电路17后，通过所述跨阻放大电路17将电流信号转化电压信号，并由所述差分放大电路18对电压信号进行放大以满足网络协议标准。
由于所述第二光电二极管10接收所述第一发光二极管4发出的光信号后将光信号转化成电信号，转化成的电信号为小电流信号，不足以满足通信需求，而所述用户端信号接收模块8采用交流耦合的小增益跨阻放大电路17，能够将小电流信号转化为电压信号，并且引入差分放大电路18，能够将电压信号放大到可以满足网络协议（如IEEE 802.3协议）标准的电压信号。
所述用户端信号接收模块8还包括后均衡电路19，所述后均衡电路19串联在所述差分放大电路18与所述介质转换器6之间，通过所述后均衡电路19滤除前端输入信号的低频噪声并将频响拓宽，所述后均衡电路19可以将不只一个高通滤波器进行组合以针对频响曲线更好的扩宽系统带宽。
本发明实施例在信号收发模块（用户端信号接收模块8和用户端信号发射模块7）中采用预均衡电路16和后均衡电路19结合的电路方案，能够对发光二极管频率响应的不平坦特性进行有效补偿，以尽量保证信号传输不发生失真。
其中，预均衡电路16是采用“三明治”结构，即在两个晶体管构成的有源电路之间插入无源微分电路，在有限的电源电压下获得了较大的增益（即放大能力），尽可能保证了发光二极管的调制深度，从而使得发光二极管光更容易被光电二极管捕捉获取到。而后均衡电路19采用一阶无源 RC 组成高通滤波器，滤除了来自于前端电路的低频噪声，并且该滤波器可以针对该系统的频响曲线专门设计，从而可以更好的扩宽系统带宽，提高信号传输速率。
本发明实施例采用发光二极管作为发光件，由于发光二极管器件具有较大的结电容，在传统的电流驱动方法下频响很小，容易使得系统的带宽严重受到发光二极管频响的限制，而通过所述用户端信号发射模块7将从所述介质转换器6接收到的电信号进行预均衡及放大以驱动所述第二发光二极管9，一方面通过驱动电路11，在保证发光二极管静态电流可控的同时，获得更大的带宽，另一方面通过预均衡电路16来解决带宽不平坦的特性，由于预均衡电路16能够有效减小低频部分信号的幅度响应，同时增强高频部分信号的幅度响应，因此，能够对发光二极管频率响应的不平坦特性进行有效补偿，以尽量保证信号传输不发生失真。
本发明实施例采用光电二极管将来自于用户端的光信号转化为电信号，但转化过后的电信号十分微弱，而通过所述接入端信号接收模块3中的跨阻放大电路17将电流信号转化成电压信号，并由所述差分放大电路18对电压信号进行放大以满足网络协议标准，再通过后均衡电路19平坦带宽，以尽量保证发送给介质转换器6的信号不发生失真。
本发明实施例的用户端对接入端的光信号进行接收，在第二光电二极管10接收到光信号后，将光信号转化为电信号并发送给接入端信号接收模块3，由用户端信号接收模块8将小电流信号转化为电压信号并进行放大，再发送给介质转换器6，由介质转换器6将单路电压信号转换成网络接口能够识别的差分信号；且介质转换器6在从所述网络接口接收的差分信号后，会将差分信号转换成适用于可见光通信的单路电压信号并将单路电压信号发送给用户端信号发射模块7，由用户端信号发射模块7对电信号进行均衡及放大以驱动第二发光二极管9发出光信号并提升及平坦第二发光二极管9的频响，再由第一光电二极管5接收光信号。
本发明通过光电转换器1、接入端信号发射模块2、接入端信号接收模块3、第一发光二极管4、第一光电二极管5、介质转换器6、用户端信号发射模块7、用户端信号接收模块8、第二发光二极管9和第二光电二极管10，能够实现传统光纤20以太网的交叉融合的室内可见光通信技术，其中，信号发射模块（接入端信号发射模块2和用户端信号发射模块7）将接收的电信号进行均衡及放大以能够驱动发光二极管发出光源，在开放光场下即可以进行光的传输，而信号接收模块（接入端信号接收模块3和用户端信号接收模块8）在光电二极管将光信号转化成电信号后，对电信号进行调制以将小电流转化成电压并将电压进行放大且经由介质转换器6转换成网络接口能够识别的差分信号，以与百兆以太网的协议标准进行适配，从而实现了基于发光二极管的可见光室内通信技术，进而保证了室内通信的安全性、通信高速率性、无电磁干扰下的通信稳定性及绿色环保性，以低成本实现高带宽速率的无线通信接入，成功解决宽带服务中“最后一公里”的问题；
实施例3
请参阅图4、图9和图10，所示为本发明第三实施例当中的光纤融合下的室内可见光通信系统，本实施例当中的光纤融合下的室内可见光通信系统与第一实施例的不同之处在于：
所述共基极放大电路14包括共基极三极管、第一组分压电阻和第二组分压电阻，所述第一组分压电阻用于为所述共基极三极管的基极提供偏置电压，所述第二组分压电阻用于为所述共基极三极管的发射极提供偏置电压，所述共基极三极管的基极连接在第一组分压电阻的两个分压电阻之间，所述共基极三极管的发射极连接在第二组分压电阻的两个分压电阻之间。
实施例4
请参阅图4和图7，所示为本发明第四实施例当中的光纤融合下的室内可见光通信系统，本实施例当中的光纤融合下的室内可见光通信系统与第一实施例的不同之处在于：
所述共集电极放大电路15的基极连接有一隔直电容，将直流电隔离并将交流电信号输入。
所述共集电极放大电路15与所述预均衡电路16之间串接有一隔直电容，用于将直流电隔离而只允许交流电通过并输送给所述预均衡电路16。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种光纤融合下的室内可见光通信系统，其特征在于，包括接入端和用户端，所述接入端包括光电转换器、接入端信号发射模块、接入端信号接收模块、第一发光二极管和第一光电二极管；
所述光电转换器，连接在光纤与所述接入端信号发射模块及光纤与所述接入端信号接收模块之间，将所述光纤传入的光纤信号转换成电信号并发送给所述接入端信号发射模块，及将所述接入端信号接收模块发出的电信号转换成光纤信号并输入所述光纤中；
所述接入端信号发射模块，其发射端与第一发光二极管连接，接收所述光电转换器发出的电信号，对电信号进行均衡及放大以驱动所述第一发光二极管发出光信号并提升及平坦第一发光二极管的频响，再发送给所述用户端，由所述用户端将光信号转化为满足网络协议标准的电压信号以输入至网络接口；
所述接入端信号接收模块，其接收端与所述第一光电二极管连接，在所述第一光电二极管接收到用户端将网络接口的电压信号转化成的光信号并将光信号转换成电信号后，将电流信号转化电压信号，并对电压信号进行放大以与光纤信号进行适配；
其中，所述接入端信号发射模块包括驱动电路，所述驱动电路的输出端连接所述第一发光二极管，所述驱动电路包括共射极放大电路和交直流双反馈电路，所述交直流双反馈电路串联在所述第一发光二极管与所述共射极放大电路的基极之间；
所述共射极放大电路用于对电流进行放大以驱动所述第一发光二极管发出光信号并提升所述第一发光二极管的频响；
所述交直流双反馈电路用于加大所述共射极放大电路的直流输出阻抗以接近电流源并减小所述共射极放大电路的交流输出阻抗以接近电压源，从而使所述共射极放大电路的输出电流达到稳定，以保证所述第一发光二极管的静态电流可控的同时获得更大的带宽；
所述接入端信号发射模块还包括预均衡电路，用于滤除前端输入信号的低频噪声并将所述第一发光二极管的频响拓宽以平坦带宽。
2.根据权利要求1所述的光纤融合下的室内可见光通信系统，其特征在于，所述用户端包括介质转换器、用户端信号发射模块、用户端信号接收模块、第二发光二极管和第二光电二极管；
所述用户端信号接收模块，其接收端与所述第二光电二极管连接，在所述第二光电二极管接收光信号并将光信号转换成电信号后，将电流信号转化电压信号，并对电压信号进行放大以满足网络协议标准；
所述介质转换器，连接在网络接口与用户端信号接收模块及网络接口与用户端信号发射模块之间，将所述用户端信号接收模块输出的单路电压信号转换成所述网络接口能够识别的差分信号，及将从所述网络接口接收的差分信号转换成适用于可见光通信的单路电压信号并将单路电压信号发送给用户端信号发射模块；
所述用户端信号发射模块，其发射端与第二发光二极管连接，接收所述介质转换器发出的电信号，对电信号进行均衡及放大以驱动第二发光二极管发出光信号并提升及平坦第二发光二极管的频响，并由所述第二发光二极管将光信号发送给所述第一光电二极管。
3.根据权利要求1所述的光纤融合下的室内可见光通信系统，其特征在于，所述交直流双反馈电路包括直流反馈电阻、交流反馈电阻和交流反馈电容，所述交流反馈电阻与所述交流反馈电容串联后与所述直流反馈电阻并联。
4.根据权利要求1所述的光纤融合下的室内可见光通信系统，其特征在于，所述共射极放大电路包括不只一个共射极三极管，所述共射极三极管之间相互并联，每个所述共射极三极管的发射极与地之间串接有一泄放电阻以形成负反馈，用于增加所述放大电路的偏置稳定性。
5.根据权利要求1所述的光纤融合下的室内可见光通信系统，其特征在于，所述接入端信号发射模块还包括共集电极放大电路，所述共集电极放大电路连接在光电转换器与所述预均衡电路之间，所述驱动电路还包括共基极放大电路，所述共基极放大电路的集电极连接所述预均衡电路，所述共基极放大电路的发射极连接所述共射极放大电路的基极；
所述共集电极放大电路用于将输出阻抗减小以匹配所述预均衡电路所需的输入负载阻抗；
所述共基极放大电路用于将输入阻抗减小以匹配所述预均衡电路所需的输出负载阻抗，并将所述驱动电路的电流反馈变成所述驱动电路和所述共集电极放大电路之间的级间反馈以稳定所述驱动电路的输出电流。
6.根据权利要求1所述的光纤融合下的室内可见光通信系统，其特征在于，所述接入端信号接收模块包括跨阻放大电路和差分放大电路，所述第一光电二极管、所述跨阻放大电路和所述差分放大电路依次串联，在所述第一光电二极管将光信号转换成电信号并发送给所述跨阻放大电路后，通过所述跨阻放大电路将电流信号转化电压信号，并与所述差分放大电路对电压信号进行放大以与光纤信号进行适配。
7.根据权利要求6所述的光纤融合下的室内可见光通信系统，其特征在于，所述接入端信号接收模块还包括后均衡电路，所述后均衡电路串联在所述差分放大电路与所述光电转换器之间，通过所述后均衡电路滤除前端输入信号的低频噪声并将频响拓宽。
8.根据权利要求6所述的光纤融合下的室内可见光通信系统，其特征在于，所述差分放大电路包括不只一个差分放大器。
9.根据权利要求7所述的光纤融合下的室内可见光通信系统，其特征在于，所述后均衡电路包括不只一个高通滤波器。
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Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5754577A (en) * 1996-07-23 1998-05-19 Broadband Communications Products, Inc. Compensation for variations in temperature and aging of laser diode by use of small signal, square-law portion of transfer function of diode detection circuit
US6535308B1 (en) * 1999-02-12 2003-03-18 Marconi Communications, Inc. Method and apparatus for converting electrical signals and optical signals for bidirectional communication over a single optical fiber
CA2580297A1 (en) * 2004-09-15 2006-03-23 Siemens Energy & Automation, Inc. Photodiode amplifier
CN201263185Y (zh) * 2008-10-09 2009-06-24 郝东虎 光纤接入型电视机
CN201533301U (zh) * 2009-12-01 2010-07-21 苏州优达光电子有限公司 用于光电耦合器的光敏接收电路
CN103716094A (zh) * 2014-01-06 2014-04-09 中国人民解放军信息工程大学 一种可见光通信前端电路
CN105141266A (zh) * 2015-07-31 2015-12-09 华中科技大学 一种模拟信号光电隔离放大器
CN205179057U (zh) * 2015-08-20 2016-04-20 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 一种基于白光led的可见光通信系统的接收装置
CN205596120U (zh) * 2016-03-15 2016-09-21 清华大学深圳研究生院 一种高速led可见光通信系统及接收装置
CN106413191A (zh) * 2016-10-21 2017-02-15 天津大学 用于可见光通信的高速率高转换效率的led驱动电路
CN206564603U (zh) * 2017-02-22 2017-10-17 华南理工大学 一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器
CN111431599A (zh) * 2020-04-16 2020-07-17 南昌大学 一种基于可见光通信的发射系统
CN112311344A (zh) * 2019-07-31 2021-02-02 硅谷实验室公司 隔离器产品的接收机中间可变增益级

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100654014B1 (ko) * 2004-09-24 2006-12-04 엘에스전선 주식회사 대구경 수광부를 위한 전극구조를 구비한 포토 다이오드
JP5270071B2 (ja) * 2006-05-16 2013-08-21 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 信号増幅装置
CN102377490B (zh) * 2011-10-26 2012-11-07 常熟市高事达光电科技有限公司 用于有线电视前端光通信平台的光发射模块预失真电路
CN106024967B (zh) * 2016-05-11 2018-04-10 中国科学技术大学 适用于可见光通信的光信号接收器件
CN106449855A (zh) * 2016-11-23 2017-02-22 苏州苏纳光电有限公司 单行载流子光电探测器及其制作方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5754577A (en) * 1996-07-23 1998-05-19 Broadband Communications Products, Inc. Compensation for variations in temperature and aging of laser diode by use of small signal, square-law portion of transfer function of diode detection circuit
US6535308B1 (en) * 1999-02-12 2003-03-18 Marconi Communications, Inc. Method and apparatus for converting electrical signals and optical signals for bidirectional communication over a single optical fiber
CA2580297A1 (en) * 2004-09-15 2006-03-23 Siemens Energy & Automation, Inc. Photodiode amplifier
CN201263185Y (zh) * 2008-10-09 2009-06-24 郝东虎 光纤接入型电视机
CN201533301U (zh) * 2009-12-01 2010-07-21 苏州优达光电子有限公司 用于光电耦合器的光敏接收电路
CN103716094A (zh) * 2014-01-06 2014-04-09 中国人民解放军信息工程大学 一种可见光通信前端电路
CN105141266A (zh) * 2015-07-31 2015-12-09 华中科技大学 一种模拟信号光电隔离放大器
CN205179057U (zh) * 2015-08-20 2016-04-20 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 一种基于白光led的可见光通信系统的接收装置
CN205596120U (zh) * 2016-03-15 2016-09-21 清华大学深圳研究生院 一种高速led可见光通信系统及接收装置
CN106413191A (zh) * 2016-10-21 2017-02-15 天津大学 用于可见光通信的高速率高转换效率的led驱动电路
CN206564603U (zh) * 2017-02-22 2017-10-17 华南理工大学 一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器
CN112311344A (zh) * 2019-07-31 2021-02-02 硅谷实验室公司 隔离器产品的接收机中间可变增益级
CN111431599A (zh) * 2020-04-16 2020-07-17 南昌大学 一种基于可见光通信的发射系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Diode-pumped Yb:SSO chirped pulse amplifier with 1 ps pulse duration;李进峰等;《Chinese Optics Letters》;20150110(第01期);全文 *
基于光纤传感器的油气水三相流持气率测井仪;郭学涛等;《电子技术》;20100225(第02期);全文 *
高灵敏度、大动态范围光电接收电路设计与实现;高峰等;《激光与红外》;20200120(第01期);全文 *

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